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综采工作面呼吸性粉尘空间分布特征及运移规律

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煤矿安全 2025年第1期56卷 62-71页

作者：陈向军叶向阳李毅博左沛琪河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理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

针对粉尘采样器测尘法只能对固定作业地点的粉尘质量浓度进行测定,无法系统反映工作面粉尘质量浓度的空间分布特征和运移规律的问题;以柠条塔煤矿N1219综采工作面为研究对象,采用离散相与连续相双向耦合的方法,利用Fluent软件对综采工... 详细信息

针对粉尘采样器测尘法只能对固定作业地点的粉尘质量浓度进行测定,无法系统反映工作面粉尘质量浓度的空间分布特征和运移规律的问题;以柠条塔煤矿N1219综采工作面为研究对象,采用离散相与连续相双向耦合的方法,利用Fluent软件对综采工作面的呼吸性粉尘(以下称“呼尘”)的空间分布及运移规律进行三维数值模拟。模拟结果表明:采煤机侧呼尘粒径普遍高于液压支架侧,考虑到由于支架侧风流向采空区时存在漏风现象导致风流的搬运能力减弱,携带呼尘粒径较小;滚筒割煤产生的呼尘,在工作面走向上呈现出2个阶段,距进风巷70~120 m区间为快速下降区段,距进风巷120~280 m区间为缓慢下降区段;在工作面走向上的呼尘最高质量浓度可达1600 mg/m^(3);在工作面倾向方向上,距煤壁越远,滚筒割煤产生的呼尘质量浓度越低,在距煤壁4~5 m处呼尘质量浓度递减至0,在80~280 m区段,移架产生的呼尘全部集中在液压支架侧,在40~240 m区段,通风携带的呼尘质量浓度在工作面高度方向分布均匀。

关键词：综采工作面 CFD模拟呼吸性粉尘浓度分布运移规律

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超细水雾抑制预混可燃气爆炸超压的衰减模型

安全与环境学报 2025年第2期25卷 447-456页

作者：牛国庆马亚男贾海林河南理工大学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 河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理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

为获得超细水雾作用下预混可燃气爆炸超压的衰减规律,基于自行搭建的超细水雾抑爆系统,开展了不同超细水雾通量抑制三种预混气(甲烷、丙烷、氢气分别与空气预混)爆炸的系列试验,以分析超细水雾通量对爆炸超压的影响规律。结果表明,超细... 详细信息

为获得超细水雾作用下预混可燃气爆炸超压的衰减规律,基于自行搭建的超细水雾抑爆系统,开展了不同超细水雾通量抑制三种预混气(甲烷、丙烷、氢气分别与空气预混)爆炸的系列试验,以分析超细水雾通量对爆炸超压的影响规律。结果表明,超细水雾能够有效减弱预混气爆炸超压。随着超细水雾通量增加,在1.25 L爆炸管道中,甲烷、丙烷、氢气预混气的爆炸超压分别减小了17.26%、10.13%、9.50%;在14.4 L爆炸管道中,氢气预混气的爆炸超压减小了11.33%。基于量纲分析法和爆炸相似律,结合试验数据运用regress函数进行回归分析,推导获得了四个爆炸超压衰减模型。误差分析显示,超细水雾通量在0~1 kg/m^(3)范围内时A3和A5模型相对误差在±15%以内,模型预测值与试验测试值吻合度较高。进一步结合另外两组试验数据,验证A3和A5模型的通用性发现,A5模型比A3模型更为准确,表明超细水雾通量在0~1 kg/m^(3)范围内时A5模型更可靠。爆炸超压衰减模型的建立可为抑爆设计提供依据,工程实践时可为爆炸冲击波危害防控提供理论支撑。

关键词：安全工程预混气爆炸超细水雾通量爆炸超压衰减模型回归分析

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阜康矿区煤层气井产出水水文地球化学特征及意义

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煤矿安全 2025年第2期56卷 173-184页

作者：贾冬磊王海超田继军夏大平王博宫庆成新疆大学中亚造山带大陆动力学与成矿预测自治区重点实验室新疆大学地质与矿业工程学院河南理工大学能源科学与工程学院河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室培育基地中原经济区煤层(页岩)气协同创新中心新疆维吾尔自治区煤层气测试研究所兖矿新疆矿业有限公司硫磺沟煤矿

