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新疆北部早、中侏罗世富油煤分布规律及控制因素

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煤炭科学技术 2024年第1期52卷 244-254页

作者：宁树正张莉徐小涛张建强邹卓中国煤炭地质总局勘查研究总院北京100039

新疆北部富油煤资源丰富,约占全国富油煤资源的一半左右,富油煤资源的合理开发利用,是我国煤制油气用煤资源的重要补充。以往对本区煤炭资源的研究忽视了其油气资源属性,对其富油煤质特征和成因规律认识不清。在系统整理新疆北部6个赋... 详细信息

新疆北部富油煤资源丰富,约占全国富油煤资源的一半左右,富油煤资源的合理开发利用,是我国煤制油气用煤资源的重要补充。以往对本区煤炭资源的研究忽视了其油气资源属性,对其富油煤质特征和成因规律认识不清。在系统整理新疆北部6个赋煤带富油煤地质资料的基础上,补充采样测试数据137组,分析早、中侏罗世富油煤的煤岩煤质特征和分布规律,进一步探讨了富油煤形成的控制因素。通过对焦油产率的研究发现,新疆北部地区东北部、西部、中部部分地区焦油产率相对较高,东北部地区八道湾组高油煤呈不连续带状分布。按照煤的焦油产率由高到低依次为巴里坤–三塘湖赋煤带、准南赋煤带、伊犁赋煤带、准北赋煤带、吐哈赋煤带和准东赋煤带。新疆北部地区早、中侏罗世富油煤的形成主要受到成煤沉积环境、煤化程度和煤的显微组分等主要控制因素的影响。覆水还原环境为富油煤的富集提供了良好的条件,富油煤主要形成于相对覆水还原的泥炭沼泽环境,还原性越强,越利于富油煤生成和富集。煤的焦油产率随着镜惰比(V/I)的增加呈现升高的趋势,并且与挥发分和镜质组呈现正相关关系。镜质组最大反射率在生油高峰之前与焦油产率之间存在正相关性,随着煤化程度的升高,煤的焦油产率逐渐增加。煤的显微组分中含量相对较高的镜质组对焦油产率具有明显的正向促进作用,其中,富氢镜质组为富油煤的发育提供了良好物质基础。

关键词：富油煤焦油产率煤的显微组分煤化程度镜惰比富氢镜质组

煤及燃煤产物中稀土元素的分布赋存特征研究进展

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煤炭科学技术 2024年第3期52卷 269-282页

作者：邢艳阳丁华白向飞何金煤炭科学研究总院北京100013 煤炭科学技术研究院有限公司煤化工分院北京100013 国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室北京100013

稀土元素因其特殊的性质被广泛用于永磁、冶金、储氢材料等领域,消费量逐年递增。我国是稀土元素储量大国,至2020年我国稀土元素矿产量在世界占比逐年下降,近几年有所回升,但仍需要寻找和开发其他可作为稀土元素供应源的材料。煤作为一... 详细信息

稀土元素因其特殊的性质被广泛用于永磁、冶金、储氢材料等领域,消费量逐年递增。我国是稀土元素储量大国,至2020年我国稀土元素矿产量在世界占比逐年下降,近几年有所回升,但仍需要寻找和开发其他可作为稀土元素供应源的材料。煤作为一种有机矿产,形成过程中可富集稀土元素。深入认识煤中稀土元素含量及赋存状态对后续研究其燃烧产物中稀土元素赋存和提取回收具有重要意义。国内外学者分时代、地区、煤级研究煤中稀土元素含量,对煤及其燃烧产物中的稀土元素赋存状态研究进行总结,并初步认识到我国煤及其燃烧产物中的稀土元素分布赋存特征。目前研究表明,中国煤中的平均稀土元素含量是世界煤中的平均稀土元素含量的两倍;晚二叠世时期煤中稀土元素相对富集;煤中稀土元素主要以硅酸盐态存在。稀土元素性质稳定,经过燃烧后可在燃煤产物中明显富集,主要富集在非磁性的细飞灰颗粒中。对于煤中稀土元素含量的统计应综合考虑样品来源矿区的覆盖率、样品处理方式、微量元素测试方式等因素,以提高统计数据的代表性和准确性。综合直接观测、表征测试方法、逐级化学提取法及数理统计方法以推测得到较为可靠的赋存状态。我国煤炭消费量可观,能源供应以火力发电为主,燃煤产物产量巨大,煤中稀土元素至燃煤产物中可得到几十倍的富集,探明电厂燃煤产物中稀土元素富集分布规律,结合其提取的难易程度提出对应的回收工艺,以实现对燃煤产物资源化利用。

关键词：煤稀土元素赋存状态燃煤产物富集行为

煤质煤量全面在线检测技术发展现状及应用进展

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煤炭科学技术 2024年第2期52卷 219-237页

作者：王洪磊郭鑫张亦凡张俊升煤炭科学研究总院有限公司智能矿山研究院北京100013 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室北京100013

