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燃料辅助电解在固体氧化物电解池中的研究进展

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燃料化学学报(中英文) 2025年第2期53卷 183-197页

作者：郑国柱张广君王健成吴英豪庄子辰陈婷王绍荣中国矿业大学化工学院江苏徐州221116

固体氧化物电解池(solid oxide electrolysis cell,SOEC)在CO_(2)转化和可再生能源电力存储方面表现出极具潜力的应用前景。然而,较高的电能消耗限制了其商业化应用。燃料辅助固体氧化物电解池(fuel-assisted solid oxide electrolysis ... 详细信息

固体氧化物电解池(solid oxide electrolysis cell,SOEC)在CO_(2)转化和可再生能源电力存储方面表现出极具潜力的应用前景。然而,较高的电能消耗限制了其商业化应用。燃料辅助固体氧化物电解池(fuel-assisted solid oxide electrolysis cell,FASOEC)可以将在固体氧化物电解池中生成的氧气与燃料反应,将燃料的化学能提供给电解反应,从而极大地降低电解池的电能消耗。另外,FA-SOEC可以利用碳氢燃料的部分氧化反应(POM)和氧化偶联反应(OCM)产生合成气及多碳烯烃等。因此,这种新颖的电解模式展现出极高的经济价值和巨大的应用潜力。本工作介绍了近年来FA-SOEC的研究进展,总结了使用不同辅助燃料的FA-SOEC工作原理、FA-SOEC与SOEC的热力学和动力学对比、FA-SOEC的数值模型研究及燃料辅助电极材料的研究进展,总结了其面临的关键问题与挑战,并对未来的发展方向进行了展望。

关键词：燃料辅助固体氧化物电解池固体氧化物电解池辅助燃料数值模拟电极材料

深地航空电磁法极低频段隔振系统设计与动力学研究

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地球物理学报 2025年第1期68卷 299-311页

作者：苑俊峰闫四腾岳建华中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116

由于勘探目标体的二次场信号微弱,航空电磁探测系统必须具有良好的隔振降噪性能才能获取高质量的深部目标体低频信号.基于气动传动的概念,构建了气缸式气动隔振系统.建立了基于热力学和空气动力学的非线性动力学模型.利用MATLAB/Simulin... 详细信息

由于勘探目标体的二次场信号微弱,航空电磁探测系统必须具有良好的隔振降噪性能才能获取高质量的深部目标体低频信号.基于气动传动的概念,构建了气缸式气动隔振系统.建立了基于热力学和空气动力学的非线性动力学模型.利用MATLAB/Simulink对其动态性能进行仿真,对其振动的时域和频域特性进行仿真分析,气动悬架的固有频率可低至0.5 Hz,共振点的幅值比小于1.8.研究了附加气室体积和节流孔横截面积对其隔振性能的影响,为设计参数的优化选择提供了理论指导.航空电磁探测系统室内试验和飞行试验及其仿真结果表明,气缸式气动隔振系统具有良好的隔振性能,能够快速衰减和有效隔离较大的振动,可以满足航空电磁探测系统对隔振的要求.

关键词：航空电磁探测系统二次场微弱信号振动隔离动力学气动悬挂

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煤系气及深部煤层气高效勘探开发若干研究进展

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中国矿业大学学报 2025年第1期54卷 1-25页

作者：桑树勋郑司建刘世奇周效志韩思杰皇凡生刘统代旭光中国矿业大学江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室江苏徐州221008 中国矿业大学碳中和研究院江苏徐州221008 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116

煤系气及深部煤层气已成为我国天然气增储上产与煤层气产业发展重要领域,不论是成藏还是开发,二者都紧密衔接.系统梳理总结其高效勘探开发理论技术研究进展,在不断提升认识水平的同时,对于更好地指导重点盆地、重点层系煤系气及深部煤... 详细信息

