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煤系共伴生矿产协同开发

采矿与安全工程学报 2024年第1期41卷 1-14页

作者：黄炳香赵兴龙韩晓克吴占伟袁国栋张青林中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室江苏徐州221116 山西华兴铝业有限公司山西吕梁035300 中核新疆矿业有限公司新疆乌鲁木齐841100

煤系共伴生矿产的矿种多,量大面广,与煤层叠置;煤系矿产协同开发是国家的重大战略需求。采动岩层活动叠加与流体迁移规律是煤系共伴生矿产协调开采的核心共性科学问题。采动应力、岩层变形、断裂与运动等叠加是影响煤系共伴生矿产协调... 详细信息

煤系共伴生矿产的矿种多,量大面广,与煤层叠置;煤系矿产协同开发是国家的重大战略需求。采动岩层活动叠加与流体迁移规律是煤系共伴生矿产协调开采的核心共性科学问题。采动应力、岩层变形、断裂与运动等叠加是影响煤系共伴生矿产协调开采的关键因素,层间岩层稳定性、层间岩层裂隙贯通度、层间岩层渗流失稳和矿层(体)破断台阶错动量是评价能否协调开采的关键指标。煤系共伴生矿产通过分区错时开采方法、污染物源头阻隔等协调开采技术,实现环境影响的协同控制效应。由于煤系共伴生矿产赋存位置与赋存状态的差异性,其协同开发产业链中所涉及的核心产业环节也有所不同,考虑不同矿种开采工艺与设备的兼容性,相应形成了不同的协同开发模式。目前初步形成了煤-铝-铁-镓综合开发(兴县模式)、煤-铀协调开采(伊犁盆地)、水-煤-气协调开发(鄂尔多斯)等模式或场景,提出了煤矿井下钻井采铀、油气等共采工艺技术。协同开发技术可行,安全与环境有保障。叠置矿产分矿权开发,易导致相互影响,彼此不能正常开采,安全风险及环境影响增大。煤系共伴生矿产的矿权配置是产业发展核心问题,亟需产业政策支持,促进行业高质量发展。提出了矿权改革、综合勘探、协同开发等政策建议,煤系共伴生矿产协同开发企业可有各矿种企业签订互不影响协议、以主矿体为主的联合相关矿种开发企业共同开发、成立叠置资源综合开发公司进行协同开发等3种企业模式。

关键词：煤系共伴生矿产共采安全环境

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煤矿区绿色低碳评价指标构建及应用

煤炭科学技术 2024年第4期52卷 131-142页

作者：金向阳李杨于雷李要娜雷兴海王楠鄢明慈夏雪任玉琦中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 中煤科工集团国际工程有限公司北京100013

煤矿矿区是煤炭生产的重要基地,对当地经济和能源供应具有重要意义。在我国能源开发和环境保护中,矿区规划占据着举足轻重的地位。随着全球能源格局的变化以及我国提出的“碳达峰、碳中和”战略目标,煤矿矿区的规划不再仅仅局限于资源... 详细信息

煤矿矿区是煤炭生产的重要基地,对当地经济和能源供应具有重要意义。在我国能源开发和环境保护中,矿区规划占据着举足轻重的地位。随着全球能源格局的变化以及我国提出的“碳达峰、碳中和”战略目标,煤矿矿区的规划不再仅仅局限于资源的开采,更要注重生态环境的保护与修复,以及矿区经济的可持续发展。因此,有必要将“双碳”规划的内容纳入到矿区总体规划中,以此来引导煤炭行业的可持续发展,并支持国家的“双碳”战略目标。为了进行矿区“双碳”规划,首先需要对矿区的碳排放现状进行详细评估,从而为“双碳”规划提供科学依据。以煤矿矿区为视角,提出了“三步法”构建评价指标,即综合分析法初选指标、社会网络分析法补充指标和模型法校核指标。该指标体系包含7项一级指标和36项二级指标,引入模糊变量隶属度函数,建立模型对二级评价指标量化计算,采用逐层模糊综合评价法,对矿区绿色低碳度进行评价。以宁夏积家井矿区为案例,应用本研究的评价体系进行实证分析。结果表明,积家井矿区在绿色低碳发展方面尚处于较低水平,但同时也显示出巨大的改善潜力。针对评价结果,提出矿区未来应当注重合理利用土地资源,加强土地复垦,强化生态重建与保护措施,为矿区的绿色低碳转型提供了可行的路径。

关键词：煤矿矿区碳排放绿色低碳评价指标模糊综合评价

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“三软”巷道长短锚索联合支护控制变形研究

矿业安全与环保 2024年第4期51卷 139-145页

作者：孟国胜晋能控股山西科学技术研究院有限公司山西大同037003

针对“三软”特厚煤层巷道围岩变形严重、控制难度大、掘进效率低、采掘接替困难的难题,提出了一种锚网索支护控制技术。采用现场超声波探测及钻孔窥视揭露方法,测定围岩松动圈塑性范围为2.4~3.0 m;采用数值模拟得到锚索不同间距下的支... 详细信息