当前,煤矿智能化正在向着中高级阶段迈进,煤炭工业数智化转型迫切需要实时掌握煤质煤量全面信息,因此,开展了煤质煤量全面在线检测技术发展现状及应用进展综述研究。在分析煤质煤量检测技术工业应用需求的基础上,重点阐述以激光诱导击... 详细信息

当前,煤矿智能化正在向着中高级阶段迈进,煤炭工业数智化转型迫切需要实时掌握煤质煤量全面信息,因此,开展了煤质煤量全面在线检测技术发展现状及应用进展综述研究。在分析煤质煤量检测技术工业应用需求的基础上,重点阐述以激光诱导击穿光谱法(LIBS)及其与其他光谱联合的多光谱联用技术为代表的光谱学技术的基本原理、优缺点、研究进展与工业应用情况和以图像分析为代表的人工智能煤质煤量检测方法。然后,基于不同技术的工业应用情况进行问题梳理,分析实时煤质煤量在线检测技术在工业应用中的技术局限性,包括:基于技术原理的探测精度问题;由复杂环境因素引用的设备稳定性问题;基于大量数据处理的算法分析问题;煤炭全产业链应用的技术适用与灵活性问题。最后,对未来煤质煤量全面分析及在线检测技术提出4点发展建议:结合地质条件的煤质在线检测技术研究;工业化多光谱联用技术研究;光谱学与图像分析技术联用煤质煤量全面分析技术研究;智能化在煤质煤量实时检测的深入应用研究。智能化煤质煤量全面分析及在线检测装备研发需多学科共同努力,基于煤岩学、光谱学、仪器仪表工程、数据处理和模式识别、人工智能和机器学习等多学科科学技术,建立工业应用场景-煤质煤量参数-实际应用指导数据库,是实现智能化煤质煤量在线检测,掌握和预测全面煤质煤量信息的重要发展方向。

关键词：煤矿智能化煤质煤流量激光诱导击穿光谱分析法图像分析与机器视觉

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新时期我国煤矿地下空间综合利用现状及展望

地质论评 2024年第4期 1455-1468页

作者：霍超王蕾谢志清潘海洋方惠明赵岳王丹丹王丹凤中国煤炭地质总局勘查研究总院中国煤炭学会

我国煤炭资源的长期大规模开采，产生了大量的地下空间，直接一关了之不仅造成地下空间资源浪费，还可能产生一系列安全、环境及经济问题，因此，如何科学、高效地解决煤矿地下空间的综合开发利用问题，对煤炭产业乃至国民经济的发展具... 详细信息

我国煤炭资源的长期大规模开采，产生了大量的地下空间，直接一关了之不仅造成地下空间资源浪费，还可能产生一系列安全、环境及经济问题，因此，如何科学、高效地解决煤矿地下空间的综合开发利用问题，对煤炭产业乃至国民经济的发展具有重要现实意义。笔者等以主要产煤省份为代表，结合调研收集的最新生产煤矿和关闭煤矿数据，深入分析了“十三五”期间生产煤矿地下空间和关闭煤矿地下空间总体情况，系统总结了国内外煤矿地下空间在储物、储能等方面的功能化利用现状，指出了当前我国煤矿地下空间利用存在资源数据信息匮乏、整体开发利用率低、相关技术研究工作仍相对滞后、可供推广借鉴的成熟示范工程较少等问题，提出了新时期煤矿地下空间基础数据库建设、利用体系构建、关键技术攻关、示范工程推广4个方面作为重点发展方向。

关键词：煤矿地下空间地下空间估算综合利用利用模式国际趋势中国现状

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煤矿采动应力演化与围岩控制

岩石力学与工程学报 2024年第1期43卷 1-40页

作者：康红普高富强中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室北京100013

应力是引起采矿工程地下空间围岩变形与破坏的根本驱动力,大范围、高集中应力是煤矿井下采动应力的显著特点。煤矿井下应力场包括原岩应力场、采动应力场及支护应力场,三者共同构成井下综合应力场。以应力为主线,论述煤矿井下围岩应力... 详细信息