煤系气及深部煤层气已成为我国天然气增储上产与煤层气产业发展重要领域,不论是成藏还是开发,二者都紧密衔接.系统梳理总结其高效勘探开发理论技术研究进展,在不断提升认识水平的同时,对于更好地指导重点盆地、重点层系煤系气及深部煤层气勘探开发决策部署与工程实践具有重要现实意义.本文从煤系气成藏模式与开发地质、煤系气开发技术模式与开发工程、深部煤层气高效勘探开发关键理论与技术等3个方面,分析综述了煤系气及深部煤层气勘探开发已取得的研究成果;进而针对地质-工程一体化、地质适配性技术、煤系气/煤层气合采、应力释放煤层气开发、深部与中浅部煤层气可采性关系、叠合型气藏与全层系含气系统煤系气开发潜力等6个关键问题,讨论阐述了作者的观点认识,并指出了其可能突破方向.研究结果表明:以煤储层厚度、地层结构、埋藏深度、煤岩特征、甲烷地质成因为线索,考虑实际工程意义,提出了厚-巨厚煤层煤层气藏、煤层群煤层气藏、煤系含煤段叠合型气藏、煤系非含煤段致密气藏、深部煤层气藏、深部全层系含气系统等基本煤系气成藏模式,不同成藏模式具有差异性开发地质特征;基于成藏模式及其储层地质特征,提出了单采、分采和合采3种基本煤系气开发技术模式,也相应发育了具体技术模式和不同的开发工程特征;在深部地层条件、深部煤层气赋存、煤层气可采性及储层可改造性、富集高产规律、“甜点”预测与井位部署方法等方面,深部煤层气地质理论取得了新认识,“多轮压裂、长距离有效支撑”(延川南模式)、“水平井极限体积压裂”(大宁—吉县模式)等大规模体积压裂技术创新带来了深部煤层气开发工程的突破,但压裂规模的地质、技术、经济上限值得关注.岩石力学地层方法是煤系气地质-工程一体化技术、特别是地质-工程“甜点”一体化预测技术的重要理论基础,基于地质-工程信息互馈的煤系气滚动勘探开发与生产管控技术是重要突破方向.与开发地质条件、地质工程控制程度适配的开发技术才能成为有效技术,地质适配性技术涵盖井型与井身结构、钻完井工艺、压裂改造、排采管控等关键工艺优选优化,技术体系的集成机制与适配方法亟待进一步突破.煤系气/煤层气合采是实现煤系气/煤层气大规模高效开发的重要技术攻关方向,对于煤系不同类型非常规天然气、煤系非常规天然气与常规天然气合采,同井先分采后合采技术探索有望取得工程化的突破;应力释放煤层气开发理论与技术已取得实质性突破,具备了工程化条件;构造煤煤层气等难开采煤层气有望从开发禁区变为增储上产新领域,也为部分盆地可采性差的深部煤层气实现高效开发提供了技术支持;深部煤层气可采性优于中浅部煤层气仅限于鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地、四川盆地等盆缘地质构造较复杂的盆地,采用应力释放煤层气等开发技术可实现可采性差的深部煤层气高效开发;煤系叠合型气藏、全层系含气系统资源量巨大,但其高效开发仍面临诸多技术挑战,成藏规律与兼探共采技术将是煤系气勘探开发理论技术持续攻关的方向.

关键词：煤系气深部煤层气成藏模式开发技术模式理论进展技术突破攻关方向

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地理知识图谱辅助的煤矿区生态损伤智慧识别研究

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地球信息科学学报 2025年第2期27卷 367-380页

作者：王行风陈国良中国矿业大学环境与测绘学院徐州221116

【目的】验证基于知识图谱的空间推理方法在煤矿区生态损伤主动发现和智慧识别的适应性,探索新时期煤矿区生态环境治理的新思路与新技术。【方法】基于知识图谱构建技术,对接矿山“天-空-地-人”多源监测、感知数据,总结概括煤矿区生态... 详细信息

【目的】验证基于知识图谱的空间推理方法在煤矿区生态损伤主动发现和智慧识别的适应性,探索新时期煤矿区生态环境治理的新思路与新技术。【方法】基于知识图谱构建技术,对接矿山“天-空-地-人”多源监测、感知数据,总结概括煤矿区生态单元的位置、形态、群体分布、分布格局以及时空演变等知识,设计了煤矿区生态单元的描述指标,构建了知识图谱辅助下的煤矿区生态损伤智慧识别推理规则,以辅助实现煤矿区地表生态环境采动损伤的主动发现与智能识别。【结果】以山西省某矿区作为研究区,构建了精准识别采动扰动塌陷单元和自然水面单元的空间推理规则。实验证明,知识图谱辅助下的煤矿区采动扰动单元的精准化、智能化识别精度能得到一定的提升,与传统识别结果相比,本文方法对错误图斑的剔除率为21.43%。【结论】知识图谱在煤矿区生态环境分析与评估具有良好适应性,可为采动扰动生态单元的主动发现、快速和精准识别提供技术支持,可为解决新时期复杂条件下的煤矿区生态环境治理问题提供了新的技术手段。

关键词：煤矿区生态环境地理知识图谱智慧识别空间推理主动发现领域知识时空大数据采动灾害

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贵州大河边区块煤系气合采数值模拟与开发效果评价

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中国矿业大学学报 2025年第1期54卷 98-114页

作者：王文楷刘世奇梁渝杜瑞斌中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 中国矿业大学江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室江苏徐州221008 中国矿业大学碳中和研究院江苏徐州221008 中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室江苏徐州221008

煤系气具有共生共储、多岩性储层频繁互层等特点,多层合采是实现其高效开发的有效方式.以黔西地区大河边区块二叠系上统龙潭组煤系叠合型储层为研究对象,开展了典型煤层-砂岩-泥岩互层型煤系叠合型气藏生产数值模拟研究,探讨了不同开发... 详细信息

