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原生层理结构影响下煤岩组合体超声波及CT扫描分析

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煤炭科学技术 2024年第3期52卷 74-86页

作者：雷国荣李春元齐庆新王嘉敏杜伟升李向上何团煤炭科学研究总院有限公司深部开采与冲击地压防治研究院北京100013

为研究原生层理结构对煤岩组合体波速及力学性质的影响,并提升室内获取煤岩波速及力学参数的精确性、快速性及便捷性,在室内对不同原生层理倾角的煤岩组合体开展了多层位多方位的超声波及CT扫描测试。基于超声波测试数据,获取了原生层... 详细信息

为研究原生层理结构对煤岩组合体波速及力学性质的影响,并提升室内获取煤岩波速及力学参数的精确性、快速性及便捷性,在室内对不同原生层理倾角的煤岩组合体开展了多层位多方位的超声波及CT扫描测试。基于超声波测试数据,获取了原生层理结构影响下煤岩组合体不同层位的波速及波速比变化特征;结合CT扫描及三维重构技术,应用煤岩灰度分布频数数据,提出了不同层位CT灰度均值的计算方法,获得了不同原生层理倾角下煤岩组合体不同层位灰度及煤岩含量的变化规律,建立了煤岩CT灰度均值与波速、力学参数的关系;构建了考虑层理倾角与煤岩含量效应的煤岩组合体纵波波速计算模型,并应用测试数据进行了对比验证。结果表明:①含原生层理的煤岩组合体波速及波速比与层理倾角线性相关,随层理倾角增加,组合体的纵波波速近似线性减小,而波速比的分布范围增大;②不同层理倾角下组合体的CT灰度均值与波速线性相关,随CT灰度均值增高,煤岩组合体波速线性增加;③煤岩组合体的密度随CT灰度均值增加线性增高,其动态弹性模量及剪切模量则与CT灰度均值均呈三阶多项式关系,并随CT灰度均值增高趋于增大;④层理倾角与煤岩含量相比,组合体波速对煤岩含量的敏感性更高,煤岩含量相近则波速受层理倾角响变化最大。

关键词：煤岩组合体层理倾角超声波 CT扫描波速灰度

地下水循环井修复不锈钢滤水筛管设计及性能评价

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环境工程学报 2024年第4期18卷 978-986页

作者：田东庄杨文佳田宏杰煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司西安710077

为了提高地下水循环井修复用不锈钢滤水筛管的抗拉能力,保证其在下管和提管时不发生拉伸变形破坏,确保滤水筛管在井内的安全运行,从整体结构、筛网丝型和参数3个方面进行了滤水筛管结构设计,并通过有限元模拟和室内拉伸试验评价滤水筛... 详细信息

为了提高地下水循环井修复用不锈钢滤水筛管的抗拉能力,保证其在下管和提管时不发生拉伸变形破坏,确保滤水筛管在井内的安全运行,从整体结构、筛网丝型和参数3个方面进行了滤水筛管结构设计,并通过有限元模拟和室内拉伸试验评价滤水筛管的抗拉性能。设计采用三角形不锈钢丝型和全焊式绕丝工艺,共研制2种结构、6种规格的不锈钢滤水筛管,模拟及试验结果表明:筛管断裂均发生在接头与筛网的焊缝处,仿真结果与试验结果具有较好的吻合性;对于外绕丝内竖丝型滤水筛管,随着筛网孔隙和绕丝尺寸的增大,筛管最大拉伸载荷逐渐降低,SG1-0.9/2.3型筛管抗拉载荷最大,试验和仿真结果分别为1072.75和1114.39 kN,二者误差率为3.88%;对于外竖丝内绕丝型滤水筛管,随着筛网孔隙的增大,筛管圆周竖丝的横截面积逐渐减小,筛管最大拉伸载荷逐渐减小,SG2-0.9/2.3型筛管抗拉载荷最大,试验和仿真结果分别为1662.06和1668.23 kN,二者误差率为0.37%;对于相同的筛网参数,外竖丝内绕丝型结构在承受拉伸载荷时能够产生更大的变形,其抗拉强度优于外绕丝内竖丝型滤水筛管。该研究结果可为地下水循环井修复用不锈钢滤水筛管的设计提供理论指导。

关键词：地下水循环井修复滤水筛管筛网参数抗拉性能

高参数垃圾电站锅炉防腐涂层体系的设计策略与评价

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材料导报 2024年第8期38卷 186-191页

作者：曲作鹏刘吉臻田欣利魏啸天汪瑞军王永田王海军华北电力大学新能源学院北京102206 江苏科环新材料有限公司江苏淮安223005 中国农业机械化科学研究院集团有限公司北京100083