针对“三软”特厚煤层巷道围岩变形严重、控制难度大、掘进效率低、采掘接替困难的难题,提出了一种锚网索支护控制技术。采用现场超声波探测及钻孔窥视揭露方法,测定围岩松动圈塑性范围为2.4~3.0 m;采用数值模拟得到锚索不同间距下的支护效果,确定顶板采用锚网索、两帮采用锚杆的支护方案,设计合理的支护间距,并成功进行了工程应用。结果表明,长、短锚索联合支护可有效控制复合软岩巷道的变形。两帮和顶底板的移近量不大于30 mm;掘进期间顶锚索应力为60~170 kN,受力较为稳定。可见长短锚索联合控制技术可有效提高巷道围岩控制效果,而且生产实践表明,采用长短锚索联合控制技术后平均月进度突破143 m(架棚支护平均月进度60 m),掘进效率实现成倍增长,有效解决了采掘接替困难问题,经济社会效益显著。

关键词： “三软”煤层围岩塑性区锚索支护围岩控制技术特厚煤层

考虑锚-岩界面相对滑移的圆形巷道全长锚固锚杆力学性能研究

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采矿与安全工程学报 2024年第1期41卷 123-133页

作者：李阿康岳中文王鹏任猛姚达中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083 山西华兴铝业有限公司山西吕梁035300

为了更好地揭示全长锚固锚杆与围岩的相互作用机制,基于圆形巷道弹塑性变形理论,通过考虑锚杆与围岩之间的相对运动,建立了全长锚固锚杆与围岩耦合作用的弹塑性力学模型。基于有限差分法(FDM)提出了一种求解耦合力学模型的简化数值程序... 详细信息

为了更好地揭示全长锚固锚杆与围岩的相互作用机制,基于圆形巷道弹塑性变形理论,通过考虑锚杆与围岩之间的相对运动,建立了全长锚固锚杆与围岩耦合作用的弹塑性力学模型。基于有限差分法(FDM)提出了一种求解耦合力学模型的简化数值程序,利用MATLAB软件编程得出了所提出模型的数值解。通过与现场监测数据的比较,验证了所提出模型的正确性。随后基于该模型分析了岩体的弹性模量、剪胀角以及托盘刚度对锚杆支护性能的影响。最后,为探究锚杆的最佳安装时间分析了不同应力释放率下锚杆的支护性能。结果表明,当应力释放率未超过60%之前,锚杆的支护效果随应力释放速率的增加而线性下降;之后,锚杆的支护效果迅速下降。因此,采用全长锚固锚杆支护时最好在巷道开挖后应力释放率未超过60%之前进行。

关键词：全长锚固锚杆有限差分法剪胀角托盘刚度应力释放率

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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

物化提纯法提纯SiC用高纯石墨制品技术研究

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炭素技术 2024年第1期43卷 75-78页

作者：吴忠举白杨丰田冬龙成洋洋李剑张婷山西中电科新能源技术有限公司山西太原030024

通过对现有石墨提纯技术梳理,提出物化提纯法的概念、反应机理及提纯流程,提出物化提纯法的3个重要技术指标,即工艺气体选择、工艺炉压选择和工艺温度选择,根据提纯流程对第3代半导体SiC用高纯石墨制品进行试验,通过试验证明,使用物化... 详细信息

通过对现有石墨提纯技术梳理,提出物化提纯法的概念、反应机理及提纯流程,提出物化提纯法的3个重要技术指标,即工艺气体选择、工艺炉压选择和工艺温度选择,根据提纯流程对第3代半导体SiC用高纯石墨制品进行试验,通过试验证明,使用物化提纯法对第3代半导体碳化硅用石墨制品进行提纯,其纯度可以稳定在99.9995%~99.9999%,并且可以定向去除第3代半导体碳化硅用高纯石墨制品中B和Al元素,完全可以满足第3代半导体碳化硅用高纯石墨制品的纯度要求。

关键词：高纯石墨制品物化提纯法碳化硅定向去除

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碳纳米管连续纯化装备开发及工艺研究

炭素技术 2024年第3期43卷 74-78页

作者：田冬龙刘晓峰成洋洋徐海涛山西中电科新能源技术有限公司山西太原030000

山西中电科新能源技术有限公司针对目前锂离子电池用碳纳米管纯化工艺落后、效率低、能耗高、纯度低的问题,开发了一种在较低温度下可连续对碳纳米管进行提纯的新型装备及纯化工艺,与传统的碳纳米管提纯技术进行对比,连续式碳纳米管纯... 详细信息