煤系气具有共生共储、多岩性储层频繁互层等特点,多层合采是实现其高效开发的有效方式.以黔西地区大河边区块二叠系上统龙潭组煤系叠合型储层为研究对象,开展了典型煤层-砂岩-泥岩互层型煤系叠合型气藏生产数值模拟研究,探讨了不同开发层段下煤系气井合采效果,阐明了非煤层段产气贡献、压力传导和渗透率动态变化对煤系气开发效果的影响,并提出研究区煤系气合层排采建议.结果表明:煤系气井合采效果受气源供给、地层压力传导方式以及储层物性动态变化影响.非煤层段(泥岩、砂岩)作为补充性气源对煤系气井产气量有一定贡献,其中“煤层+顶板+底板”开发方式的合采效果最佳,累计产气量增幅达2.97%~48.46%,非煤层段的产气贡献率可达5.3%~10.4%.非煤层段的产气贡献率受控于地层压力传导方式.层间垂向压差影响下,地层压降由泥岩、砂岩的高压力区向煤层的低压力区传导,控制了层间物质传递.多层段开发可减缓层间垂向压力传导,有利于储层内部压力的扩展和下降,而过多的开发层段,反而造成层间垂向压差增大,抑制了储层内部压降扩展,指示了煤系气开发应结合含气系统储层性质,优选适宜的开发层段.泥岩、砂岩渗透率的动态变化受开发方式的显著影响.多层合采的开发方式有利于煤层渗透率恢复,但易导致泥岩、砂岩渗透率快速下降,通过合理的排采管控工艺降低甚至避免泥岩、砂岩储层伤害也尤为重要.

关键词：煤系气多层合采压力传导渗透率大河边区块

基板温度对激光选区熔化制备铁基非晶合金晶化的影响

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物理学报 2025年第1期74卷 228-234页

作者：姜晓月黄志敏王璇张响杨卫明刘海顺中国矿业大学材料与物理学院徐州221116 中国矿业大学力学与土木工程学院徐州221116

激光选区熔化技术有望实现复杂形状非晶合金部件的制造,但晶化现象难以避免.基板是激光选区熔化装置的重要部件,对打印件质量及微观结构有不容忽视的影响,但关于其对打印样品影响的研究还不多见.本文利用分子动力学模拟,在原子尺度探究... 详细信息

激光选区熔化技术有望实现复杂形状非晶合金部件的制造,但晶化现象难以避免.基板是激光选区熔化装置的重要部件,对打印件质量及微观结构有不容忽视的影响,但关于其对打印样品影响的研究还不多见.本文利用分子动力学模拟,在原子尺度探究了Fe_(50)Cu_(25)Ni_(25)非晶合金激光选区熔化过程中基板温度对晶化及原子团簇的影响.研究发现,基板温度低于750 K时,面心立方(FCC)晶相结构的特征键对1421含量及相应的(0,4,4,6)面心立方团簇含量随基板温度升高而明显增加;基板温度接近玻璃转变温度时,键对和团簇的演变同时受玻璃形成能力、熔体和冷却速率等的共同影响.本研究揭示了铁基非晶合金激光选区熔化过程中原子团簇随基板温度的演变及其原子尺度的晶化,为理解与调控非晶晶化提供了新的思路.

关键词：铁基晶非晶合金激光选区熔化技术分子动力学模拟基板温度晶化

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基于多粒度融合和跨尺度感知的跨模态行人重识别

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通信学报 2025年第1期46卷 108-123页

作者：程德强姬广凯张皓翔江鹤寇旗旗中国矿业大学信息与控制工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学计算机科学与技术学院江苏徐州221116

提出一种基于多粒度融合和跨尺度感知的跨模态行人重识别网络,该网络能够有效提取行人图像特征并减少图像间的模态差异。首先,提出多尺度特征融合注意力机制并设计一种多粒度非局部融合框架,有效融合不同模态和不同尺度的图像特征;其次... 详细信息

提出一种基于多粒度融合和跨尺度感知的跨模态行人重识别网络,该网络能够有效提取行人图像特征并减少图像间的模态差异。首先,提出多尺度特征融合注意力机制并设计一种多粒度非局部融合框架,有效融合不同模态和不同尺度的图像特征;其次,提出一种跨尺度特征信息感知策略,该策略可有效降低因视角变化、行人背景变化等产生的无关噪声对行人判别的影响;最后,针对行人图像特征信息不足,设计并行空洞卷积残差模块,获取更为丰富的行人特征信息。将所提方法在2个标准公共数据集与当前先进的跨模态行人重识别方法比较。实验结果表明,所提方法在SYSU-MM01数据集的全搜索模式下的R-1和平均精度(mAP)分别达到75.9%和73.3%,在RegDB数据集的可见光到红外的搜索(VIS to IR)模式下的Rank-1和mAP分别达到93.7%和89.3%,优于所对比的方法,充分证实了所提方法的有效性。

