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含油污泥型煤制备及燃烧特性研究

煤炭科学技术 2025年

作者：竹涛鞠秋歌范诗晗李芙蓉中国矿业大学(北京)内蒙古研究院中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室

在煤炭资源消耗量大、含油污泥处置困难且造成的环境污染严重的背景下，为实现含油污泥的资源化、清洁化利用，将煤与不同比例的含油污泥混合、压制成型，制备型煤燃料，在安全高效处置含油污泥的同时，能够综合利用煤炭资源，减少污染... 详细信息

在煤炭资源消耗量大、含油污泥处置困难且造成的环境污染严重的背景下，为实现含油污泥的资源化、清洁化利用，将煤与不同比例的含油污泥混合、压制成型，制备型煤燃料，在安全高效处置含油污泥的同时，能够综合利用煤炭资源，减少污染物的排放。因此本文以含油污泥和煤混合制备的型煤燃料为研究对象，以松弛密度、松弛比、抗破碎性、抗渗水性为物理性能指标，探究含油污泥型煤的最佳成型条件，通过热重分析法研究含油污泥型煤在不同添加比例及升温速率下的燃烧特性，并使用烟气分析仪分析燃烧烟气中主要污染物的排放特征。结果表明，当添加含油污泥20%～40%、成型压力20 MPa、混合原料含水率为10%时，含油污泥型煤的松弛密度增大至1 g/cm3以上，抗破碎性超过90%，型煤的物理性能变优，成型效果更佳。含油污泥的添加有效改善了型煤的着火性能、燃烧特性，当添加40%的含油污泥时，制得型煤燃料的热值为19.43 MJ/kg，稳燃特性指数最大，为3.10×10-5%/(min·℃2)。另外，升高反应温度会促使NO和SO2的生成，当反应温度在900 ℃及以下时，可以更好的控制NO和SO2的排放，同时不影响多环芳烃、重金属的排放，排放浓度低于污染物排放标准限值。含油污泥和煤的混合是实现节能减排的有效方法，含油污泥的加入，降低了型煤的着火温度，燃尽温度，改善燃烧性能的同时能够有效控制污染物的排放。

关键词：型煤技术含油污泥压缩成型燃烧特性排放特征

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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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01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国地质大学(北京)郑州研究院安徽建筑大学安徽地下智能探测技术研究院山东科技大学能源与矿业工程学院

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(P... 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

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

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

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ZSM-5分子筛光催化降解瓦斯试验研究

中国矿业大学学报 2015年第5期44卷 829-835页

作者：戴俊刘雯杨娟魏建平河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室河南焦作454000

采用X射线荧光光谱和吡啶原位红外光谱等表征手段对ZSM-5分子筛进行表征,分析ZSM-5分子筛的组成与表面酸性;并以ZSM-5分子筛为催化剂,通过正交试验考查了反应时间、光照强度、氧气含量、水分子含量和涂覆面积比等因素对瓦斯降解率的影响... 详细信息

采用X射线荧光光谱和吡啶原位红外光谱等表征手段对ZSM-5分子筛进行表征,分析ZSM-5分子筛的组成与表面酸性;并以ZSM-5分子筛为催化剂,通过正交试验考查了反应时间、光照强度、氧气含量、水分子含量和涂覆面积比等因素对瓦斯降解率的影响,确定最优试验条件,并初步确定了反应产物.结果表明:当ZSM-5分子筛的硅铝摩尔比为150时,催化性能最好,对于初始体积分数为3.5%的甲烷,当反应时间为120 min、光照强度为4 W、O2体积分数为30%、水分子含量为0.3%和涂覆面积比为75%时,瓦斯降解率达86.40%.

关键词：瓦斯光催化 ZSM-5分子筛羟基自由基瓦斯降解率

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Fenton试剂氧化降解瓦斯的反应动力学

中国矿业大学学报 2013年第5期42卷 741-746页

作者：魏建平王政锦戴俊河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室河南焦作454000

在自制的鼓泡反应器中以氮气平衡的甲烷标准气模拟矿井瓦斯,根据Fenton试剂氧化反应的自由基链反应特性,运用幂函数动力学模型考察了c(H2O2)0,c(Fe2+)0、反应温度等对甲烷氧化降解效率的影响.采用一级反应动力学方程拟合Fenton试剂降解... 详细信息

在自制的鼓泡反应器中以氮气平衡的甲烷标准气模拟矿井瓦斯,根据Fenton试剂氧化反应的自由基链反应特性,运用幂函数动力学模型考察了c(H2O2)0,c(Fe2+)0、反应温度等对甲烷氧化降解效率的影响.采用一级反应动力学方程拟合Fenton试剂降解瓦斯的氧化反应动力学方程,得到羟基自由基(·OH)氧化甲烷的表观活化能为7.065kJ/mol,对H2O2与Fe2+的反应级数分别为0.533 4和0.463 0.甲烷降解率的实验值与模型预测值拟合程度很高,相关系数在0.98以上.

关键词：瓦斯甲烷 Fenton试剂羟基自由基反应动力学