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树脂锚固剂外包装材料破坏特征对锚杆锚固性能影响研究

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采矿与安全工程学报 2024年第4期41卷 709-719页

作者：刘少伟周世宇付孟雄贾后省王宝华河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454003 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454003 郑州煤炭工业集团新郑煤电有限责任公司河南新郑451100

树脂锚固剂外包装常用聚酯材料,具有自身不易溶解、与锚固剂主成分不发生化学反应的特性。针对锚杆搅拌锚固剂外包装碎片掺杂于锚固段中是否影响其锚固性能问题,采用理论分析、数值模拟及实验室实验相结合的方法,分析锚杆不同端部破碎... 详细信息

树脂锚固剂外包装常用聚酯材料,具有自身不易溶解、与锚固剂主成分不发生化学反应的特性。针对锚杆搅拌锚固剂外包装碎片掺杂于锚固段中是否影响其锚固性能问题,采用理论分析、数值模拟及实验室实验相结合的方法,分析锚杆不同端部破碎不同外包装材料后碎片在锚固环区域分布特征及锚固性能。研究结果表明:树脂锚固剂外包装材料类型对破碎效果影响较大,相较于聚酯材料,铝塑膜材料破碎状态更好,破碎量增加16%;楔形尖端锚杆相较于倾斜尖端锚杆和普通锚杆,提升了对于外包装的破碎能力,楔形锚杆破碎能力相较于倾斜尖端锚杆和普通锚杆增加26%和63%;拉拔试验对比分析发现,楔形尖端搅拌铝塑膜外包装锚固剂时,锚固系统的锚固质量及抵抗破坏的能力得到明显增强,相比常规锚固试件拉拔力峰值的平均值提升约14%。研究成果对巷道支护时锚固剂选择及提高锚固性能具有一定的理论和工程应用价值。

关键词：锚杆端部形态锚固剂外包装破碎效果材料参数锚固效果

软弱破碎围岩锚固孔树脂锚固剂流失对锚固性能影响研究

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中国矿业大学学报 2024年第3期53卷 483-496页

作者：付孟雄黄帅帅刘少伟贺德印张建英郭重托河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 伊犁永宁煤业化工有限公司新疆伊宁844500

树脂锚固剂作为锚杆与围岩的重要黏结剂,在锚固剂搅拌时软弱破碎围岩锚固孔壁裂隙可能会造成树脂锚固剂流失,影响锚固性能.因此,本文首先开展了基于3D打印高透光锚固孔裂隙模型的树脂锚固剂流失可视化试验,然后采用理论分析、数值模拟... 详细信息

树脂锚固剂作为锚杆与围岩的重要黏结剂,在锚固剂搅拌时软弱破碎围岩锚固孔壁裂隙可能会造成树脂锚固剂流失,影响锚固性能.因此,本文首先开展了基于3D打印高透光锚固孔裂隙模型的树脂锚固剂流失可视化试验,然后采用理论分析、数值模拟及实验室试验方法分析了树脂锚固剂流失对锚固性能的影响.结果表明:树脂与固化剂在锚杆运动作用下会快速向锚固孔壁裂隙流动,并在裂隙内部形成固化结构,使锚固长度缩短,系统的锚固性能随着裂隙数量、张开度、倾角及树脂锚固剂流入深度的增加而降低.围岩注浆改性、增加树脂锚固剂药卷数量以及锚固孔扩孔技术可削弱锚固剂流失带来的影响,提出了树脂锚固剂流失条件下锚固剂药卷用量计算表达式.本文可为软弱破碎围岩控制与锚固质量提升方法研究提供一定参考.