山西中电科新能源技术有限公司针对目前锂离子电池用碳纳米管纯化工艺落后、效率低、能耗高、纯度低的问题,开发了一种在较低温度下可连续对碳纳米管进行提纯的新型装备及纯化工艺,与传统的碳纳米管提纯技术进行对比,连续式碳纳米管纯化技术纯化效率高、提纯效果好、能耗低,是一种新型高效的提纯装备及纯化工艺,目前设备已经投入应用,推动了锂电池用高纯碳纳米管的技术进步。

关键词：锂离子电池碳纳米管纯化

基于类比法的哈达图砂岩型铀矿床原地浸出工艺与效果探索

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原子能科学技术 2024年

作者：周意如阳奕汉张传飞姚光怀乔鹏任晓平夏良树南华大学核科学技术学院中核内蒙古矿业有限公司

哈达图与巴彦乌拉均属于二连盆地赛汉期上段古河谷砂岩型铀矿床，二者赋矿层位和含矿岩性相同，存在诸多相似性，但也有很多差异。巴彦乌拉铀矿已大规模开采，掌握了稳定的地浸工艺参数。为更好地借鉴其开采经验，探索哈达图铀矿床开采... 详细信息

哈达图与巴彦乌拉均属于二连盆地赛汉期上段古河谷砂岩型铀矿床，二者赋矿层位和含矿岩性相同，存在诸多相似性，但也有很多差异。巴彦乌拉铀矿已大规模开采，掌握了稳定的地浸工艺参数。为更好地借鉴其开采经验，探索哈达图铀矿床开采工艺参数及效果，本文对比了二者在矿床地质、水文地质条件等方面的异同。结果表明：哈达图铀矿体延续性较好，碳酸盐含量为0.14%～0.46%，与巴彦乌拉相近，可采用酸法浸出工艺。矿体平均品位高于巴彦乌拉，渗透系数小于巴彦乌拉，浸出过程的稀释作用减弱，有助于铀矿石浸出，开采条件总体优于巴彦乌拉。室内试验表明二者具有相同的铀浸出规律。哈达图铀矿床现场试验推荐使用酸法浸出工艺，浸出剂酸度为10 g/L。

关键词：哈达图铀矿床地质特征水文地质条件类比法室内试验

Cl/S与Na相互作用对Shell气化炉合成气冷却器入口积灰机制的影响

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煤炭学报 2024年第5期49卷 2498-2506页

作者：蔡兴瑞王跃凤杜雨佳薛皓天贺冲卫月星李晓姣秦育红赵保明太原理工大学环境科学与工程学院山西太原030024 山西易通环能科技集团有限公司山西长治047100

Shell干粉煤加压气化是煤炭洁净高效利用的重要技术之一,由碱金属化合物引起的合成气冷却器入口积灰结垢是导致气化炉非正常停工检修的主要原因。以添加不同含量的Na、Cl和S的Shell气化炉飞灰为原料,利用自主设计的高温竖直炉中沉积探... 详细信息

Shell干粉煤加压气化是煤炭洁净高效利用的重要技术之一,由碱金属化合物引起的合成气冷却器入口积灰结垢是导致气化炉非正常停工检修的主要原因。以添加不同含量的Na、Cl和S的Shell气化炉飞灰为原料,利用自主设计的高温竖直炉中沉积探针模拟Shell气化炉合成气冷却器入口管路,通过对积灰进行内、外分层研究,探讨内外层积灰质量的变化,并结合ICP-MS、IC、SEM-EDS和XRD等表征手段对内外层积灰的理化性质进行比较分析,获得Na、Cl、S和Fe等不同元素之间的相互作用对积灰行为的影响。结果表明,内层积灰质量随时间延长而增大,含S化合物的添加会降低内外层积灰质量,且外层积灰质量会随着时间延长而减小。Na更多以铝硅酸盐形式在外层积灰中存在,促进积灰增长;Cl通常以碱金属氯化物的形式集中在初始黏性层;S的存在会减缓管路积灰;当Cl和S共同存在时,Fe易与灰中的Si、Al和Na形成多种低温共熔物促进内、外层积灰熔融。Shell气化炉合成气冷却器入口积灰形成机制为:飞灰颗粒组分在Na、Cl、Si和Al的共同作用下,于内层形成碱金属氯化物和铝硅酸盐共晶;同时Cl、S的存在促使Fe和Na迁移到这些共晶中,形成Fe-O-Si、Fe-O-S和Fe-Na-O-Al-S共熔体。进而,铝硅酸盐与多种低温共熔体相互熔融使灰颗粒尺寸增加,促进积灰的进一步生长。

关键词：积灰合成气冷却器 Shell气化炉 S Cl Na