随着国家“双碳”战略目标的提出,垃圾发电成为城市垃圾处理的主流方式。针对高参数垃圾电站锅炉管道腐蚀减薄到一定程度时,造成泄漏甚至爆管的严重安全问题,本文在简介了高参数对锅炉腐蚀影响规律的基础上,评述了高参数条件下管道的基... 详细信息

随着国家“双碳”战略目标的提出,垃圾发电成为城市垃圾处理的主流方式。针对高参数垃圾电站锅炉管道腐蚀减薄到一定程度时,造成泄漏甚至爆管的严重安全问题,本文在简介了高参数对锅炉腐蚀影响规律的基础上,评述了高参数条件下管道的基材特性及主流涂层防护技术,重点论述了Inconel堆焊、感应熔焊、HVOF等技术及性能。因为涂层系统设计主要是对管道基体和涂层材料与工艺进行选配,同时匹配参数也是对涂层系统的主要评价指标,所以本文对热膨胀系数、导热系数、结合强度、孔隙率、服役寿命以及经济性等参数进行了系统评价,并阐述了涂层结构设计策略,包括防腐涂层的厚度设计、涂层结构设计、涂层材料组分设计等内容。根据涂层防护技术现存的主要问题,提出粉末合成设计-涂层结构设计-服役性能评价一体化研究的重要性;针对目前主要的材料体系设计比较集中于高Cr含量的FeCr系和NiCr系合金的现状,指出应开发以NiCr基辅以W、Mo等元素涂层材料,使其兼具优异的耐腐蚀和抗磨损的综合性能。最后对涂层防护技术的发展前景进行展望。

关键词：垃圾电站防腐涂层堆焊感应熔焊设计策略评价

时速400公里高速铁路轮轨周期性短波不平顺的安全限值研究

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西南交通大学学报 2024年

作者：胡晓依成棣孟凡迪孙丽霞闫子权孙林林中国铁道科学研究院集团有限公司铁道科学技术研究发展中心北京交通大学机械与电子控制工程学院中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所

针对400 km·h-1速度等级高速铁路车轮多边形和钢轨波磨安全限值缺乏的问题，提出确定轮轨周期性短波不平顺的安全限值的三个原则：基于《TB 10761-2013高速铁路工程动态验收技术规范》规定的轮轨垂向力不超过170 kN，基于武广线实测数... 详细信息

针对400 km·h-1速度等级高速铁路车轮多边形和钢轨波磨安全限值缺乏的问题，提出确定轮轨周期性短波不平顺的安全限值的三个原则：基于《TB 10761-2013高速铁路工程动态验收技术规范》规定的轮轨垂向力不超过170 kN，基于武广线实测数据拟合得到的弹条与加速度关系以及弹条共振疲劳断裂的弹条加速度确定的钢轨加速度小于3250 m·s-2，基于轮轴至少服役30年换算确定的轮轴疲劳损伤寿命超过1200万公里。基于三个原则建立CR400BF型高速动车组的车辆-轨道刚柔耦合动力学模型，开展CR400BF动车组受大幅值轮轨周期性短波不平顺耦合激励下的轮轨力、钢轨振动加速度、轮轴疲劳损伤寿命计算，在此基础上研究时速400公里高速铁路轮轨周期性短波不平顺的安全限值，结果如下：120～200 mm波长的0.02 mm幅值钢轨波磨与0.025 mm幅值的14～22阶多边形耦合时轮轨力不超过170 kN，在120～200 mm波长的0.04 mm幅值钢轨波磨与0.02 mm幅值的14～22阶多边形耦合激励下钢轨加速度不超过3250 m·s-2，在120～200 mm波长的0.04 mm幅值钢轨波磨与0.03 mm幅值的14～22阶多边形耦合激励下轮轴疲劳损伤寿命超过1200万公里。因此，建议将时速400公里高速铁路的轮轨周期性短波不平顺的安全限值定为0.02 mm，与时速350 km限值一致。

关键词：轮轨周期性短波不平顺安全限值弹条断裂钢轨加速度轮轨垂向力轮轴疲劳损伤寿命

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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

定向长钻孔瓦斯抽采负压变化规律及监测控制技术研究进展

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煤田地质与勘探 2024年

作者：李泉新程卓尔方俊牟全斌刘飞丛琳煤炭科学研究总院中煤科工西安研究院(集团)有限公司

【意义】近水平定向长钻孔是煤矿瓦斯灾害防治的重要技术途径和有效手段，负压是影响定向长钻孔瓦斯抽采效果的重要因素。【进展】从孔内负压衰减机制与分布规律、瓦斯抽采参数监测技术、瓦斯抽采智能调控系统等3个方面系统总结了近水... 详细信息

