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全清洁能源下的高品质矿区能源系统配置优化方法

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煤炭学报 2024年第3期49卷 1669-1679页

作者：梁睿李嘉翔巩敦卫黄宏旭梁凯泽刘海龙李晓中国矿业大学电气工程学院江苏徐州221116 青岛科技大学信息科学技术学院山东青岛266061 中煤集团新疆能源有限公司新疆乌鲁木齐830000 宁夏红墩子煤业有限公司宁夏银川750002

面向“30·60”双碳目标,矿区能源利用方式的绿色、经济、高效转型成为我国能源革命的迫切需求。西部矿区拥有丰富的可再生能源资源禀赋,但仍面临着可再生能源就地消纳困难,电力设备投资成本高、利用率低以及外送输电通道有限的困难。... 详细信息

面向“30·60”双碳目标,矿区能源利用方式的绿色、经济、高效转型成为我国能源革命的迫切需求。西部矿区拥有丰富的可再生能源资源禀赋,但仍面临着可再生能源就地消纳困难,电力设备投资成本高、利用率低以及外送输电通道有限的困难。为提升矿区用能清洁化程度,提升矿区能源供给的稳定性与可靠性,增强矿区对外部电网的支撑能力,提出全清洁能源下的高品质矿区能源系统(High-quality Coal Mine Energy System,HCMES)及其配置优化方法。首先,考虑西部矿山综合能源系统的负荷特点与伴生能源利用,结合可再生能源发电与废弃矿井抽水蓄能,构建全清洁能源下的HCMES架构。其次,考虑到矿区生产全流程负荷的需求响应能力,考虑系统的能量平衡约束,提出全清洁能源下的高品质矿区能源系统优化配置模型。最后,以系统年平均综合成本最小化为目标,将原问题转化为混合整数线性规划模型,求解生成高品质矿区能源系统优化配置方案。以我国西部某年产煤量1200万t的矿区实际数据为实例,验证所提模型与方法的有效性,并分析可再生能源出力与生产负荷需求不确定性对系统优化配置结果的影响。算例仿真设置了4种矿区能源系统配置方式:不配置储能、配置抽水蓄能、配置电化学储能、配置抽水蓄能(不外购电能)。结果表明,所提出的HCMES相较于其他配置方式可减少电气一次设备投资11.11%,相较于方式3可降低年平均综合成本7.91%,且最多可减少矿区生产用能总二氧化碳排放量91.17%。

关键词：全清洁能源伴生能源利用废弃矿井抽水蓄能矿山综合能源配置优化

多层结构底板破坏深度精确预测与Matlab实现

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煤炭科学技术 2024年

作者：李昂王伟东牟谦王峰马政和赵磊黄刚周永根田胜祺中煤科工集团重庆研究院有限公司神华新街能源有限责任公司陕西陕煤澄合矿业有限公司陕西陕煤澄合矿业有限公司董家河煤矿分公司西安科技大学建筑与土木工程学院

矿井煤岩层开采工作面底板扰动会诱发底板隔水岩层上部受到破坏，底板破坏深度计算是科学确定底板破坏深度的基本前提。以往采用单一岩层底板塑性滑移线场理论计算往往与实际偏差较大，原因在于底板破坏范围内其结构主要由多层结构组成... 详细信息