为探究阜康矿区煤层产出水的水文地球化学特征、火烧区滞水层和煤层水的补给关系以及水化学演化模式，采集了该矿区3个井区的煤层气井产出水样，开展了离子浓度、矿化度、氢氧同位素以及溶解无机碳同位素的测试及展布特征分析，并采用... 详细信息

为探究阜康矿区煤层产出水的水文地球化学特征、火烧区滞水层和煤层水的补给关系以及水化学演化模式，采集了该矿区3个井区的煤层气井产出水样，开展了离子浓度、矿化度、氢氧同位素以及溶解无机碳同位素的测试及展布特征分析，并采用对比、分析方法，结合构造特征和水文地质条件进行了分析。研究表明：3个井区的煤层气井产出水以Na-HCO3和Na-HCO3·Cl型水为主，矿化度较高；火烧区滞水层是C井区煤层水的重要补给来源，从火烧区滞水层处向阜康向斜轴部呈现出补给区向滞流区过渡的特征；3个井区的氢氧同位素均落在大气降水线附近，且C井区的氢氧同位素表现出明显的18O漂移特征，主要因为地下水在火烧区滞水层发生了18O漂移；C井区煤层气井产出水的δ13CDIC的值最大，表明微生物作用强烈，存在次生生物气；3个井区的溶解无机碳同位素与硫酸根含量呈负相关关系，且与产气量的相关性明显，可作为判识次生生物煤层气富集有利区的参考因素。

关键词：阜康矿区煤层水水化学特征火烧区滞水层演化模式煤层气井

水力压裂过程中煤体复电性频散响应特征试验研究

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河南理工大学学报(自然科学版) 2025年第2期 42-50页

作者：雷东记刘丽英贾子强刘宁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中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心

目的为研究水力压裂过程中煤体复电性频散响应特征，方法通过实测水力压裂煤体的复电阻实部R和虚部X，分析其变化以判断煤体内部裂隙发育进程，并用激发极化理论分析其频散特征。结果结果表明：（1）水力压裂过程中，每个压力点煤体... 详细信息

目的为研究水力压裂过程中煤体复电性频散响应特征，方法通过实测水力压裂煤体的复电阻实部R和虚部X，分析其变化以判断煤体内部裂隙发育进程，并用激发极化理论分析其频散特征。结果结果表明：（1）水力压裂过程中，每个压力点煤体实部频散曲线随频率变化均为“三段式”，虚部均为“U”形；实部频散曲线随水压变化呈现“先上移，后下移，压裂时大幅度下移”的趋势。（2）虚部极值点可以敏感反映由于小范围的弹性变形和剪切破坏造成的阻值变化，极值点频率能识别较大范围的剪切破坏，可作为预测煤体破裂的有效指标。（3）水力压裂过程中，由于煤体固气固交界面发生激发极化，煤体实部和虚部随频率出现“三段式”和“U”型变化。（4）由于煤体压裂先出现弹性变形，随后出现剪切破坏，最终煤体含水导电通道完全贯通，实部频散曲线随水压变化呈现“先增大，后减小，压裂时迅速下降”的趋势。结论采用复电阻率法监测煤体水力压裂过程中的复电参数，研究该参数随水压变化规律并判断煤体裂隙发育进程，运用激发极化理论分析复电参数随水压和随交流电频率的响应特征，为煤层频谱激电法评价煤层裂隙和压裂效果奠定基础。

关键词：复电阻率法水力压裂响应特征频散机理激发极化

煤矿综采工作面多因素耦合作用下人员热舒适影响规律研究

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山东科技大学学报(自然科学版) 2025年第1期44卷 28-40页

作者：吴立荣王乙帆李佳敏刘萱山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590 山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 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 中国地质大学(北京)郑州研究院河南郑州450001 安徽建筑大学安徽地下智能探测技术研究院安徽合肥230601

高温高湿环境严重影响工人热舒适性,为明确综采面工人热舒适影响规律,选取采煤机司机和液压支架工为研究对象,运用Airpak软件数值模拟环境因素、服装热阻、劳动强度变化情况下人体热舒适指标——工人预测平均评价-预测不满意百分率(PMV-... 详细信息