关键词：锚杆支护软弱破碎围岩孔壁裂隙树脂锚固剂流失锚固性能

割缝数量影响下穿层瓦斯抽采钻孔注浆后裂隙扩展研究

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岩石力学与工程学报 2024年第S1期43卷 3296-3309页

作者：王登科郭玉杰魏建平尚政杰王保国王岳栩付建华董博文唐家豪河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室–省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454000 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 郑煤集团白坪(河南)煤业有限公司河南登封452482

为解决煤矿瓦斯抽采难题,提高瓦斯抽采钻孔封孔效果,探究瓦斯抽采钻孔注浆封孔后岩石注浆体受割缝影响的力学性质劣化及裂隙扩展规律,开展岩石注浆体的工业CT扫描及三轴压缩试验,全面分析割缝对岩石注浆体力学性质的劣化作用和岩石注浆... 详细信息

为解决煤矿瓦斯抽采难题,提高瓦斯抽采钻孔封孔效果,探究瓦斯抽采钻孔注浆封孔后岩石注浆体受割缝影响的力学性质劣化及裂隙扩展规律,开展岩石注浆体的工业CT扫描及三轴压缩试验,全面分析割缝对岩石注浆体力学性质的劣化作用和岩石注浆体受载破坏后的裂隙扩展规律。研究结果表明:三轴应力条件下,岩石注浆体试样破坏后,二维裂隙率和分形维数随割缝数量线性增加,并在割缝位置附近达到峰值,这表明钻孔割缝对岩石注浆体的裂隙扩展具有导向作用,且割缝数量为1时试样裂隙分布范围最小;试样在受载破坏后三维裂隙率和分形维数随割缝数量线性增加,欧拉数则随割缝数量呈现出线性减小的趋势,这表明钻孔割缝会改善裂隙连通性,使得裂隙网络趋于复杂;同时,4种不同割缝数量的岩石注浆体试样的抗压强度随割缝数量的增加而减小,但其渗透率随割缝条数的增加而减小,综合考虑选取1~2条割缝较为合理,并经现场试验验证了割缝注浆封隔一体化技术的合理性。

关键词：岩石力学岩石注浆体裂隙扩展工业CT扫描割缝注浆封孔技术穿层钻孔

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B掺杂多孔碳纳米片的制备及其储锂性能

化工进展 2024年第6期43卷 3209-3220页

作者：孙悦邢宝林张耀杰冯来宏曾会会蒋振东徐冰贾建波张传祥谌伦建张越张文豪河南理工大学化学化工学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 华能煤炭技术研究有限公司北京100071

负极材料是影响锂离子电池(LIBs)性能的关键因素之一,孔隙结构调控和杂原子掺杂是提高负极材料电化学性能的有效手段。以褐煤为前体,采用化学氧化法制备煤基碳纳米片(CS),再以氧化硼(B_(2)O_(3))为添加剂,得到B掺杂多孔碳纳米片(BPCS);... 详细信息

负极材料是影响锂离子电池(LIBs)性能的关键因素之一,孔隙结构调控和杂原子掺杂是提高负极材料电化学性能的有效手段。以褐煤为前体,采用化学氧化法制备煤基碳纳米片(CS),再以氧化硼(B_(2)O_(3))为添加剂,得到B掺杂多孔碳纳米片(BPCS);采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、氮气吸附仪、X射线光电子能谱(XPS)等手段对CS和BPCS微观结构和用作锂离子电池负极材料的电化学性能表征与测试。结果表明,B_(2)O_(3)具有模板、造孔、掺杂三重作用,当B_(2)O_(3)用量为0.5g时,BPCS-0.5呈现三维多孔结构,比表面积为1216.20m^(2)/g,总孔容1.027cm^(3)/g,B原子含量为4.20%;BPCS-0.5的多孔结构为离子的存储和传输提供足够的空间和通道,B元素的引入增加了BPCS的表面化学活性,从而增强了储锂性能。BPCS-0.5用作锂离子电池负极材料时,在0.05A/g电流密度下首次可逆容量达826mA·h/g,且在5A/g大电流密度下可逆容量仍有143mA·h/g,循环500次的容量保持率为172%,表明该材料具有较高的储锂容量和优异的循环寿命。

关键词：褐煤 B掺杂多孔碳纳米片锂离子电池电化学性能

铜改性TiO_(2)/碳纤维膜光热协同催化H_(2)O_(2)脱除燃煤烟气中NO性能

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煤炭学报 2024年第4期49卷 2099-2114页

作者：杨娟冷冲冲张鸽单启月丰之翔河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000

燃煤电厂排放的烟气中含有大量氮氧化物(NO_(x)),太阳能驱动的光催化技术为烟气脱硝提供了近零排放的新途径,但单一光催化脱硝效率有限,为实现燃煤烟气中高浓度NO的有效脱除,亟需开发基于光催化的协同氧化脱硝技术。采用水热法并结合氢... 详细信息

