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机械扩孔煤体增透应力变化规律研究

煤矿安全 2024年第1期55卷 28-33页

作者：王海春雷东记代振华覃杰国家能源集团煤炭运输部北京100011 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077 煤炭科学研究总院北京100013

机械扩孔作为一种新型煤层卸压增透强化措施,可广泛适用于低透气性瓦斯煤层。为了探究机械扩孔应力演化规律,通过理论分析,揭示机械扩孔应力分布特征,以车集煤矿2616煤层为研究背景,借助ABAQUS数值模拟软件分析扩孔过程中煤层应力演化... 详细信息

机械扩孔作为一种新型煤层卸压增透强化措施,可广泛适用于低透气性瓦斯煤层。为了探究机械扩孔应力演化规律,通过理论分析,揭示机械扩孔应力分布特征,以车集煤矿2616煤层为研究背景,借助ABAQUS数值模拟软件分析扩孔过程中煤层应力演化规律。结果表明:机械扩孔后孔洞周围煤体应力场存在动态演化过程,由内向外呈圆环状分布,依次为破碎区、塑性区、弹性区和原始应力区;机械扩孔过程中造穴阶段应力扰动范围和应力集中情况都显著大于钻进阶段。

关键词：瓦斯抽采卸压增透机械扩孔应力分布破煤效果

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煤炭行业数据要素架构规划与实施路径研究

中国煤炭 2024年第4期50卷 79-84页

作者：张萌张建中张学亮煤炭科学研究总院有限公司北京市朝阳区100013 煤炭工业规划设计研究院有限公司北京市西城区100120

以煤矿智能化建设发展趋势为视角,结合矿山大数据的建设情况和煤炭行业数据要素的产业现状,介绍了煤炭行业数据要素的价值理论。以全息系统论的理论方法为依据,融合数据要素3次价值释放的基本原理,分析了煤炭行业数据产品、交易价值、... 详细信息

以煤矿智能化建设发展趋势为视角,结合矿山大数据的建设情况和煤炭行业数据要素的产业现状,介绍了煤炭行业数据要素的价值理论。以全息系统论的理论方法为依据,融合数据要素3次价值释放的基本原理,分析了煤炭行业数据产品、交易价值、技术应用3者之间的关系。通过对全息系统和3次价值理论内容的逐步深入理解和强化,阐述了煤矿行业数据要素的框架规划,该框架明确了数据要素的层次内容和研究方向,从而对煤炭行业数据要素研究的实施路径给予指导和约束。提出了煤炭行业数据要素研究实施路径,以判断煤炭行业数据要素的发展趋势。

关键词：数据要素全息系统论煤炭行业架构规划实施路径

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桥式转载机的密封式中间架结构设计与研究

煤矿机械 2024年第7期45卷 20-22页

作者：杜学飞王梁中国煤炭科工集团煤炭科学研究总院有限公司北京100013

由于煤矿掘进巷道高度低、空间狭小,巷道内需要安放掘进机、桥式转载机、通风管道等大型设备,存在安装困难、设备互相干扰等问题。将传统桥式转载机的刚性架设计成了一种矩形密封式刚性中间架结构。该密封式中间架可以作为通风管道使用... 详细信息

由于煤矿掘进巷道高度低、空间狭小,巷道内需要安放掘进机、桥式转载机、通风管道等大型设备,存在安装困难、设备互相干扰等问题。将传统桥式转载机的刚性架设计成了一种矩形密封式刚性中间架结构。该密封式中间架可以作为通风管道使用,对该结构进行有限元分析,结果表明矩形密封式中间架受力弯曲变形较小,结构设计具有合理性和可靠性。

关键词：桥式转载机中间架有限元分析

基于PLC的矿井临时支护控制系统的设计与实现

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煤炭技术 2024年第2期43卷 239-242页

作者：赵嘉宇冯瑛凯闫兴伟赵建曹云中国煤炭科工集团煤炭科学研究总院有限公司北京100013

针对目前煤矿开采环境恶劣,临时支护需要手工安装的现状,设计了一种基于西门子PLC的临时支护控制系统。在硬件层面使用ET200SP将数据采集卡、继电器、变频器和按钮开关等控制元件串联起来;在软件层面设计了棚架的自动安装程序,实现了安... 详细信息