应力是引起采矿工程地下空间围岩变形与破坏的根本驱动力,大范围、高集中应力是煤矿井下采动应力的显著特点。煤矿井下应力场包括原岩应力场、采动应力场及支护应力场,三者共同构成井下综合应力场。以应力为主线,论述煤矿井下围岩应力演化特征及围岩控制理论与技术。在原岩应力方面,基于大量现场地应力测量数据,详细分析我国煤矿井下地应力场分布特征及影响因素。在采动应力方面,采用理论分析、数值模拟、相似模拟和现场监测相结合的方法,从多个维度综合研究掘进工作面与巷道围岩应力的演变过程,分析采煤工作面周围的采动应力演化特征及主要影响因素。在支护应力方面,自主研发一系列巷道支护测试及模拟试验平台,系统开展锚杆及护表构件在多种复杂受力状态下的测试试验,揭示它们的力学响应特征及破坏机制。深入研究各种支护方式在支护结构自身及围岩中产生的支护应力场分布特征及演化规律。在研究原岩应力、采动应力及支护应力的基础上,分析围岩表面支护、锚固、改性、卸压及联合法的围岩控制机制、设计方法、支护加固材料及控制技术。应用实例重点介绍水力压裂卸压技术、支护+改性+卸压协同控制技术,井下试验与应用表明,基于采动应力演化的围岩控制技术显著提高了巷道围岩稳定性和安全程度,取得良好的围岩控制效果。最后,分析煤矿井下应力场研究及巷道围岩控制中存在的问题,并对未来围岩应力测试与分析、围岩控制理论与技术发展趋势进行展望。

关键词：采矿工程煤矿原岩应力采动应力支护应力应力演化围岩控制

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CFRP基材矿用安全头盔轻量化设计与优化

复合材料科学与工程 2024年

作者：石林鑫王海军王洪磊煤炭科学研究总院中国煤炭科工集团煤炭科学研究总院有限公司

为解决目前矿用安全头盔重量过大的问题，采用碳纤维增强复合材料(CFRP)替代传统ABS注塑材料实现矿用安全头盔的轻量化设计。建立了钢球-头盔碰撞仿真有限元模型，在碰撞仿真环境下对比分析ABS和CFRP盔壳的力学性能。CFRP盔壳的强度和... 详细信息

为解决目前矿用安全头盔重量过大的问题，采用碳纤维增强复合材料(CFRP)替代传统ABS注塑材料实现矿用安全头盔的轻量化设计。建立了钢球-头盔碰撞仿真有限元模型，在碰撞仿真环境下对比分析ABS和CFRP盔壳的力学性能。CFRP盔壳的强度和刚度优于ABS盔壳，且具有更好的防护性能。利用BP神经网络模拟CFRP铺层参数与头盔力学性能之间的输入输出映射关系，并使用粒子群优化算法实现了对CFRP头盔力学性能的全局优化。优化结果表明，最优铺层参数为单层层厚0.2 mm，各层铺层角度[0°/45°/60°/45°/0°/90°]，优化后的CFRP头盔在碰撞仿真中头盔顶部最大变形量为19.601 mm，头模最大受力为4.891 kN。该优化方案能够满足相关国家标准的要求，同时实现相比ABS头盔盔壳减重49.3%的轻量化设计。

关键词：碳纤维增强复合材料有限元分析 BP神经网络粒子群优化轻量化设计

预制孔洞煤样冲击力学特性及能量耗散试验研究

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煤炭科学技术 2024年第2期52卷 92-103页

作者：何杰吴拥政孙卓越李军臣煤炭科学研究总院有限公司开采研究分院北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭科学研究总院煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室北京100013

为研究冲击载荷下预制孔洞煤样力学特性及能量耗散规律,制备含轴向孔洞的直径50 mm,高50 mm圆柱体煤样,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,开展8个孔洞尺寸和3个冲击气压水平的加载试验研究,借助平面场应变测量技术(VIC-2D)和高速摄像机... 详细信息

为研究冲击载荷下预制孔洞煤样力学特性及能量耗散规律,制备含轴向孔洞的直径50 mm,高50 mm圆柱体煤样,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,开展8个孔洞尺寸和3个冲击气压水平的加载试验研究,借助平面场应变测量技术(VIC-2D)和高速摄像机,分析了冲击加载过程中试件动态应力、动态应变、裂纹演化、破坏失效及能量耗散特性。结果表明:①在试验涉及的孔洞直径范围内,冲击载荷下完整与孔洞煤样动态应力-应变过程均呈现微裂隙压密阶段、弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段。同一冲击气压下,随孔径增大,煤样动态抗压强度、动态峰值应变均降低;孔径由0增大至8 mm时,煤样动态抗压强度和峰值应变下降出现快-慢分区特征。与完整煤样以拉伸裂纹破坏为主不同,孔洞煤样主要以拉伸裂纹-剪切裂纹复合破坏为主,且随着孔径增加,试件内部裂纹扩展能力变弱。②揭示了冲击载荷下孔洞煤样的能量耗散规律:孔洞煤样透射能、吸收能与孔径呈负相关,反射能与孔径呈正相关,这主要由孔洞改变试件过波面积造成。随孔径增大,煤样过波面积降低,其吸收能和透射能随之降低,与冲击载荷下孔洞煤样破碎度与孔径负相关结论相一致。研究成果有利于明晰冲击地压巷道钻孔卸压机理,为冲击地压防治提供理论支持。