矿井煤岩层开采工作面底板扰动会诱发底板隔水岩层上部受到破坏，底板破坏深度计算是科学确定底板破坏深度的基本前提。以往采用单一岩层底板塑性滑移线场理论计算往往与实际偏差较大，原因在于底板破坏范围内其结构主要由多层结构组成。首先构建多层结构底板塑性滑移线场力学模型，推导出多工况下底板破坏深度解析解，并优化出5种计算多层结构底板破坏深度计算工况；其次分析多层结构底板破坏深度人工计算方法的不足及误差原因；提出了计算多层结构底板破坏深度逻辑流程，借助Matlab语言开发了多层结构底板破坏深度计算系统，并结合实际工况分析该系统的可靠性和稳定性。结果表明：⑴多层结构底板破坏深度计算过程中多数工况需多次利用泰勒展开式和一元四次方程求解，人工计算过程冗长繁杂，极易导致计算结果出现偏差；⑵通过手算和机算（Matlab内置函数）对比计算同一工况下相同参数时底板最大破坏深度，可知随底板层数增多，人工求解过程中因泰勒展开式的多次运用导致底板破坏深度计算结果累积误差增大，而Matlab编程求解过程中避免泰勒式应用，其结果更符合现场实际需求；⑶软件主界面包含层数、层厚、力学参数及输入框、计算按钮等功能，可快速智能判别工况，计算出底板最大破坏深度及开采面至底板最大破坏深度水平距离；⑷将平煤某矿相关岩性力学参数代入该软件求解，通过对比分析五层结构底板最大破坏深度理论值、拟合值、实测值及软件值可知，理论值与实测结果偏差0.57m，软件值与实测值相差0.14m，多层计算结果下软件计算更符合实际需求，可为底板水害防治及安全开采提供可靠的技术参数。

关键词：多层结构底板破坏深度塑性滑移线场计算软件

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顶板导水通道瞬变电磁响应特征及应用

煤矿安全 2024年第7期55卷 179-187页

作者：仇念广李松营闫国才姚小帅张万鹏金明方赵红利河南能源集团研究总院有限公司河南郑州450046 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400039

针对西北干旱-半干旱矿区煤层顶板水害问题,为了查明回采工作面顶板导水通道分布范围,依据全空间瞬变电磁理论与时域有限差分算法,结合示范矿区地层电性特征建立正演地电模型,通过数值模拟研究了回采工作面顶板导水通道的不同磁场分量... 详细信息

针对西北干旱-半干旱矿区煤层顶板水害问题,为了查明回采工作面顶板导水通道分布范围,依据全空间瞬变电磁理论与时域有限差分算法,结合示范矿区地层电性特征建立正演地电模型,通过数值模拟研究了回采工作面顶板导水通道的不同磁场分量、不同时刻和不同探测角度的磁场响应特征,并在新疆示范矿区开展了应用试验。结果表明:线框法线方向所对应的磁场分量(Hy)强度最大,分布趋势最简单;磁场强度与衰减梯度随时间延迟逐渐衰减降低,在顶板导水通道处会产生二次感应,并以此为二次场源向外扩散衰减;Hy可识别顶板导水通道,最大有效探测仰角为75°;示范矿区的应用试验及后期钻探验证了瞬变电磁法在回采工作面顶板导水通道探测中的可行性与准确性。

关键词：矿井水害顶板导水通道瞬变电磁时域有限差分数值模拟响应特征

神东矿区立体帷幕注浆精准堵漏风与高效防灭火技术

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煤矿安全 2024年第9期55卷 40-47页

作者：贺兵兵王青祥许亚优于永宁杨英兵何铖茂马驰骋许超王江龙李龙宋小林国家能源集团矿井通风安全与职业健康防护研究中心中国神华能源股份有限公司神东煤炭分公司中国矿业大学中煤科工集团重庆研究院有限公司中煤科工西安研究院(集团)有限公司

为高效治理神东矿区浅埋藏煤层开采漏风引起的煤自燃隐患,以大柳塔煤矿活鸡兔井12_上、12_下煤层工作面为研究对象,通过立体帷幕注浆的方式进行精准堵漏风与防灭火工程示范。首先利用地质剖面移动角计算注浆距离,并设计注浆平面布置,同... 详细信息

为高效治理神东矿区浅埋藏煤层开采漏风引起的煤自燃隐患,以大柳塔煤矿活鸡兔井12_上、12_下煤层工作面为研究对象,通过立体帷幕注浆的方式进行精准堵漏风与防灭火工程示范。首先利用地质剖面移动角计算注浆距离,并设计注浆平面布置,同时针对不同地质情况,设计了先导钻孔、注浆钻孔和监测钻孔;根据活鸡兔井实际情况,共施工104个钻孔,设计帷幕体长度约1 020 m,高度约40 m;通过分段上行式注浆法,设计工作面切眼外侧注浆高度72 m,12_上205运输巷段注浆高度12 m,注浆宽度15 m,总注浆169 569.1 m3。通过立体帷幕注浆,12_下205工作面漏风较同条件下最大减少约1 000 m3/min,12_下207工作面漏风较同条件下最大减少近800m3/min;堵漏风效果明显,有效降低12_下煤层工作面煤自燃隐患。

