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煤矿采动影响体微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同充填关键技术

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煤炭学报 2024年第1期49卷 400-414页

作者：苏现波赵伟仲王乾周艺璇汪露飞河南理工大学资源环境学院河南焦作454000 河南理工大学非常规天然气研究院河南焦作454000 中国地质大学资源学院湖北武汉430074 中原经济区煤层(页岩)气协同创新中心河南焦作454000

煤矿采空区是我国实现“双碳”目标的重要突破口,煤炭开采形成的、能够富集煤层气、为后期微生物活动和矿化充填提供底物和空间的地质体定义为采动影响体。以采动影响体为研究对象,提出了采动影响体微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同矿... 详细信息

煤矿采空区是我国实现“双碳”目标的重要突破口,煤炭开采形成的、能够富集煤层气、为后期微生物活动和矿化充填提供底物和空间的地质体定义为采动影响体。以采动影响体为研究对象,提出了采动影响体微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同矿化充填关键技术,并从必要性和可行性2个方面阐述了该技术在采动影响体资源二次开发、CO_(2)安全封存以及燃煤电厂粉煤灰固废高效处置等的广阔前景。其总体思路是将采动影响体作为一个厌氧发酵“工厂”,高产高效产甲烷菌群作为“劳动者”对“工厂”已有的原材料——残煤、薄煤层和分散有机质以及注入的CO_(2)进行加工,其“产品”是甲烷,进而实现微生物采残煤和CO_(2)资源化。同时,CO_(2)与碱性的粉煤灰结合,在实现了CO_(2)矿化封存的同时,也实现了采动影响体的充填。该技术涉及的关键科学问题包括采动影响体类型划分与有机质特征、采动影响体原位条件下厌氧发酵产甲烷机制、微生物-CO_(2)-粉煤灰协同矿化/固化机制以及微生物采残煤与充填关键技术示范工程建设。实验室物理模拟采动影响体原位条件实验表明其中残煤和富含有机质的泥页岩能够在微生物作用下生成生物甲烷,且添加少量的粉煤灰能够进一步强化甲烷的产出。物理模拟地下水补给的动态实验表明营养物质的补给对厌氧发酵系统的影响尤为重要,补给循环周期为14 d的厌氧发酵系统恰与产甲烷菌群繁殖的周期一致,能够保证厌氧发酵系统的持续高效运行。高钙粉煤灰-CO_(2)-矿井水协同胶结的试件经过28 d的养护后抗压强度为12.31 MPa,其矿化封存潜力约为21.99 m3 CO_(2)/t(粉煤灰),说明粉煤灰在实现采空区固化的同时能够实现CO_(2)减排。此外,基于微生物采残煤与粉煤灰充填目的对工程试验靶区进行优选,地下水滞留区是CO_(2)矿化和粉煤灰充填的最佳场所,因采掘活动自然形成的自然圈闭和人工充填形成的圈闭是较有利的工程试验靶区之一。针对这些靶区提出了微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同充填关键技术,旨在为中国碳减排和采空区生态环境治理提供一条新的技术路径。

关键词：煤矿采动影响体微生物采残煤 CO_(2)封存粉煤灰胶结充填动静态特征有机质特征

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真三轴煤岩体水压裂缝扩展行为教学实验设计

实验技术与管理 2024年第6期41卷 213-218页

作者：李波时振魏建平张飞燕河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454003

在自主研发真三轴煤岩体压裂渗流实验系统基础上,设计了一套真三轴煤岩体水力压裂实验方法。该实验方法从基本理论出发,结合工程实际设计实验方案,在实现数据采集、处理操作简单化的同时,实现了理论与实践的结合。该实验系统可根据工程... 详细信息

在自主研发真三轴煤岩体压裂渗流实验系统基础上,设计了一套真三轴煤岩体水力压裂实验方法。该实验方法从基本理论出发,结合工程实际设计实验方案,在实现数据采集、处理操作简单化的同时,实现了理论与实践的结合。该实验系统可根据工程实际地应力数据设计实验室真三轴水力压裂实验应力状态参数,探讨压裂液恒流、恒压及变排量注入方式对注入压力-时间曲线、水压裂缝形态的影响机制。通过本实验教学可以让学生进一步了解矿井下地应力场分布规律。同时,该实验系统可拓展性较强,能够激发学生的主观创新思维。

