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冲击地压主控因素及孕灾机制

煤炭学报 2024年第1期49卷 367-379页

作者：谭云亮张修峰肖自义范德源尹延春陈洋刘学生山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 山东能源集团有限公司山东济南250101 国家矿山安全监察局山东局山东济南250031

随着我国煤矿逐步向深部开采转移,冲击地压灾害日趋严重。在冲击地压从机理认知走向防冲工程进程中,首要的任务是厘清冲击地压孕灾主控因素,并进行风险程度判识。在上百个冲击地压矿井致灾评价分析基础上,提出了导致冲击地压发生的4类... 详细信息

随着我国煤矿逐步向深部开采转移,冲击地压灾害日趋严重。在冲击地压从机理认知走向防冲工程进程中,首要的任务是厘清冲击地压孕灾主控因素,并进行风险程度判识。在上百个冲击地压矿井致灾评价分析基础上,提出了导致冲击地压发生的4类客观主控因素:煤岩冲击倾向性、开采深度、坚硬顶板、地质构造,以及3类人为主控因素:煤柱、采空区及采掘卸荷,并对各主控因素对冲击地压孕灾的力学机制进行了分析讨论。在客观主控因素方面,煤岩冲击倾向性是煤岩积聚变形能进而诱发冲击破坏的自身属性;开采深度与巷道围岩内积聚的变形能呈正相关关系,是冲击地压发生的必要条件;坚硬顶板大尺度周期断裂形成的冲击动载及动能是诱发冲击地压的“导火索”;地质构造对冲击地压的影响显著,对于断层构造而言,断层两盘将在开采扰动造成的突发卸荷影响下产生相对“回弹”;煤层变薄区等效弹性模量变大,超前支承压力呈“双峰值”分布,使得冲击影响范围扩大。在人为主控因素方面,煤柱作为高应力集中区,其尺寸、倾角及相对位置等将直接影响冲击地压发生的概率和强度;采空区会诱发超前支承压力集中区内围岩积聚弹性能的突然释放,尤其是在采高较大、顶板垮落不充分的情况下;采掘卸荷会导致应力集中区快速“迁移”,引发煤体内弹性应变能的大量释放,是造成冲击地压的重要外因条件。在此基础上,对山东新汶、山东鲁西、内蒙古鄂尔多斯、陕西彬长、新疆和甘肃等矿区冲击地压孕灾主控因素差异性,进行了对比分析,强调按层次对矿井、采区和工作面进行冲击地压主控因素及其影响程度判识重要性,构建了从降能、释能、阻能到抗能的冲击地压治理工程路径。

关键词：冲击地压主控因素孕灾风险判识递进式防治

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化工过程含氧有机气体化学脱氧研究进展

化工进展 2024年第2期43卷 903-912页

作者：张长胜文松赵晋翀卢方旭姜杰化学品安全全国重点实验室山东青岛266100 中石化安全工程研究院有限公司山东青岛266100

进入21世纪,随着我国化工生产装置的不断投产,有更多化工过程产生了含氧有机气体,脱氧以实现其本质安全化处置成为一项重点课题。然而,由于场景多变、组成复杂以及脱氧深度需求不一等因素,脱氧技术发展仍有诸多问题。本文立足作者长期... 详细信息

进入21世纪,随着我国化工生产装置的不断投产,有更多化工过程产生了含氧有机气体,脱氧以实现其本质安全化处置成为一项重点课题。然而,由于场景多变、组成复杂以及脱氧深度需求不一等因素,脱氧技术发展仍有诸多问题。本文立足作者长期脱氧技术研究工作经验,概述了当前化工过程含氧有机气体化学脱氧技术的应用情况以及最新研究进展。基于不同场景下的脱氧需求,分析了各类化学脱氧技术适用性及技术竞争力。针对化工生产过程形成的高含氧、大通量、连续化含氧气体脱氧,指出催化脱氧具有流程简单、可操作性强、脱氧效果好等特点,在当前实际工业应用中更具竞争力,并从工艺、催化剂等方面进行了综合分析。基于当前各化学脱氧方式特点,指出含氧有机气体深度脱氧、高含氧有机气体脱氧以及温和脱氧等技术具有广阔市场需求,是未来脱氧技术发展的重要方向。