针对目前煤矿开采环境恶劣,临时支护需要手工安装的现状,设计了一种基于西门子PLC的临时支护控制系统。在硬件层面使用ET200SP将数据采集卡、继电器、变频器和按钮开关等控制元件串联起来;在软件层面设计了棚架的自动安装程序,实现了安装自动化。通过实验测试,验证了控制逻辑的正确性和自动支护的可行性。该控制系统性能稳定,可开发性好,同时可以实现自动支护的远程控制,对实现煤矿掘进的智能化和无人化有很好的借鉴意义。

关键词：临时支护 PLC 自动控制 ET200SP 控制系统

煤炭开采等地下工程问题的数字岩石力学解决方案

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煤炭科学技术 2024年第09期 150-161页

作者：李海涛齐庆新杜伟升张海宽杨冠宇王守光石晓闪李春元崔春阳郑伟钰郑建伟何团朱维煤炭科学研究总院有限公司深部开采与冲击地压防治研究院煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室天地科技股份有限公司北京技术研究分公司

煤炭开采等地下工程的可观测性极为有限，导致很多复杂的工程问题难以获得可靠的事前分析依据，尤其在面临深部作业和高强度开采所带来的全新工程环境时，现有理论体系和技术方案的适用性面临着严峻的挑战。基于数字化时代的技术发展特... 详细信息

煤炭开采等地下工程的可观测性极为有限，导致很多复杂的工程问题难以获得可靠的事前分析依据，尤其在面临深部作业和高强度开采所带来的全新工程环境时，现有理论体系和技术方案的适用性面临着严峻的挑战。基于数字化时代的技术发展特点，提出了融合数据规律、力学逻辑和工程经验的数字岩石力学解决方案；充分利用工程数据中包含着真实工程规律的客观特点，建立了理论成果、工程经验与数据规律挖掘进行底层融合的具体模式；借助煤岩物理力学参数无损推断场景，验证了上述技术路径的可行性，实现了兼具可靠性和可解释性的数据挖掘利用。进一步构建了以煤岩物性、矿井结构和空间应力为基本要素的数字岩石力学理论体系，提出了以“工程素描—物理嵌入—业务融合—决策生成”为步骤的数字岩石力学地下工程通用作业模式，并通过在复杂工程现场的应用检验了数字岩石力学解决方案的可靠性，为煤炭开采等地下工程的数字化转型、智能化升级提供了切实可行的实现路径。

关键词：数字岩石力学煤炭开采地下工程广义“三因素” 冲击地压

坚硬顶板动压巷道远近应力场演化规律及调控技术研究

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煤炭科学技术 2024年

作者：何杰程蓬吴乐范军平煤炭科学研究总院开采研究分院中煤科工开采研究院有限公司天地科技股份有限公司开采设计事业部煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室华阳新材料科技集团有限公司智能矿山事业部

针对坚硬顶板强动压巷道围岩变形破坏难控制的问题，以寺家庄15119回风巷为工程背景，采用理论分析、现场实测、数值模拟与工业试验的综合研究方法，研究了坚硬顶板回采巷道远近应力场演化规律及调控技术。研究表明：15119回风巷在留设... 详细信息

针对坚硬顶板强动压巷道围岩变形破坏难控制的问题，以寺家庄15119回风巷为工程背景，采用理论分析、现场实测、数值模拟与工业试验的综合研究方法，研究了坚硬顶板回采巷道远近应力场演化规律及调控技术。研究表明：15119回风巷在留设25m煤柱时由于坚硬顶板难垮落造成远场应力集中，且在演化过程中加剧了巷道围岩近场应力环境恶化，这是致使该类巷道围岩变形破坏的问题所在。巷道围岩远近应力场存在紧密的相互作用关系，远场的应力能够引起近场应力范围和大小的变化，从而对巷道围岩的变形与破坏时效及范围产生影响。基于此，提出了巷道围岩的远场与近场应力场调控原理，即在通过工程干预手段有效地调控远近应力场的分布、传导途径及其相互作用，以此实现围岩应力环境的优化和巷道稳定性的增强。依据该原理，提出了“无煤柱留墙掘巷+切顶卸压+强力支护”远近应力场调控技术方案，新方案先调整15119回风巷至邻近15117工作面1.5m处的低应力区，然后在15117进风巷顶板水压裂预制裂缝卸压调控远场应力分布与传播途径，最后强化15119回风巷围岩支护，优化近场应力环境。工业性试验表明：新方案能够有效减弱远场应力对近场应力的叠加作用，新方案中压裂对应的15119回风巷顶底板移近量最大460mm，两帮收缩量最大为430mm，断面收缩率降低了26.1%。巷道围岩远近场应力调控方案取得了良好的控制效果，可为类似巷道提供理论依据与技术参考。