关键词：真三轴水力压裂地应力裂缝扩展实验教学

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半封闭空间内氢化镁粉尘爆炸火焰的传播特性

爆炸与冲击 2024年第6期44卷 172-182页

作者：毛文哲张国涛杨帅帅徐子晖王燕纪文涛河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454003 河南理工大学河南省燃爆动力灾害预警与应急工程技术研究中心河南焦作454003 河南理工大学煤炭安全生产与清洁利用省部共建协同创新中心河南焦作454003

在自行搭建的5 L粉尘爆炸火焰传播特性实验装置中,实验研究了半封闭空间内氢化镁(MgH_(2))粉尘爆炸火焰的传播特性。实验结果表明:随MgH_(2)粉尘浓度的提高,MgH_(2)粉尘爆炸火焰由点火至稳定传播所用时间先缩短后延长以及预热区宽度先... 详细信息

在自行搭建的5 L粉尘爆炸火焰传播特性实验装置中,实验研究了半封闭空间内氢化镁(MgH_(2))粉尘爆炸火焰的传播特性。实验结果表明:随MgH_(2)粉尘浓度的提高,MgH_(2)粉尘爆炸火焰由点火至稳定传播所用时间先缩短后延长以及预热区宽度先减小后增大,火焰亮度、锋面平滑度、及火焰传播速度呈先提高后降低的趋势,并在质量浓度为800 g/m^(3)时呈最佳燃烧状态。不同浓度的MgH_(2)粉尘爆炸火焰传播瞬时速度整体呈波动趋势,波动幅度随浓度的提高而先减小后增大,800 g/m^(3)时波动幅度最小,瞬时传播速度变化趋势随浓度的变化呈现不同的变化趋势。最后,根据MgH_(2)爆炸产物的XRD测试结果,分析MgH_(2)粉尘爆炸反应机理,发现MgH_(2)粉尘爆炸是以MgH_(2)燃烧反应为主并伴随有MgH_(2)和Mg(OH)2分解以及Mg和H_(2)氧化等多个总包反应的复杂过程,爆炸反应的最终产物为MgO。

关键词：半封闭空间储氢金属氢化镁爆炸火焰传播

变周期亚波长介质光栅多层膜的双重Fano共振特性

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光谱学与光谱分析 2024年第3期44卷 681-687页

作者：肖春艳杨晨周鑫德河南理工大学资源环境学院河南焦作454003 燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004

现在众多传感结构模型只能对单变量待测样本折射率进行传感检测,为实现不同待测样本的高通量检测并降低环境因素的干扰,提出了一种基于波长调制的变周期亚波长介质光栅多层膜复合结构。以双周期为例进行分析,变周期光栅层由两个具有不... 详细信息

现在众多传感结构模型只能对单变量待测样本折射率进行传感检测,为实现不同待测样本的高通量检测并降低环境因素的干扰,提出了一种基于波长调制的变周期亚波长介质光栅多层膜复合结构。以双周期为例进行分析,变周期光栅层由两个具有不同光栅周期的介质光栅A和B组成,通过有限元法对传输特性进行分析,TE偏振入射光以垂直于光栅层表面的方式入射至介质光栅表面,当在介质光栅区域A和B内分别满足相位匹配条件时,变周期亚波长介质光栅会形成GMR,提供两个具有单一窄带的双离散态共振缺陷峰;由于类F-P腔中含有周期性光子晶体,光波传播到光子晶体会产生光子禁带,提供一个较宽频带的连续态。在满足相位匹配条件时,变周期亚波长波导结构中形成的双离散态共振缺陷峰与周期性光子晶体多层介质薄膜构成的类F-P腔中形成的连续态发生耦合,实现双重Fano共振。然后通过探究波导层厚度dw和光子晶体周期数N对传感特性的影响,选择dw=97 nm和N=3,使其达到FOM值最大。最终因变周期介质光栅层是由两种具有不同介质折射率的材料构成,在介质光栅区域A和B的光栅凹槽部分可设置两个传感检测单元,建立基于波长调制的双重Fano共振全电介质传感模型,设置不同的传感检测区域,发现双重Fano光谱曲线在不同传感检测区域内都能随着ns1和ns2变化,间接实现了对待测样本折射率的动态检测,因而可在同一传感结构模型中实现对不同待测样本折射率区间的多变量检测。结果表明,在传感检测单元A内,FR1和FR2的FOM值分别为631.53和463.7 RIU^(-1);在传感检测单元B内,FOM值分别为480.67和834.04 RIU^(-1)。所设计的传感结构模型通过结构参数优化,实现了传感结构的高反射率、高FOM值和较宽的检测范围,对双重Fano共振提供了理论参考,对待测样本折射率的多变量检测具有一定的研究价值。