关键词：化工含氧气体化学脱氧技术工业化

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基于机器学习的火源热释放速率预测方法

清华大学学报（自然科学版） 2024年第5期64卷 922-932页

作者：杨云浩张国维朱国庆袁狄平贺名欢中国矿业大学深圳研究院深圳518057 瑞能赛特(深圳)科技有限公司深圳518118 江苏费尔曼安全科技有限公司徐州221100

火源热释放速率的准确测量对深入理解火灾演变过程至关重要,然而目前被广泛使用的氧耗法所需设备造价昂贵,成本较高。该文提出了一种基于机器学习的综合性框架,用于输入温度数据预测火源热释放速率。基于火灾动力学模拟(FDS)软件模拟ISO... 详细信息

火源热释放速率的准确测量对深入理解火灾演变过程至关重要,然而目前被广泛使用的氧耗法所需设备造价昂贵,成本较高。该文提出了一种基于机器学习的综合性框架,用于输入温度数据预测火源热释放速率。基于火灾动力学模拟(FDS)软件模拟ISO 9705房间内不同参数的火灾场景,获取不同位置的温度数据,并建立火灾数据库。分别基于最小绝对收缩和选择(Lasso)、随机森林(RF)两种模型的递归特征消除(RFE)算法进行特征筛选,得到两个不同的低维特征子集,并设置对照组。基于不同的特征子集,分析比较了线性回归(LR)、K最近邻(KNN)和轻量级梯度提升机(LightGBM)3种典型模型对热释放速率的预测性能。结果表明:基于随机森林模型的递归特征消除算法筛选所得的特征子集训练的LightGBM模型预测效果最佳,预测结果的根均方误差(RMSE)和均绝对误差(MAE)分别为23.89 kW和15.49 kW,决定系数为0.991 6。该基于机器学习的综合性框架预测效果优异且实施成本较低,为预测火源热释放速率提供了有效途径。

关键词：热释放速率机器学习特征筛选递归特征消除回归预测

深地煤炭资源安全高效智能化开采关键技术与实践

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煤炭科学技术 2024年第1期52卷 52-64页

作者：李伟孙希奎山东能源集团有限公司山东济南250101

深地煤炭资源地质赋存复杂,智能化开采是深地资源安全、高效、绿色发展的必由之路。智能化开采成套技术与装备能否适应千米深井复杂地质环境、控制围岩稳定并驱动装备跟随煤层自动推进是影响煤炭安全高效开采、减少作业人员、降低劳动... 详细信息

深地煤炭资源地质赋存复杂,智能化开采是深地资源安全、高效、绿色发展的必由之路。智能化开采成套技术与装备能否适应千米深井复杂地质环境、控制围岩稳定并驱动装备跟随煤层自动推进是影响煤炭安全高效开采、减少作业人员、降低劳动强度的关键。山东能源集团聚焦千米深井智能化开采围岩控制理论,提出了以强度耦合、刚度耦合和稳定性耦合为核心的支架-围岩智能耦合关系,并形成与之相适应的智能耦合控制逻辑;为突破超大采高智能综采开采工艺及超高煤壁围岩控制技术瓶颈,提出了超大采高液压支架工作阻力“双因素控制法”,发明了三滚筒采煤机及其配套开采方法,研制了与超大采高智能综采相匹配的液压支架及配套系统;针对超大采高综放开采智能化放煤理论与围岩控制难题,提出超大采高综放支架-围岩耦合协调采放空间控制方法,创新了超大采高综放“马鞍形”开采工艺,研制了7 m超大采高智能综放开采液压支架及配套系统;研发了无反复支撑、快速循环自移的单元式超前支架,解决了回采巷道超前支护距离长、支护技术与装备适应性差的问题;开发了基于惯导和精准地质模型的智能采煤控制系统,解决了深部矿井工作面设备智能控制及困扰连续生产的难题;搭建了千米深井智能化开采综合管控平台,实现了千米深井重大灾害多源异构数据融合与管控。上述核心技术在山东能源集团赵楼煤矿7302工作面、东滩煤矿3308工作面等多个工作面进行了智能化开采示范建设,取得了良好的应用效果,所获成果整体推动了我国深地煤炭资源安全高效智能化开采水平,可以为类似矿井智能化工作面建设提供理论与技术借鉴。

关键词：千米深井智能化开采支架-围岩关系超大采高液压支架智能采煤控制系统多元灾害

脉冲驱动等离子体射流中活性粒子空间分布规律

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强激光与粒子束 2024年第5期36卷 163-172页