关键词：坚硬顶板采动巷道远近应力场无煤柱水力致裂卸压-支护

预制孔洞煤样冲击力学特性及能量耗散试验研究

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煤炭科学技术 2024年第2期52卷 92-103页

作者：何杰吴拥政孙卓越李军臣煤炭科学研究总院有限公司开采研究分院北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭科学研究总院煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室北京100013

为研究冲击载荷下预制孔洞煤样力学特性及能量耗散规律,制备含轴向孔洞的直径50 mm,高50 mm圆柱体煤样,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,开展8个孔洞尺寸和3个冲击气压水平的加载试验研究,借助平面场应变测量技术(VIC-2D)和高速摄像机... 详细信息

为研究冲击载荷下预制孔洞煤样力学特性及能量耗散规律,制备含轴向孔洞的直径50 mm,高50 mm圆柱体煤样,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,开展8个孔洞尺寸和3个冲击气压水平的加载试验研究,借助平面场应变测量技术(VIC-2D)和高速摄像机,分析了冲击加载过程中试件动态应力、动态应变、裂纹演化、破坏失效及能量耗散特性。结果表明:①在试验涉及的孔洞直径范围内,冲击载荷下完整与孔洞煤样动态应力-应变过程均呈现微裂隙压密阶段、弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段。同一冲击气压下,随孔径增大,煤样动态抗压强度、动态峰值应变均降低;孔径由0增大至8 mm时,煤样动态抗压强度和峰值应变下降出现快-慢分区特征。与完整煤样以拉伸裂纹破坏为主不同,孔洞煤样主要以拉伸裂纹-剪切裂纹复合破坏为主,且随着孔径增加,试件内部裂纹扩展能力变弱。②揭示了冲击载荷下孔洞煤样的能量耗散规律:孔洞煤样透射能、吸收能与孔径呈负相关,反射能与孔径呈正相关,这主要由孔洞改变试件过波面积造成。随孔径增大,煤样过波面积降低,其吸收能和透射能随之降低,与冲击载荷下孔洞煤样破碎度与孔径负相关结论相一致。研究成果有利于明晰冲击地压巷道钻孔卸压机理,为冲击地压防治提供理论支持。

关键词：岩石动力学分离式霍普金森压杆孔洞力学特性能量耗散

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褐煤基硬炭微观结构调控及其储钠特性

煤炭学报 2024年第4期49卷 2086-2098页

作者：邢宝林徐巧妙曾会会冯来宏张传祥黄光许韩学锋康伟伟屈笑笑程松河南理工大学化学化工学院河南焦作454003 河南省煤炭绿色转化重点实验室河南焦作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 华能煤炭技术研究有限公司北京100000

煤炭的多元化清洁高值利用对促进我国煤炭工业低碳可持续发展具有重要作用,而煤的材料化是提升煤炭清洁高效利用水平的重要途径之一。充分利用褐煤含芳环结构、原生孔隙发达、表面活性基团丰富等特点,通过高温炭化(1000~1600℃)处理华... 详细信息