高温高湿环境严重影响工人热舒适性,为明确综采面工人热舒适影响规律,选取采煤机司机和液压支架工为研究对象,运用Airpak软件数值模拟环境因素、服装热阻、劳动强度变化情况下人体热舒适指标——工人预测平均评价-预测不满意百分率(PMV-PPD)变化规律。结果表明,在高温高湿环境下仅改变送风速度或湿度,不能使工人处于舒适状态;工人周围环境湿度随着送风温度的降低而减小,可通过调节温度调整人员舒适性;在同等外界条件下,劳动强度增大不舒适感增强;井下环境温度越高,服装热阻对工人热舒适的影响程度越大。当送风温度27℃时,送风相对湿度50%~53%、送风速度0.5~3.5 m/s,工人比较舒适;当送风温度30℃时,送风相对湿度50%、送风速度2.8~3.5 m/s,工人比较舒适。通过实验舱试验所测参数计算的PMV-PPD结果与数值模拟结果一致。同时,心率受温度影响最大,在温度高于34℃、湿度高于75%的高温高湿环境下,轻度体力劳动者心率在工作30 min后出现波动,中度体力劳动者心率在工作20 min后出现波动,故可将20 min作为一个工作周期。以上研究对于优化工作环境,使工人能够舒适、安全、健康工作提供了理论基础。

关键词：综采工作面热舒适性环境因素服装热阻劳动强度

基于压汞-液氮吸附-核磁共振法的中低阶煤孔裂隙联合表征

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河南理工大学学报(自然科学版) 2025年第2期44卷 19-31页

作者：刘佳佳张云龙杨迪高志扬王丹河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 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 河南理工大学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 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

目的为深入研究中低阶煤中孔裂隙结构和孔径分布形态,方法利用压汞、低温液氮吸附和低场核磁共振试验,结合分形维数分别对新疆艾维尔沟1890煤矿低阶煤(XJ)和鹤壁八矿中阶煤(HB)的孔隙结构和孔径分布进行联合表征,并提出一种基于优势区... 详细信息

目的为深入研究中低阶煤中孔裂隙结构和孔径分布形态,方法利用压汞、低温液氮吸附和低场核磁共振试验,结合分形维数分别对新疆艾维尔沟1890煤矿低阶煤(XJ)和鹤壁八矿中阶煤(HB)的孔隙结构和孔径分布进行联合表征,并提出一种基于优势区间的全孔径分形维数表征方法,即孔径r140 nm时HB的分形维数小于XJ的,此孔径范围内XJ的孔隙结构比HB的更复杂。结论研究结果揭示了中低阶煤储层孔隙分布规律,为中低阶煤层的裂隙扩展和瓦斯运移提供理论指导。

关键词：中低阶煤孔径分布孔隙特征分形维数联合表征

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生物甲烷代谢对煤孔隙结构的影响

天然气地球科学 2014年第7期25卷 1097-1102页

作者：夏大平郭红玉马俊强司青苏现波河南理工大学河南焦作454000 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(河南理工大学) 河南焦作454000

微生物代谢把煤转化为甲烷为主的气体,不但增加煤层气资源量,还能实现煤储层的生物增透。选择3种煤阶煤样进行模拟生物甲烷生成实验,通过压汞法分别测试代谢前后煤的孔隙结构,并通过X-射线衍射和FTIR测试代谢前后煤大分子结构。结果表... 详细信息

微生物代谢把煤转化为甲烷为主的气体,不但增加煤层气资源量,还能实现煤储层的生物增透。选择3种煤阶煤样进行模拟生物甲烷生成实验,通过压汞法分别测试代谢前后煤的孔隙结构,并通过X-射线衍射和FTIR测试代谢前后煤大分子结构。结果表明:1生物甲烷代谢后煤样大孔孔容及所占比率显著增加,小孔和微孔孔容有所减少,总孔容、平均孔径和孔隙度也相应增加,而孔比表面积有一定程度降低;2微生物作用后煤样的开放型孔增加,孔隙连通性增强;3生物甲烷代谢改变煤孔隙结构是通过生物酶作用于其大分子结构,使官能团和侧链脱落,苯环打开,氧含量增加,煤的晶化程度降低。微生物把煤转化为生物甲烷的同时,改善了煤的孔隙结构且降低了比表面积,有利于煤层气的解吸和运移产出,对煤层气开发有重要潜在意义。

关键词：煤层气生物甲烷代谢孔隙结构大分子结构生物增透

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基于自修复效应的封孔材料裂隙自愈合特性

煤炭学报 2023年第11期48卷 4097-4111页

作者：司磊磊师伟峰魏建平刘勇姚邦华河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454003 河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室培育基地河南焦作454003

水泥基材料是煤矿井下最常用的注浆封孔材料,但是受应力扰动、水泥材料失水收缩等影响,传统水泥基材料容易形成再生裂隙,导致钻孔内瓦斯抽采率降低。为了减小再生裂隙对瓦斯抽采效果的影响,研发一种自修复水泥封孔材料,当注浆位置再次... 详细信息