作者：包涵春关银霞王世强唐诗雅李超郭亚逢化学品安全全国重点实验室山东青岛266104 中石化安全工程研究院有限公司山东青岛266104

为探究大气压脉冲驱动等离子体射流中活性粒子空间分布特性,采用同轴双环等离子体射流反应器,在外施脉冲激励驱动下,研究各活性粒子在不同电离段的特征峰相对强度沿轴向空间的变化规律。结果表明:在脉冲激励等离子体射流所有测量点位均... 详细信息

为探究大气压脉冲驱动等离子体射流中活性粒子空间分布特性,采用同轴双环等离子体射流反应器,在外施脉冲激励驱动下,研究各活性粒子在不同电离段的特征峰相对强度沿轴向空间的变化规律。结果表明:在脉冲激励等离子体射流所有测量点位均能检测到NO、OH、N_(2)、N_(2)^(+)、He等活性粒子特征峰,其中以OH、N_(2)、N_(2)^(+)粒子所对应的发射光谱谱带及特征峰较为显著;在高压电极和接地电极之间的电场驱动电离段,活性粒子NO、OH、N_(2)的特征峰相对强度在靠近高压电极和接地电极区域较高,而在两电极中间的区域相对强度较低,不同激发能级He、N_(2)^(+)特征峰相对强度沿气流方向逐渐降低;在接地电极至反应器管口的半开放离子激发段,活性粒子NO、OH以及不同能级N_(2)、N_(2)^(+)、He特征峰的相对强度轴向分布呈现出随着气流方向逐渐降低的趋势;在反应器管口至等离子体射流末端区域的开放离子激发段,活性粒子OH、NO与不同能级He特征峰的相对强度轴向分布随气体流动方向逐渐减弱,不同能级N_(2)、N_(2)^(+)特征峰的相对强度呈现出先增后减的规律,为脉冲驱动等离子体射流能量传递过程与反应机理的深入研究提供支撑。

关键词：脉冲放电大气压等离子体射流活性粒子空间分布特性

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高温矿井制冷降温管网解算及优化方法研究

煤炭科学技术 2024年第2期52卷 150-158页

作者：马砺张雅婷刘尚明简俊常秦志华刘恒陈超扬西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿山东菏泽274705

高温矿井采用井下集中式制冷降温系统受采掘范围的影响,冷冻水输送管网复杂,导致末端冷量供给不足,严重影响系统降温效果。为提高矿井降温系统冷量利用率,以赵楼煤矿井下制冷降温管网为例,基于图论原理建立井下降温管网拓扑模型,采用水... 详细信息

高温矿井采用井下集中式制冷降温系统受采掘范围的影响,冷冻水输送管网复杂,导致末端冷量供给不足,严重影响系统降温效果。为提高矿井降温系统冷量利用率,以赵楼煤矿井下制冷降温管网为例,基于图论原理建立井下降温管网拓扑模型,采用水力基本方程计算管段流量、节点阻力和水力损失,得到降温管网水力特性;通过管网节点温升的计算,确定冷冻水输送过程的冷量损失;结合管网水力、热力特性,对降温管网进行优化。结果表明:赵楼煤矿井下制冷降温管网末端工作面冷冻水流量最小为0.001 m^(3)/s,管网水力损失大的位置为一集轨道下山、7302运输巷和中部辅运大巷。降温系统分别给五采区和七采区共4个工作面供冷,冷量损失为1.22×10^(6) J/s,其中七采区降温系统冷量损失占88.15%,管网摩擦和传热冷量损失分别为5.39×10^(5)、6.805×10^(5) J/s,末端冷冻水最高输水温度为13.9℃。提出管道-泵阀联调优化方法,采用动态平衡阀对南部1号辅助运输大巷和二集辅助巷冷冻水流量恒定在0.022~0.04 m^(3)/s,实现末端空冷器流量稳定;采用静态平衡阀调节管网支路阻力,将工作面冷冻水流量增大至0.005 m^(3)/s;南部1号辅助运输大巷、南部2号辅助运输大巷和二集辅助巷的管径增加至0.325 m,管网总水力损失从30.93 m减少到20.44 m,减少了35%;将离心泵扬程调整为183~195 m、流量为0.085~0.112 m^(3)/s,离心泵高效运行。

关键词：矿井降温制冷降温管网水力损失冷量损失

DetSegNet:一种基于检测和分割的高精度水尺水位检测网络

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河海大学学报（自然科学版） 2024年第2期52卷 28-34页