燃煤电厂排放的烟气中含有大量氮氧化物(NO_(x)),太阳能驱动的光催化技术为烟气脱硝提供了近零排放的新途径,但单一光催化脱硝效率有限,为实现燃煤烟气中高浓度NO的有效脱除,亟需开发基于光催化的协同氧化脱硝技术。采用水热法并结合氢气还原处理制备了富含氧空位的TiO_(2)纳米片(Defective TiO_(2),D-TiO_(2))后,利用液相浸渍法将铜氧化物(CuO_(x))负载至D-TiO_(2)表面,制得复合样品CuO_(x)/D-TiO_(2)。利用透射电镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)、室温电子顺磁共振(EPR)及紫外-可见漫反射光谱等表征技术对复合催化剂的微观组成和能带结构进行测定分析,结果表明,负载的铜物种为混合价态CuO_(x),CuO_(x)改性未影响D-TiO_(2)的微观形貌,但可使D-TiO_(2)的导带电势负移,增强光生电子的还原能力。以CuO_(x)/D-TiO_(2)作为活化H_(2)O_(2)的催化剂,在模拟太阳光照射下考察CuO_(x)负载量对NO脱除率的影响,并以性能最佳的5%CuO_(x)/D-TiO_(2)为光催化剂,研究模拟烟气流速和NO初始体积分数对脱硝活性的影响。基于密度泛函理论的DFT计算结果表明,氧空位有利于NO吸附与活化,光电化学和EPR测试结果表明,复合CuO_(x)不仅增强了D-TiO_(2)的光生电荷分离效率,同时CuO_(x)作为H_(2)O_(2)分解产生·OH的活性位点,起到了助催化剂的关键作用。自由基猝灭实验结果表明,表面·OH是NO光氧化脱除的主要活性自由基,助催化剂CuO_(x)和氧空位的协同作用使NO脱除率由TiO_(2)的15.1%提升至5%CuO_(x)/D-TiO_(2)的63.8%。同时,将5%CuO_(x)/D-TiO_(2)固载至改性碳纤维(MCF)表面构筑了整体式催化剂CuO_(x)/D-TiO_(2)/MCF,MCF载体的光热效应可将吸收的近红外光转化为热,使CuO_(x)/D-TiO_(2)表面产生局部温升,有效加速光电子界面传输与H_(2)O_(2)分解反应动力学,进一步提升NO脱除率达95.2%。此外,NO光氧化脱除的主要产物是可用于生产氮肥的NO_(3)^(-),副产物NO_(2)的质量浓度仅为4.7 mg/m^(3),NO_(2)与残余NO质量浓度均远低于燃煤锅炉NO_(x)质量浓度不超过50 mg/m^(3)的超低排放标准,且该整体式催化剂可在连续操作的工况下净化烟气中高浓度NO。基于CuO_(x)/D-TiO_(2)/MCF的光热协同催化体系在实际工业烟气脱硝与氮资源化利用领域具有良好的应用前景。

关键词： NO氧化脱除光热协同催化氧空位 CuO_(x) 整体式催化剂

不稳定煤层多场联合勘探综合解译技术研究与应用--以河南新义煤矿为例

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地质与勘探 2024年第5期60卷 993-1001页

作者：金明方李度周王冕马合飞仇念广河南能源集团研究总院有限公司河南郑州450000 义煤集团新义矿业有限公司河南洛阳471000

地质条件复杂的工作面由于勘探条件较差或者存在多种隐蔽致灾地质因素干扰,导致单一的物探手段难以准确辨识不良地质体,需要采用多种物探方法进行联合勘探,相互补充印证,以解决物探多解性问题。针对新义煤矿11080工作面揭露的大范围薄化... 详细信息