关键词：岩石动力学分离式霍普金森压杆孔洞力学特性能量耗散

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基于岩石初分类体系的高光谱岩石分类研究

光谱学与光谱分析 2024年第3期44卷 784-792页

作者：胡程浩吴文渊苗莹许林霞傅显浩郎夏祎何博闻钱俊锋杭州师范大学信息科学与技术学院浙江杭州311100 浙江省城市湿地与区域变化研究重点实验室浙江杭州311100 中国煤炭地质总局浙江煤炭地质局浙江杭州310017 浙江省地质矿产研究所浙江杭州310000

高光谱遥感是当前遥感领域的前沿技术,具有多波段、高光谱分辨率等特征,越来越广泛地被应用于岩石的识别和分类。当下的高光谱的岩石分类研究中,很多岩石因为矿物成分相近导致光谱容易混淆,分类始终精度不高;并且在大范围的野外条件下... 详细信息

高光谱遥感是当前遥感领域的前沿技术,具有多波段、高光谱分辨率等特征,越来越广泛地被应用于岩石的识别和分类。当下的高光谱的岩石分类研究中,很多岩石因为矿物成分相近导致光谱容易混淆,分类始终精度不高;并且在大范围的野外条件下进行高光谱岩性的研究存在许多外界环境的干扰,例如影像中出现地物覆盖、像元混杂等问题,因此有待对岩石光谱特性做进行进一步的研究,对光谱相近的岩石进行重新归类。从实验室高光谱遥感系统的角度,以81种常见的岩浆岩和变质岩样本的HySpex高光谱影像为研究数据,对影像进行反射率校正等预处理,结合ASD光谱仪测得的岩石样本光谱作为影像中对应样本光谱曲线提取的验证,提取得到代表每一岩石样本的光谱信息并对其进行光谱相似度初分类,最后得出以81块岩石岩本为基础的9个大类别和28个小类别的岩石初分类体系。初分类体系具有岩石样本在大类上成分性质以及光谱特征的相近,小类在大类的基础上光谱特征更为相近的特征。为了验证初步分类经验对计算机岩性分类的作用和效果,基于岩石样本初分类体系,利用最小噪声分离(MNF)技术进行高光谱影像的特征信息提取,设置两种分类方法,一种基于传统的分类,一种基于初分类模型,因此训练样本设置前者以每一块岩石作为样本,后者以初分类体系中的每小类作为样本,再应用计算机分类算法的模型使用最大似然法和随机森林分类两种方法,完成常见的岩浆岩和变质岩的高光谱影像分类。实验结果表明,基于传统模型的最大似然法和随机森林分类精度为83.21%和83.63%,而基于初分类的最大似然法分类和随机森林分类精度可以提高到85.46%和89.39%,随机森林分类器相比于传统的最大似然法更优越,而岩石初分类体系相比于简单的原始岩石分类具有一定的优越性,可为今后的岩石分类工作提供经验方法的借鉴。

关键词：高光谱遥感光谱特征岩性分类

Zn含量对于Cu-Mn-Zn/ZrO_(2)催化剂CO_(2)加氢合成甲醇性能的影响研究

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燃料化学学报（中英文） 2024年第3期52卷 293-304页

作者：王世威杨金海周宏利肖福魁赵宁中国科学院山西煤炭化学研究所煤炭高效低碳转化全国重点实验室山西太原030001 中国科学院大学北京100049

通过溶胶-凝胶方法制备了一系列不同Zn含量的Cu-Mn-Zn/ZrO_(2)催化剂,并通过XRD、BET、TPR、N_(2)O吸附、XPS、TPD和in-situ DRIFTS进行了表征。结果表明,随着Zn含量增加,催化剂上CO_(2)加氢反应的活性增加。在所有样品中,Cu_(3)MnZn_(0... 详细信息

通过溶胶-凝胶方法制备了一系列不同Zn含量的Cu-Mn-Zn/ZrO_(2)催化剂,并通过XRD、BET、TPR、N_(2)O吸附、XPS、TPD和in-situ DRIFTS进行了表征。结果表明,随着Zn含量增加,催化剂上CO_(2)加氢反应的活性增加。在所有样品中,Cu_(3)MnZn_(0.5)Zr_(0.5)(CMZZ-0.5)在250℃和5 MPa条件下具有最高的CO_(2)转化率(6.5%)和甲醇选择性(73.7%)。表征结果表明,Zn进入Cu_(1.5)Mn_(1.5)O_(4)尖晶石结构,形成ZnOx,导致催化剂表面羟基含量的增加,同时增加了Cu0和Cu^(α+)的含量,改善了H_(2)和CO_(2)的活化能力。此外,通过原位漫反射红外光谱研究了CO_(2)转化为甲醇的途径。

关键词： CO_(2)加氢甲醇 Cu-基催化剂表面羟基