水泥基材料是煤矿井下最常用的注浆封孔材料,但是受应力扰动、水泥材料失水收缩等影响,传统水泥基材料容易形成再生裂隙,导致钻孔内瓦斯抽采率降低。为了减小再生裂隙对瓦斯抽采效果的影响,研发一种自修复水泥封孔材料,当注浆位置再次产生裂隙后可实现裂隙的自愈合。首先,通过裂隙自修复实验研究了自修复水泥在空气条件下的裂隙自修复性能,采用高倍测量显微镜记录裂隙在不同时间内的宽度变化规律,发现在自然空气条件下,自修复水泥在4 d内能够修复最大宽度为0.46 mm的裂隙,裂隙处生成大量白色矿物,14 d内修复物体积仍有明显增长。刮去修复产物后,仍有白色矿物生成。为进一步研究自修复产物的生成机理,通过SEM-EDS对比分析了自修复水泥以及不加修复剂的净水泥2种水泥水化7、21 d的微观形貌和微观元素分布,并通过XRD、拉曼光谱仪对比分析了2种水泥的物相信息。SEM-EDS结果显示,净水泥中针状物质和絮状物质相互交联,整体结构致密,而自修复水泥中分布大量多孔状物质,结构比较疏松。相较于净水泥,自修复水泥水化产物中C、Na、Al、Si四种元素的质量分数明显较高。裂隙修复物表面分布大量排列紧密的长条状物质,主要元素组成为C、O、Na、Ca。XRD结果显示,和净水泥相比,自修复水泥中出现更多未水化硅酸三钙的衍射峰,相同水化时间,净水泥水化产物主要是氢氧化钙和钙矾石,而自修复水泥中出现了钠长石、沸石等铝硅酸盐矿物。裂隙修复物由沸石、钙霞石、硅灰石等多种硅酸盐矿物以及碳酸钙组成,其中碳酸钙的衍射峰数目最多。拉曼光谱结果显示,同净水泥相比,自修复水泥在2860~2960 cm^(-1)处具有明显拉曼谱峰,水化7 d,净水泥拉曼峰普遍尖锐,而自修复水泥拉曼峰明显更宽。净水泥中出现较多高强度氢氧化钙的拉曼峰,而自修复水泥中则出现更多CO_(3)^(2-)中C—O振动的拉曼峰,峰面积更大,由此可知自修复水泥更易和空气中CO_(2)反应发生碳化。水化21 d,2种水泥的拉曼峰都很尖锐,主要物相都是水化硅酸钙和氢氧化钙,而自修复水泥中还包括了大量未水化硅酸三钙。最终,分析了二次水化作用及碳化作用对裂隙自修复的影响,并结合实验结果推导了裂隙修复产物的生成方程式。

关键词：封孔材料自修复水泥裂隙自修复二次水化碳化作用

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矿井CO气体成因类型及机理辨识分析

煤炭学报 2013年第10期38卷 1812-1818页

作者：贾海林余明高徐永亮河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室--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

针对采煤作业空间CO气体异常,来源及成因类型不清等问题,综合运用矿井火灾学、煤田地质学、瓦斯地质学及煤化学等多学科理论,提出了CO气体成因类型由原生CO气体和次生CO气体构成。原生CO气体是煤化作用阶段的非烃类气体产物之一;次生CO... 详细信息

针对采煤作业空间CO气体异常,来源及成因类型不清等问题,综合运用矿井火灾学、煤田地质学、瓦斯地质学及煤化学等多学科理论,提出了CO气体成因类型由原生CO气体和次生CO气体构成。原生CO气体是煤化作用阶段的非烃类气体产物之一;次生CO气体是指煤机械破碎激活脱羰分解产生的CO气体,煤常温氧化和煤升温氧化过程产生的CO气体,也包括井下炸药爆破和防爆机车运行释放的CO气体。对原生CO气体和次生CO气体中煤机械破碎脱羰分解产生的CO气体和煤氧复合分解的CO气体的产生机理分别进行了阐述分析。分析了煤升温氧化过程CO气体发生量与煤体温度之间的对应关系及煤升温氧化生成CO气体的活化能。探讨了煤层原生CO气体含量测试及CO来源辨识方面存在的问题,提出了CO气体综合控制与治理的研究方向。

关键词：原生CO气体次生CO气体 CO气体成因类型 CO气体产生机理