地质条件复杂的工作面由于勘探条件较差或者存在多种隐蔽致灾地质因素干扰,导致单一的物探手段难以准确辨识不良地质体,需要采用多种物探方法进行联合勘探,相互补充印证,以解决物探多解性问题。针对新义煤矿11080工作面揭露的大范围薄化带,采用地震槽波速度场、质量场、能量场以及无线电波透视法联合勘探,对不良地质体进行多维度、多方面的探查,开展多场耦合综合解译,圈出了工作面煤层薄化带和开采关注区。结果显示,多场联合勘探综合解译技术能够对复杂地质条件下极不稳定煤层进行有效探查,能够准确判断不良地质体的相关属性,为工作面安全高效生产提供依据,该方法能够在类似地质条件工作面推广。

关键词：地震槽波速度场能量场质量场无线电波坑透综合解译新义煤矿河南

兴运煤矿河流下厚煤层开采安全性分析和防控技术

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采矿与安全工程学报 2024年第2期41卷 305-314页

作者：郭文兵吴东涛杨伟强马志宝刘玄河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000

为掌握厚煤层开采覆岩破坏及导水裂隙发育规律,综合运用理论分析、数值模拟、地表钻孔冲洗液漏失量现场观测和钻孔电视相结合的研究方法,对某矿工作面煤层上方覆岩破坏及导水裂隙发育规律进行了研究。提出了河流下厚煤层开采覆岩导水裂... 详细信息

为掌握厚煤层开采覆岩破坏及导水裂隙发育规律,综合运用理论分析、数值模拟、地表钻孔冲洗液漏失量现场观测和钻孔电视相结合的研究方法,对某矿工作面煤层上方覆岩破坏及导水裂隙发育规律进行了研究。提出了河流下厚煤层开采覆岩导水裂隙带发育高度计算方法,揭示了厚煤层开采覆岩破坏形态及裂隙发育过程,分析了河流下采煤安全性,开展了河流下煤层开采地表河流综合防治技术研究并进行了实施。结果表明:研究区河流下厚煤层开采的导水裂隙带高度为118.5 m,裂采比为21.5;理论分析和数值模拟得到的导水裂隙带发育高度与现场实测结果一致,导水裂隙带高度呈阶梯形上升,每个阶段均有突增点,基本顶周期性破断后,基本顶上覆岩层易发生整体断裂下沉,最终表现为阶段稳定及突增现象;导水裂隙带在埋深较浅处(如河床)将直接发育到地表,没有防水安全煤岩柱;针对河流下厚煤层开采安全问题,提出了河流下采煤的安全技术措施,包括地面河流水体处理、河底内封堵导水通道、井下防治水等,彻底解除了河流下采煤的安全隐患,实现了河流下厚煤层安全开采。

关键词：河流下采煤导水裂隙带漏失量钻孔电视水害防治

基于CESE方法的煤矿风井泄爆全过程模拟与消波增效研究

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煤炭科学技术 2024年第5期52卷 127-138页

作者：宋维宾孙玉宁王永龙王志明河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454003 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454003

为揭示煤矿风井泄爆过程、探寻增强泄爆效果方法,针对现行泄爆方法和多种改进泄爆方法,建立了系列全尺寸三维仿真模型,利用LS−DYNA软件的CESE求解器,进行了全过程流固耦合模拟分析。结果表明:现行防爆门在泄爆过程中会引发较强烈的反射... 详细信息

为揭示煤矿风井泄爆过程、探寻增强泄爆效果方法,针对现行泄爆方法和多种改进泄爆方法,建立了系列全尺寸三维仿真模型,利用LS−DYNA软件的CESE求解器,进行了全过程流固耦合模拟分析。结果表明:现行防爆门在泄爆过程中会引发较强烈的反射冲击波且不能快速有效地予以消弱,致使风硐中先后出现可对风机造成二次冲击的2道冲击波;去除防爆门立壁结构对提升泄爆效果作用不明显,但可使防爆门受到的冲击明显减弱;在一定范围内,减轻防爆门质量对提高泄爆效果的作用较为有限,且会使防爆门吸收的爆炸能量明显增加;在增量不大的情况下,增大防爆门到风井和风硐交岔点的距离即能有效改善泄爆效果;侧向和正向先行泄爆方法均能明显增强泄爆效果,并对防爆门有显著的减冲和保护作用,在算例条件下,最优可使反射波超压峰值下降49.4%和28.3%;防爆门开启时间、泄爆面积和防爆门到风井/风硐交岔点的距离是影响泄爆效果的重要因素;风井达到良好泄爆效果所需要的开启时间比现行防爆门要短得多;仅在井口设置防爆门存在不能消减风硐中第1道冲击波超压峰值的局限性。基于对风井泄爆过程、机理和方法的新认识,提出了以“两区域多通道”泄爆为特征的主辅防爆门协同泄爆方法,以系统提升风井泄爆效果和防爆水平。