【意义】近水平定向长钻孔是煤矿瓦斯灾害防治的重要技术途径和有效手段，负压是影响定向长钻孔瓦斯抽采效果的重要因素。【进展】从孔内负压衰减机制与分布规律、瓦斯抽采参数监测技术、瓦斯抽采智能调控系统等3个方面系统总结了近水平定向长钻孔瓦斯抽采技术研究进展，其中在孔内负压衰减机制与分布规律方面，总结了负压对瓦斯抽采影响机制、负压衰减机制、负压分布规律等基础理论研究成果；在瓦斯抽采参数监测技术方面，基于不同原理，阐述了超声波式、激光式、孔板式、循环自激式等不同类型的孔口瓦斯监测仪器现状，以及以束管法为主的孔内瓦斯监测手段；在瓦斯抽采智能调控系统方面，介绍了瓦斯抽采智能调控理念与技术装备研究上取得的成果，以负压、流量、浓度等抽采参数为分析调控对象，基于智能算法与PLC控制技术，初步实现井下管网智能调控，提高了瓦斯抽采效率。【展望】指出当前研究存在定向长钻孔内负压变化规律不清、正负压耦合作用机制不明，缺乏孔内长距离的瓦斯抽采参数监测手段和瓦斯多参数监测方法，瓦斯抽采调控系统智能化程度低等不足。同时提出瓦斯抽采定向长钻孔研究的未来发展趋势，包括基于定向长钻孔特殊结构分析的负压抽采与正压扩散耦合机制、基于光纤传感的孔内瓦斯多参数监测系统、基于机器学习的瓦斯抽采参数精细调控方法等研究方向，为近水平定向长钻孔瓦斯治理工程设计、施工、抽采与效果评价提供支撑。

关键词：瓦斯抽采定向长钻孔负压参数监测智能调控系统煤矿

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智慧矿山系统工程及关键技术研究与实践

煤炭学报 2024年第1期49卷 181-202页

作者：王国法庞义辉任怀伟战凯杜明张勇程健杜毅博张建中巩师鑫王丹丹孟令宇孟积渐中煤科工开采研究院有限公司北京100013 北京天玛智控科技股份有限公司北京101399 安标国家矿用产品安全标志中心北京100013 煤炭科学研究总院有限公司北京100013 矿冶科技集团有限公司北京100160

针对智慧矿山复杂巨系统建设过程中存在的问题,提出了智慧矿山建设的总体技术架构,并分别从智慧矿山系统模型构建、地下空间重构与模型动态更新、机器视觉测量技术、瓦斯环境射频防爆测试方法、矿山安全闭环管控体系、智慧矿山标准体系... 详细信息

针对智慧矿山复杂巨系统建设过程中存在的问题,提出了智慧矿山建设的总体技术架构,并分别从智慧矿山系统模型构建、地下空间重构与模型动态更新、机器视觉测量技术、瓦斯环境射频防爆测试方法、矿山安全闭环管控体系、智慧矿山标准体系等方面进行了详细阐述。将智慧矿山分为信息感知支撑层、边缘计算层、云数据中心、多型网络、矿山智能生产管控平台、矿山智能生产系统、智慧矿山运维管理系统,构建了基于多系统深度融合的智慧矿山技术架构。基于智慧矿山知识图谱及信息抽取技术,构建了以数据创新为驱动、通信网络为基础、数据算力为核心的智慧矿山系统模型。构建了以机器视觉感知信息为主、其他感知信息为辅的矿山井下三维视觉空间模型,提出了矿山井下场景三维视觉与空间重建框架,实现了矿山井下三维空间重构与动态更新。开发了基于机器视觉技术的井下设备位姿与煤岩界面识别算法,实现了对井下综采装备群及煤岩分界面的同时空测量。探讨了井下瓦斯环境下现行防爆标准对5G基站功率的限制及存在的不足,设计开发了射频电磁能防爆专用试验装置,为提升井下5G基站功率阈值提供了方法借鉴。提出了融合灾害信息全面感知、防控方案自主决策、防控装备协同控制的矿井灾害闭环管控系统技术架构,实现井下灾害的超前预测预警与协同防控。构建了智能化煤矿标准体系框架,剖析了我国煤矿与金属矿山智能化建设典型案例,提出了智慧矿山建设发展趋势及建议。