煤炭的多元化清洁高值利用对促进我国煤炭工业低碳可持续发展具有重要作用,而煤的材料化是提升煤炭清洁高效利用水平的重要途径之一。充分利用褐煤含芳环结构、原生孔隙发达、表面活性基团丰富等特点,通过高温炭化(1000~1600℃)处理华亭褐煤制备出褐煤基硬炭,探究褐煤基硬炭中类石墨微晶、无定形碳与纳米孔及表面官能团等缺陷结构在高温炭化过程中的形成机制与演变规律,揭示炭化温度对煤基硬炭微观结构的影响,并通过恒电流充放电、恒电流间歇滴定及循环伏安测试等研究不同褐煤基硬炭用作钠离子电池负极材料的电化学性能,探索微观结构对负极材料电化学储钠性能的影响机制及褐煤基硬炭的电化学储钠机理。研究表明,通过调节炭化温度可实现对褐煤基硬炭中类石墨微晶、无定形碳、纳米孔、含氧/含氮官能团等缺陷结构的调控。当炭化温度为1400℃时,所制褐煤基硬炭LHC-1400富含合理层间距(0.371 nm)的类石墨微晶,兼有适宜含量的无定形碳和纳米孔等缺陷结构,其比表面积为4.92 m^(2)/g,且含有C—O、C=O、O—C=O及吡啶氮、吡咯氮、石墨氮等含氧/含氮官能团。该硬炭用作钠离子电池负极材料的可逆容量达275 mAh/g,且在0.2 A/g电流密度下可逆容量为111 mAh/g,经200次循环后容量保持率仍可达96%,展现出良好的倍率性能和循环稳定性。褐煤基硬炭优异的储钠性能与其不同微观结构所发挥的功能与作用密切相关。硬炭中合理层间距的类石墨微晶可为Na^(+)的快速嵌入/脱出提供传输通道,以插层储钠来提供容量;硬炭中的无定形碳、开放的纳米孔和含氧/含氮等缺陷结构可为Na^(+)存储提供足够的活性位点,以吸附储钠来贡献容量;而硬炭中少量封闭孔则可为Na^(+)的存储提供足够的空间,以填充储钠来提供容量。褐煤基硬炭中“吸附-插层-填充”3种储钠方式相互协同,最终实现其高效的电化学储能。

关键词：褐煤基硬炭储钠性能微观结构调控钠离子电池负极材料

高温高压条件下含瓦斯煤解吸-自燃演化特性研究

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煤炭科学技术 2024年第7期52卷 101-113页

作者：田富超李振榕李帅魁苏嘉豪刘香兰姜文忠中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿灾害防控全国重点实验室辽宁沈抚示范区煤炭科学研究总院北京100013 中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100013

随着矿井开拓水平的延深,煤岩赋存环境呈现出高瓦斯压力、高地温特征,而温度、压力是影响含瓦斯煤吸附-解吸-氧化特性的重要因素。为了探究高温高压下遗煤中瓦斯解吸特征及自燃特性的变化,选用高瓦斯易自燃矿井不同埋深的煤样作为试验对... 详细信息

随着矿井开拓水平的延深,煤岩赋存环境呈现出高瓦斯压力、高地温特征,而温度、压力是影响含瓦斯煤吸附-解吸-氧化特性的重要因素。为了探究高温高压下遗煤中瓦斯解吸特征及自燃特性的变化,选用高瓦斯易自燃矿井不同埋深的煤样作为试验对象,设计不同温度和压力下煤中甲烷解吸的正交试验,并对原煤样和解吸煤样进行孔隙及表面积测试、TG-FTIR联用、程序升温试验。结果表明:在整个解吸试验过程中,温度的抑制都显著大于压力的促进作用;高温高压环境主要改变了煤中的微孔结构,致使煤体的比表面积和总孔容都出现增加;解吸后,标高320 m和标高343 m煤样的温度突变点提前了8.7%和4.9%,同时虽然煤中的官能团种类相同,但含量出现了不同程度的降低;标高320 m和标高343 m解吸煤样和原煤样CO生成的交叉温度点分别为78℃和74℃,C_(2)H_(4)、C_(2)H_(6)的浓度始终低于原煤样;同时解吸煤样的耗氧量在相同煤温下出现了下降,在170℃时差距最大,标高320 m和标高343 m解吸前后煤样的氧气含量为9.3%、13.1%和10.3%、14.3%,两者的耗氧量最大相差42.3%、41.2%。综合分析表明,煤体经过高温、高压解吸后煤样在氧化初期更易自燃,产生更多的CO,可以选择CO作为指标气体,而在高温阶段反应剧烈程度有所降低。此外推导出了煤中甲烷解吸对采空区气体环境的实时变化公式,并以1304综采工作面为模型,对“高瓦斯压力、高地温”特征下采空区遗煤中瓦斯解吸影响下的“氧化带”区域进行了更细致的划分,将范围缩小了63.5%。研究成果可为高瓦斯易自燃煤层瓦斯与火耦合灾害防控提供基础支撑。

关键词：高温高压煤自燃瓦斯解吸微观结构氧化特征危险区域划分复合灾害