关键词：传感器双重Fano共振变周期亚波长光栅导模共振周期性光子晶体多层膜

基于双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器最小回流功率分段优化控制

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电网技术 2024年第3期48卷 1263-1272页

作者：孙标广李静争张迁迁河南理工大学电气工程与自动化学院河南省焦作市454003 河南省煤矿装备智能检测与控制重点实验室(河南理工大学) 河南省焦作市454003 焦作市光源电力集团有限公司河南省焦作市454100

双向全桥DC-DC变换器以其重量轻、高功率密度、能量双向流动等优点成为直流微电网中不可或缺的一部分。但双向全桥DC-DC变换器在传统的单重移相控制下存在回流功率和电流应力等问题,尤其当输入电压和输出电压不匹配时,回流功率和电流应... 详细信息

双向全桥DC-DC变换器以其重量轻、高功率密度、能量双向流动等优点成为直流微电网中不可或缺的一部分。但双向全桥DC-DC变换器在传统的单重移相控制下存在回流功率和电流应力等问题,尤其当输入电压和输出电压不匹配时,回流功率和电流应力会显著增加。针对输入电压和输出电压不匹配的情况,该文提出了一种双向全桥DC-DC变换器在双重移相下的最小回流功率控制策略。该控制策略通过对回流功率进行分段优化,得到了变换器在不同传输功率范围下的最优移相角。通过将所提控制策略和传统的双重移相控制进行对比分析,发现该文所提控制策略具有更小的回流功率和电流应力,提升了变换器的效率。最后基于所提控制策略搭建了实验样机,实验结果验证了控制策略的正确性和有效性。

关键词：双向全桥DC-DC变换器双重移相控制最小回流功率电流应力直流微电网

可再生能源高渗透下时滞孤岛微电网的负荷频率控制

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电网技术 2024年第2期48卷 630-639页

作者：钱伟孙晓彤费树岷河南理工大学电气工程与自动化学院河南省焦作市454000 东南大学自动化学院江苏省南京市210096

针对孤岛微电网系统中大规模接入可再生能源导致的低惯性和开放通信网络中通信延迟对系统稳定运行造成的不可忽略的影响,该文研究变时滞影响下低惯性孤岛微电网系统的负荷频率控制问题。首先,提出一种引入虚拟惯性控制的时滞微电网分层... 详细信息

针对孤岛微电网系统中大规模接入可再生能源导致的低惯性和开放通信网络中通信延迟对系统稳定运行造成的不可忽略的影响,该文研究变时滞影响下低惯性孤岛微电网系统的负荷频率控制问题。首先,提出一种引入虚拟惯性控制的时滞微电网分层频率控制模型;然后构造一个新的Lyapunov-Krasovskii泛函,它包括时滞乘积项和增广的s-dependent积分项。进而,选取复合松弛积分不等式、二次函数不等式和凸组合等方法与所构造泛函有效配合,得到保守性更低的稳定性判据。最后,通过不同场景的仿真分析验证所提方法在提高孤岛微电网时滞稳定裕度和系统动态性能方面具有更好的效果,并分析了时滞稳定裕度与控制器参数、非线性负载扰动之间的关系。

关键词：孤岛微电网负荷频率控制时滞虚拟惯性控制低惯性 Lyapunov-Krasovskii泛函

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非连通空间对象方向关系表达与推理

计算机应用研究 2024年

作者：王淼董星星高继勋方振西唐昊李松中原工学院计算机学院河南工程学院计算机学院哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院河南理工大学计算机科学与技术学院

为了弥补现有的二维空间对象方向关系表达模型大都利用点、最小外包矩形等近似地代替空间对象，距离真实空间对象间方向关系的描述与推理仍存在差距的不足，提出了一种基于Voronoi图的非连通空间对象方向关系表达模型。该模型借助Gestal... 详细信息