关键词：风井煤矿风井泄爆先行泄爆协同泄爆防爆门流固耦合

Z型异质结Ag_(2)S/AgVO_(3)可见光催化转化低浓度瓦斯制甲醇性能研究

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煤炭科学技术 2024年第4期52卷 275-287页

作者：杨娟单启月戴俊张鸽丰之翔河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454003 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454003

因缺乏合理有效的利用途径,大量低浓度瓦斯(C_(CH_(4))<30%)被直接排放,研究开发低浓度瓦斯高值转化利用方法和技术对保障煤矿安全生产与减缓温室效应具有重要意义,也是实现我国“双碳”战略目标必不可缺少的部分。以低浓度瓦斯为碳源... 详细信息

因缺乏合理有效的利用途径,大量低浓度瓦斯(C_(CH_(4))化利用方法和技术对保障煤矿安全生产与减缓温室效应具有重要意义,也是实现我国“双碳”战略目标必不可缺少的部分。以低浓度瓦斯为碳源制取液体燃料甲醇被认为是其理想的利用途径之一,以清洁太阳能为驱动力的光催化技术可在室温常压下活化转化甲烷,为低浓度瓦斯低碳利用提供新途径。首先采用水热法制备AgVO_(3),以硫代乙酰胺为硫源,通过阴离子交换策略在AgVO_(3)表面原位复合Ag_(2)S,构筑出Ag_(2)S/AgVO_(3)异质结,改变硫代乙酰胺的用量可调控Ag_(2)S复合比例。利用XRD、SEM、TEM和紫外可见漫反射光谱等对复合催化剂的微观结构进行表征分析,以体积比为1∶12的甲烷/空气混合物模拟低浓度瓦斯,系统研究了Ag_(2)S复合比例、氧化剂用量、光照强度等对甲烷转化、甲醇产生及其选择性的影响规律,借助瞬态光电流响应谱和电子顺磁共振谱(EPR)探究了Z型异质结构Ag_(2)S/AgVO_(3)对增强模拟瓦斯转化性能的内在机理。研究结果表明:所制AgVO_(3)呈纤维状形貌,其晶相结构为单斜相,原位复合的Ag_(2)S呈纳米颗粒形态,其平均粒径为60 nm,且Ag_(2)S颗粒均匀分布于AgVO_(3)纤维表面。与单一AgVO_(3)和Ag_(2)S相比,复合材料Ag_(2)S/AgVO_(3)具有更强的光吸收性能,AgVO_(3)的带隙能、价带与导带电势分别为2.08 eV、2.21 V和0.13 V,Ag_(2)S的带隙能、价带与导带电势分别为0.91 eV、0.34 V和−0.57 V。与AgVO_(3)相比,复合催化剂Ag_(2)S/AgVO_(3)具有显著增强的瓦斯转化性能,可见光照射1 h最优催化剂20%Ag_(2)S/AgVO_(3)的甲烷转化和甲醇产生量为3.10 mmol/g和2.45 mmol/g,分别为单一AgVO_(3)的1.72倍与2.63倍,且其甲醇选择性高达78.9%;6次循环试验结果表明:Ag_(2)S/AgVO_(3)具有优异的催化稳定性。能带结构分析与EPR测试结果表明:Ag_(2)S/AgVO_(3)异质结遵循Z型电荷迁移机制,这不仅增强了光生电荷的空间分离,同时使其具有较强的氧化/还原能力,显著提升低浓度瓦斯定向转化制取甲醇的催化性能,为低浓度瓦斯低碳高效利用提供新思路。

关键词：低浓度瓦斯甲醇可见光催化 Z型异质结复合催化剂