关键词：行人重识别跨模态特征融合跨尺度信息

Fe_(7)(CoNiMn)_(80)B_(13)共晶高熵合金的深过冷非平衡凝固行为及微观组织演变

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金属学报 2025年第1期61卷 143-153页

作者：王叶青付珂赵永柱苏礼季陈正中国矿业大学材料与物理学院徐州221116

Fe_(7)(CoNiMn)_(80)B_(13)共晶高熵合金在非平衡凝固过程中存在复杂的相变及微观组织演变行为。为了揭示其非平衡凝固特征及组织演变机理,本工作采用熔融玻璃包覆法对Fe_(7)(CoNiMn)_(80)B_(13)共晶高熵合金进行了深过冷凝固,研究了该... 详细信息

Fe_(7)(CoNiMn)_(80)B_(13)共晶高熵合金在非平衡凝固过程中存在复杂的相变及微观组织演变行为。为了揭示其非平衡凝固特征及组织演变机理,本工作采用熔融玻璃包覆法对Fe_(7)(CoNiMn)_(80)B_(13)共晶高熵合金进行了深过冷凝固,研究了该共晶高熵合金的深过冷凝固行为及微观组织演变特征。结果表明,Fe_(7)(CoNiMn)_(80)B_(13)共晶高熵合金在深过冷凝固过程中的凝固路径及凝固组织可以分为5类。在小过冷度下(ΔT<57 K),冷却曲线只有一次再辉现象,对应的凝固组织为初生富B相+α-(Fe,Co,Ni,Mn)包晶相+共晶组织。在中等过冷度下(ΔT=57~111 K),冷却曲线上出现2次再辉现象,对应的凝固组织可以分为2种:第一种为初生M_(23)B_(6)枝晶+次生α-(Fe,Co,Ni,Mn)晕圈+规则共晶;第二种为初生α-(Fe,Co,Ni,Mn)枝晶+规则共晶。在大过冷度下(ΔT=139~198 K),冷却曲线再次表现出单再辉现象,对应的凝固组织也可以分为2种:第一种为富B相+M_(23)B_(6)+α-(Fe,Co,Ni,Mn),3相各自存在;第二种为M_(23)B_(6)+α-(Fe,Co,Ni,Mn)的反常共晶。随着过冷度的增加,初生相的种类发生了2次转变:富B相→M_(23)B_(6)相→α-(Fe,Co,Ni,Mn)相。另外,小过冷度下获得的规则共晶中共晶2相的取向关系与大过冷度下获得的反常共晶中共晶2相的取向关系一致。

关键词：共晶高熵合金深过冷凝固非平衡凝固行为微观组织凝固路径

薄互层煤系气单井压裂合采的岩石力学地层理论初探

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中国矿业大学学报 2025年第1期54卷 65-82页

作者：王建国李培博梁伟羊嘉杰桑树勋中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学碳中和研究院江苏徐州221008 江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室江苏徐州221008

薄互层煤系气藏指由一系列厚度较薄的沉积岩组成并在垂直向呈现复杂岩性分布特征的叠置含气储层.薄互层煤系气藏单井压裂合采同时贯通多岩性储层,裂缝穿层扩展和层间干扰机理至今不明,亟需建立薄互层煤系气单井压裂合采理论和技术框架,... 详细信息

薄互层煤系气藏指由一系列厚度较薄的沉积岩组成并在垂直向呈现复杂岩性分布特征的叠置含气储层.薄互层煤系气藏单井压裂合采同时贯通多岩性储层,裂缝穿层扩展和层间干扰机理至今不明,亟需建立薄互层煤系气单井压裂合采理论和技术框架,解决其高效开采的理论与工程问题.本文梳理分析了薄互层煤系气单井压裂合采面临的关键科学问题,引入岩石力学地层理论的相关概念提出解决问题的思路,以探讨煤系气单井压裂合采的岩石力学地层理论方法.研究表明:应用岩石力学地层理论可建立起物理过程数值模拟与机器学习耦合的储层可压裂性预测框架,结合分层抽样和Vine Copula虚拟样本生成方法识别储层最优压裂位置;以岩石力学地层理论,能很好地分析和揭示水力裂缝在煤系叠置储层中的穿层扩展规律,结合构建的卷积神经网络升尺度方法可准确预测压裂后煤系储层渗透率;应用建立的薄互层煤系气-水层间渗流理论模型阐明了层间和井筒干扰对合采效率的影响.这些初步形成了薄互层煤系气单井压裂合采的岩石力学地层理论框架.

关键词：岩石力学地层薄互层煤系气可压裂性单井合采层间干扰

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