为了弥补现有的二维空间对象方向关系表达模型大都利用点、最小外包矩形等近似地代替空间对象，距离真实空间对象间方向关系的描述与推理仍存在差距的不足，提出了一种基于Voronoi图的非连通空间对象方向关系表达模型。该模型借助Gestalt心理学理论，通过提取非连通空间对象的特征点、特征链，构建空间对象间的可视区域，生成方向关系Voronoi图，实现了非连通、含洞的参考对象与目标对象间方向关系的表达，该模型较好地顾及了空间对象形状、大小等因素带来的影响，表达精度更高、适用范围更广。为了提高复杂空间对象方向关系复合推理的精度，基于该模型提出了一个非连通对象间主方向关系复合推理算法，该算法借助Tile-union运算和Pr运算，实现了该模型下基本主方向关系的复合推理，降低推理结果的不确定性。分析和验证的结果表明，提出的非连通空间对象方向关系模型及复合推理算法，提高了表达与推理的精度，完善和提高了对复杂空间对象方位关系的分析与处理能力。

关键词： Voronoi图 Gestalt心理学理论非连通空间对象主方向关系复合推理

高渗透率下基于并网逆变器阻抗重塑的锁相环设计方法

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电工技术学报 2024年第2期39卷 554-566页

作者：杨明杨倬李玉龙赵月圆朱军河南理工大学电气工程与自动化学院河南省煤矿装备智能检测与控制重点实验室焦作454003

针对锁相环、电网阻抗与并网逆变器相互耦合所引发的系统稳定性下降问题。首先,建立考虑电网阻抗的锁相环控制结构模型,通过分析锁相环闭环传递函数可知,电网阻抗会使锁相环系统产生右半平面闭环极点,严重影响锁相环与逆变器系统的稳定... 详细信息

针对锁相环、电网阻抗与并网逆变器相互耦合所引发的系统稳定性下降问题。首先,建立考虑电网阻抗的锁相环控制结构模型,通过分析锁相环闭环传递函数可知,电网阻抗会使锁相环系统产生右半平面闭环极点,严重影响锁相环与逆变器系统的稳定性。其次,通过分析逆变器系统输出阻抗,说明锁相环所引入的负阻抗是逆变器系统稳定裕度下降的主要原因。鉴于此,该文提出一种新型锁相环设计方法,理论分析表明,所提方法既能够保证高渗透率下锁相环具有高鲁棒性,又能够对逆变器系统输出阻抗进行重塑,有效拓宽系统对电网阻抗的适应范围。最后,通过仿真与实验验证所提新型锁相环设计方法的有效性。

关键词：高渗透率并网逆变器锁相环阻抗重塑鲁棒性

弱电网下基于电网电压前馈的并网逆变器阻抗重塑控制策略

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电工技术学报 2024年第8期39卷 2553-2566页

作者：杨明杨倬李玉龙朱军河南理工大学电气工程与自动化学院河南省煤矿装备智能检测与控制重点实验室焦作454003

弱电网下,锁相环在基波以上频段引入的负阻特性,会降低系统输出阻抗的相位,严重影响系统稳定性。鉴于此,该文通过系统控制框图等效变换,推导得到可以消除锁相环负阻特性的电网电压前馈函数,进而提出一种基于电网电压前馈控制的并网逆变... 详细信息

弱电网下,锁相环在基波以上频段引入的负阻特性,会降低系统输出阻抗的相位,严重影响系统稳定性。鉴于此,该文通过系统控制框图等效变换,推导得到可以消除锁相环负阻特性的电网电压前馈函数,进而提出一种基于电网电压前馈控制的并网逆变器阻抗重塑控制策略。同时,为了提高该策略的普适性,该文利用函数近似和多目标约束为电网电压前馈函数的优化提供两种设计方法,并从系统基波电流跟踪性能、并网功率因数等方面进行误差分析,从而证明其函数优化设计方法的可行性。理论分析表明,优化后的电网电压前馈控制策略,可以有效地对系统输出阻抗相位特性进行重塑,很大程度上拓宽了系统对电网阻抗的适应范围。最后,通过仿真与实验验证所提控制策略的有效性。

关键词：弱电网并网逆变器阻抗重塑锁相环稳定性