作者：房爱印王永贤尹曦萌王鹏李忠义刘志浪潮智慧科技有限公司山东济南250001 北京邮电大学网络空间安全学院北京100876 精英数智科技股份有限公司北京100088

为了克服传统水位测量方法中水位边缘粗糙和检测精度不足的问题,提出了一种高精度的水尺水位检测网络——DetSegNet。DetSegNet在网络结构、损失函数等方面对YOLOv4和DeepLabv3+算法进行了改进,并将水尺刻度识别、水体区域分割、水位线... 详细信息

为了克服传统水位测量方法中水位边缘粗糙和检测精度不足的问题,提出了一种高精度的水尺水位检测网络——DetSegNet。DetSegNet在网络结构、损失函数等方面对YOLOv4和DeepLabv3+算法进行了改进,并将水尺刻度识别、水体区域分割、水位线检测和水位值计算等模块进行有效结合,实现了对水尺与水体交界区域的高效定位和精确分割。实验结果表明,DetSegNet在水尺图像数据集上的检测精度和速度均优于传统的检测方法;现场测试表明,DetSegNet的水位检测误差小于1 cm,满足水文监测的精度要求。

关键词：水位检测深度学习图像处理 YOLOv4算法 DeepLabv3+算法

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绿氢产业链安全风险与防控技术研究进展

石油炼制与化工 2024年第1期55卷 82-88页

作者：杨哲吴倩马梦白刘欢单广斌王世强于安峰中石化安全工程研究院有限公司山东青岛266000

发展大规模绿氢产业是推动我国能源结构转型和实现“双碳”目标的战略选择。利用可再生能源制备绿氢,将规模性替代化石能源制氢,有效降低能源生产消费过程碳排放,支撑构筑新型能源体系。绿氢产业链主要包括上游绿氢制取、中游绿氢储运... 详细信息

发展大规模绿氢产业是推动我国能源结构转型和实现“双碳”目标的战略选择。利用可再生能源制备绿氢,将规模性替代化石能源制氢,有效降低能源生产消费过程碳排放,支撑构筑新型能源体系。绿氢产业链主要包括上游绿氢制取、中游绿氢储运和下游绿氢应用。通过分析绿氢制取、储存、运输及应用过程的技术发展现状,总结了绿氢生产各环节存在的安全风险;并基于系统安全及保护层安全防护理念,从技术、标准、政策法规、创新平台等方面提出了相应的风险防控建议,为筑牢大规模绿氢利用安全基础,保障绿氢产业安全高质量发展提供参考思路。

关键词：绿氢电解水氢气管道氢脆安全风险防控

薄基岩区覆岩采动破坏特征与控水控砂性能评价

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煤炭科学技术 2024年

作者：李倩雯申建军张会德上官泽誉滨州学院化工与安全学院山东科技大学能源与矿业工程学院山东里能鲁西矿业有限公司山东科技大学安全与环境工程学院

针对浅部煤层露头区近松散含水层下开采溃水溃砂问题，本文以鲁西煤矿3上126工作面为工程背景，采用物理模拟、数值模拟与现场实测三者相结合的方法，研究了该工作面覆岩破坏特征及导水裂隙带高度，基于黏土层、风氧化带和保护层建立了... 详细信息

针对浅部煤层露头区近松散含水层下开采溃水溃砂问题，本文以鲁西煤矿3上126工作面为工程背景，采用物理模拟、数值模拟与现场实测三者相结合的方法，研究了该工作面覆岩破坏特征及导水裂隙带高度，基于黏土层、风氧化带和保护层建立了控水控砂关键层的评判标准及控水控砂性能评价体系，结合现场实测裂采比预计了不同采高条件下导水裂隙带高度，进而确定了不同基岩厚度条件下的限高开采方案。结果表明，在采高3.5 m条件下，物理模拟和数值模拟导水裂隙带高度为43.5、46.5 m，裂采比为12.43、13.29，而现场实测结果为41.51 m，裂采比为11.86；3上126工作面上覆黏土层和风氧化带控水控砂性能高，因此，影响安全开采的因素主要为保护层的控水控砂性能，主要取决于剩余基岩厚度与采高比值。不同基岩厚度条件下的分段限高开采方案，为提高开采上限和防治新生界底部松散含水层水害提供了理论依据。

关键词：薄基岩控水控砂关键层导水裂隙带限高开采