关键词：智慧矿山系统工程机器视觉射频电磁能防爆安全闭环管控标准体系

无镉钎料对PDC切削齿力学性能和微观形貌的影响研究

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煤田地质与勘探 2024年

作者：张素慧姚宁平刘庆修刘欢王德川煤炭科学研究总院中煤科工西安研究院(集团)有限公司

【目的】PDC钻头不仅是地质保障装备的重要组成部分，更是推动煤炭行业技术进步和效率提升的关键工具。针对目前PDC钻头采用含镉银钎料进行钎焊，而镉是污染性毒性元素，提出采用无镉环保钎料钎焊PDC钻头的新思路。【方法】从钎料与母... 详细信息

【目的】PDC钻头不仅是地质保障装备的重要组成部分，更是推动煤炭行业技术进步和效率提升的关键工具。针对目前PDC钻头采用含镉银钎料进行钎焊，而镉是污染性毒性元素，提出采用无镉环保钎料钎焊PDC钻头的新思路。【方法】从钎料与母材的润湿机制出发，采用高银含Sn、含Mn、Ni和只含Ni的Ag-Cu-Zn系钎料对PDC切削齿和钢进行火焰钎焊。分析了不同钎料的剪切强度和PDC切削齿的焊后性能。对熔化温度最高的钎料焊前和焊后PDC切削齿进行微观形貌、元素含量和拉曼光谱分析，探究钎焊温度是否会对PDC切削齿造成热损伤。在此基础上，分析了钎缝界面组织形貌、元素扩散情况、焊后断面特征和物相组成，阐述了无镉Ag-Cu-Zn系钎料钎缝形成机理。同时测量并计算了钎料与两侧界面的润湿角和化学亲和力参数，综合评价钎缝性能。【结果和结论】研究表明：(1)4种无镉Ag-Cu-Zn系钎料均能满足PDC切削齿钎焊强度要求，其中含Mn、Ni的Ag-Cu-Zn系钎料可获得322.989 MPa的强度值。(2)含Sn的Ag-Cu-Zn钎料钎缝形成机理是界面处元素的微扩散；而含Mn、Ni或只含Ni的Ag-Cu-Zn钎料钎缝形成机理是在界面处形成扩散层，增加了界面处的键合力。(3)含3%Sn、含Mn、Ni和只含Ni的Ag-Cu-Zn系钎料为延性断口；含5%Sn的Ag-Cu-Zn系钎料为脆-韧混合断口。(4)Mn能降低两侧界面处富Cu相与母材的张力，而Ni只能降低钢界面处富Cu相的张力。因此，含Mn、Ni的无镉Ag-Cu-Zn系钎料强度最高。研究结果为环保型无镉钎料在PDC钻头钎焊方面的工程应用提供了理论和试验支撑，有力推动了PDC钻头的钎焊技术向更加环保、新型的方向转型升级。

关键词：无镉钎料 PDC切削齿力学性能微观形貌化学亲和力

FDM成型工艺对PEEK/CGF复合材料翘曲变形的影响

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工程塑料应用 2024年第1期52卷 64-69页

作者：李久振战丽李莞李云鹏袁勇超中国机械总院集团青岛分院有限公司山东青岛266300 中国机械总院集团北京机电研究所有限公司北京100083

为降低连续玻璃纤维增强聚醚醚酮复合材料增材制造样件的翘曲变形,优化增材制造基础工艺参数,通过单因素试验、Plackett-Burman Design试验与Box-Behnken Design试验,研究了打印过程中的热效应,即保温舱温度、层厚、成型平台温度、打印... 详细信息

为降低连续玻璃纤维增强聚醚醚酮复合材料增材制造样件的翘曲变形,优化增材制造基础工艺参数,通过单因素试验、Plackett-Burman Design试验与Box-Behnken Design试验,研究了打印过程中的热效应,即保温舱温度、层厚、成型平台温度、打印速度等工艺参数对连续玻璃纤维增强聚醚醚酮复合材料样件翘曲变形的影响规律,得出如下结论:研究发现打印工艺对翘曲度的影响程度是不同的,影响程度依次为B(层厚)>C(成型平台温度)>A(保温舱温度)。研究发现打印工艺参数之间是会对翘曲变形产生交互作用的,并且影响程度也较为显著(PB析因试验中大于t值),即B>C>A>AB>BC>D(打印速度)>BD。研究发现喷头温度440℃,成型平台温度100℃,保温舱温度90℃,层厚0.3 mm,道间距为0.5 mm,打印速度2 mm/s时,翘曲度可达到0.23%。

关键词：玻璃纤维聚醚醚酮增材制造工艺优化翘曲变形