关键词：神东矿区帷幕注浆堵漏风分段上行式注浆法防灭火

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燃煤锅炉改燃兰炭燃烧工艺及效益分析

现代化工 2024年第7期44卷 221-224页

作者：何海军煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工清洁能源股份有限公司北京100013

兰炭因热值高、硫含量低的特点被广泛应用于散煤替代,燃煤锅炉改燃兰炭是实现资源合理利用、降低污染物排放和改善企业经济效益的有效途径。以河北某循环流化床锅炉改燃兰炭工程为例,燃烧系统采用掺烧灰渣的方法,解决改燃后机械未完全... 详细信息

兰炭因热值高、硫含量低的特点被广泛应用于散煤替代,燃煤锅炉改燃兰炭是实现资源合理利用、降低污染物排放和改善企业经济效益的有效途径。以河北某循环流化床锅炉改燃兰炭工程为例,燃烧系统采用掺烧灰渣的方法,解决改燃后机械未完全燃烧导致损失大和物料循环不稳定问题,确定了兰炭和灰渣的最佳掺混比为9∶1;配风系统采用控制总量并降低一次风率的方法,解决兰炭着火困难的问题,确定了最佳一次风比例为55%;换热系统采用增加锅炉尾部受热面的方法,解决因燃料热值提升较大产生的蒸汽超温和锅炉效率下降问题。改燃扩容后锅炉烟尘、SO2和NOx排放分别比原锅炉降低了73%、94%和55%,以原锅炉35 t/h的额定功率运行,每小时节约燃料成本5.51%,产吨蒸汽所需燃料成本降低6.47元。

关键词：循环流化床锅炉兰炭燃烧配风换热

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高比能锂离子电池电解液配方分析改善

电源技术 2024年第1期48卷 56-59页

作者：马怡晖王思敏刘恋周江中电科能源有限公司天津300384

针对300 Wh/kg高比能锂离子动力电池在不同循环寿命状态下的电解液进行残余成分分析,其中正极材料为三元高镍材料NCM811,负极材料为石墨和氧化亚硅混合材料。研究结果表明:电解液添加剂VC及DTD主要作用于化成阶段及循环前期的SEI膜形成;... 详细信息

针对300 Wh/kg高比能锂离子动力电池在不同循环寿命状态下的电解液进行残余成分分析,其中正极材料为三元高镍材料NCM811,负极材料为石墨和氧化亚硅混合材料。研究结果表明:电解液添加剂VC及DTD主要作用于化成阶段及循环前期的SEI膜形成;FEC在化成阶段几乎不消耗,主要作用在循环后期,修补由于硅负极膨胀导致的SEI膜破裂;PS则在常温循环中消耗较少。此研究明确揭示了各添加剂的作用阶段及消耗量,同时以电池中残液组成成分随不同循环寿命的变化规律作为电解液配方技术精准调控方法。

关键词：高比能锂离子电池电解液添加剂高镍三元材料硅碳负极

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深井大煤柱沿空掘进工作面侧煤爆机理与防治

采矿与安全工程学报 2024年第4期41卷 688-698页

作者：张明杨世纪涂敏刘同达年宾杜岩王德振常春锋吴晓军李杰安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 中勘资源勘探科技股份有限公司安徽淮北235000 北京科技大学城市地下空间工程北京市重点实验室北京100083 山西潞安环保能源开发股份有限公司五阳煤矿山西长治046200 国投哈密能源开发有限责任公司新疆哈密839000

沿空掘进工作面煤岩稳定是确保深部煤矿安全高效开采的前提。为探究深井大煤柱沿空条件下掘进工作面侧煤爆发生机理及其防治方法,以五阳煤矿深部采区大煤柱沿空条件下05掘进工作面为研究背景,采用理论分析、数值模拟和工程实践等方法,... 详细信息

沿空掘进工作面煤岩稳定是确保深部煤矿安全高效开采的前提。为探究深井大煤柱沿空条件下掘进工作面侧煤爆发生机理及其防治方法,以五阳煤矿深部采区大煤柱沿空条件下05掘进工作面为研究背景,采用理论分析、数值模拟和工程实践等方法,探讨深井大煤柱沿空掘进工作面侧覆岩空间结构特征及其煤体煤爆预测力学模型,提出水力造穴防控工作面侧煤体煤爆的技术方法。研究表明:采场覆岩空间结构是形成工作面支承应力的重要载荷来源,依据不同采场尺度和岩层运动状态划分不同类型,得到考虑覆岩空间结构载荷转移的深井沿空工作面侧煤体支承应力估算模型;工作面侧煤体支承应力及其自身承载强度是影响煤爆发生的2个关键因素,通过分析二者之间的分布特点和大小关系可以定量预测煤爆可能性大小和相对位置;水力造穴能够促使工作面煤体形成“支承宽度增加、应力峰值降低”的效果,实施水力造穴卸压技术后,工作面侧煤体煤爆现象大幅度减少。煤爆预测模型与水力造穴卸压方法已应用于五阳煤矿深部采区多个工作面的采掘工程,成果可为相似条件矿井灾害防治提供一定参考。

关键词：采矿工程深井大煤柱掘进工作面煤爆机理水力造穴

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智能化水利施工的现状与发展趋势

中国高新科技 2024年第12期 99-100,145页

作者：李桂峰邯郸建旭新能源有限公司河北邯郸056500

随着科技的飞速发展,智能化技术已广泛应用于各行各业,水利施工领域也不例外。文章旨在探讨智能化水利施工的现状及未来发展趋势,以期推动水利行业的科技进步与可持续发展。

关键词：智能化水利施工现状发展趋势

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冲击地压煤层智能开采关键技术研究与实践

煤炭科学技术 2024年第9期52卷 112-124页

作者：祁和刚夏永学智宝岩秦子晗程健王凯王书文王宾昌杨光宇煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 中煤陕西榆林大海则煤业有限公司陕西榆林719000 煤炭科学研究总院矿山人工智能研究院北京100013 北京天地玛珂电液控制系统有限公司北京100013 中国中煤能源集团有限公司北京100120

如何实现深部冲击地压煤层智能安全高效开采是煤炭开采面临的一项重大工程技术难题。该问题的核心内涵在于冲击地压煤层开采的智能化、无人化和本质安全化,通过煤岩冲击风险的智能精准感知与预警,以及采掘工程的自适应与自优化,形成智... 详细信息

如何实现深部冲击地压煤层智能安全高效开采是煤炭开采面临的一项重大工程技术难题。该问题的核心内涵在于冲击地压煤层开采的智能化、无人化和本质安全化,通过煤岩冲击风险的智能精准感知与预警,以及采掘工程的自适应与自优化,形成智能防冲控采技术,实现由工程致灾向工程防灾、工程减灾的根本转变。通过开采源头设计、顶板区域压裂、局部靶向治理、强化巷道支护等措施为冲击地压煤层安全高效开采创造低应力环境和巷道安全空间。在此基础上,开发融合静态地质、动态监测、工况环境、人员定位、生产组织、历史数据等信息的大数据分析软件平台,以及融合冲击地压决策信息的智能化开采控制系统,将防冲信息源转化为智能开采控制源,形成了“低压快推,中压慢采,高压停产”的柔性智能推采新模式。通过现场应用表明,在智能防冲控采区,工作面及巷道矿压显现程度更小,煤岩能量释放更稳定,有利于冲击产能的合理释放。

关键词：冲击地压智能控采区域卸压靶向防范风险感知