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地震诱发煤矿次生灾害类型与评估方法

中国安全科学学报 2024年第4期34卷 167-174页

作者：齐庆杰刘英杰孙祚佟瑞鹏煤炭科学研究总院有限公司应急科学研究院北京100013 中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083

为解决煤矿承灾体受地震灾害影响易发生次生灾害风险的问题,首先,调查和分析典型案例,归纳总结煤矿次生灾害类型与破坏特征,并基于人、机、环、管全要素,构建地震诱发煤矿次生灾害风险评估三级指标体系;然后,提出风险等级和隐患重要度... 详细信息

为解决煤矿承灾体受地震灾害影响易发生次生灾害风险的问题,首先,调查和分析典型案例,归纳总结煤矿次生灾害类型与破坏特征,并基于人、机、环、管全要素,构建地震诱发煤矿次生灾害风险评估三级指标体系;然后,提出风险等级和隐患重要度评估方法;最后,以河北省某市煤矿为例开展实际应用。结果表明:地震诱发煤矿次生灾害类型按照承灾体分为6类;地震诱发煤矿次生灾害发生可能性评估主要考虑煤矿所在区域地震灾害等级、煤矿次生灾害危险性、煤层瓦斯赋存致灾性、矿井水文地质条件致灾性、承灾体设防水平、防灾减灾能力6方面,后果严重性评估主要考虑灾害可能造成的伤亡人数和经济损失2方面;该市煤矿抗震设防薄弱环节为通风系统、井筒支护系统、排水系统,应有针对性地提高抗震设防等级。

关键词：地震煤矿次生灾害灾害类型风险评估隐患重要度

跨煤岩界面穿层压裂裂缝动态扩展特征试验研究

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岩土力学 2024年第3期45卷 737-749页

作者：李浩哲姜在炳范宗洋庞涛刘修刚煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077 中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249 中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083

针对跨煤岩界面穿层压裂裂缝动态扩展过程,采用相似材料制作煤岩组合体试件,开展三点弯曲试验、真三轴水力压裂物理模拟试验,分别结合数字散斑技术、声发射监测技术,捕捉裂缝的动态扩展特征,分析裂缝扩展形态及影响因素。结果表明:三点... 详细信息

针对跨煤岩界面穿层压裂裂缝动态扩展过程,采用相似材料制作煤岩组合体试件,开展三点弯曲试验、真三轴水力压裂物理模拟试验,分别结合数字散斑技术、声发射监测技术,捕捉裂缝的动态扩展特征,分析裂缝扩展形态及影响因素。结果表明:三点弯曲试验中裂缝可从顶板直接进入煤层,裂缝在界面处未转向,增大预制裂缝长度试件断裂所需的峰值应力降低;真三轴水力压裂试验条件下,由于煤层塑性强,顶板内裂缝高度、长度均大于煤层,顶板内声发射事件比例高于煤层;在裂缝穿层扩展的前提下,增大水平井与煤层顶面距离会导致裂缝穿层扩展时间延长,提高压裂液注入排量可增大裂缝进入煤层的穿透深度,但是易导致缝高失控、缝长降低,提出采用变排量压裂施工,初期压裂液大排量注入促使裂缝纵向穿层,随后降排量促进裂缝在顶板和煤层内横向延伸;多裂缝同步起裂时缝间存在竞争扩展现象,部分裂缝可能无法穿层扩展。研究成果可为掌握裂缝跨煤岩界面穿层扩展特点、优化设计压裂施工参数提供理论支撑。

关键词：煤岩界面穿层压裂动态扩展数字散斑声发射

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

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煤矿井下钻探数字化监测系统

工矿自动化 2024年第7期50卷 173-178页

作者：张幼振范强陈龙陈果税洋李旺年煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077

针对煤矿井下钻探存在孔底工程参数测量困难、钻探数据准确性和完整性不足、钻探数据融合应用不够等问题,设计了一种煤矿井下钻探数字化监测系统。该系统由数据来源层、虚拟模型层、数据处理层和钻探服务层构成:数据来源层为虚拟模型层... 详细信息

针对煤矿井下钻探存在孔底工程参数测量困难、钻探数据准确性和完整性不足、钻探数据融合应用不够等问题,设计了一种煤矿井下钻探数字化监测系统。该系统由数据来源层、虚拟模型层、数据处理层和钻探服务层构成:数据来源层为虚拟模型层提供数据支撑,虚拟模型层通过仿真模拟分析生成新的数据并反馈至数据来源层;数据处理层接收到数据来源层和虚拟模型层提供的数据后,进行数据清洗、转换及合并等处理;钻探服务层通过后台数据管理端的权限设置,为不同层级用户提供数据显示、查询、分析、报警等服务。将钻探数据按时序特征分为事前数据(钻探施工之前根据钻孔设计资料和施工方案等获取的数据)、实时数据(包括钻探过程设备实时监测的参数和钻场视频等)和延时数据(孔底随钻测量装置采集的参数),针对这3类钻探数据设计了数据处理流程,并建立了由接入层、汇聚层和核心层组成的系统通信网络架构。工程实践结果表明:该系统实现了煤矿井下钻探施工数据的采集、传输、显示与动态管理,满足钻探施工过程监测和数据管理的需求,具有较好的实时性和准确性。该系统为煤矿井下钻探智能化施工和精细化管理提供了技术支撑。

关键词：煤矿井下钻探数字化监测钻探数据数据处理通信网络

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智慧矿山系统工程及关键技术研究与实践

煤炭学报 2024年第1期49卷 181-202页

作者：王国法庞义辉任怀伟战凯杜明张勇程健杜毅博张建中巩师鑫王丹丹孟令宇孟积渐中煤科工开采研究院有限公司北京100013 北京天玛智控科技股份有限公司北京101399 安标国家矿用产品安全标志中心北京100013 煤炭科学研究总院有限公司北京100013 矿冶科技集团有限公司北京100160

针对智慧矿山复杂巨系统建设过程中存在的问题,提出了智慧矿山建设的总体技术架构,并分别从智慧矿山系统模型构建、地下空间重构与模型动态更新、机器视觉测量技术、瓦斯环境射频防爆测试方法、矿山安全闭环管控体系、智慧矿山标准体系... 详细信息

针对智慧矿山复杂巨系统建设过程中存在的问题,提出了智慧矿山建设的总体技术架构,并分别从智慧矿山系统模型构建、地下空间重构与模型动态更新、机器视觉测量技术、瓦斯环境射频防爆测试方法、矿山安全闭环管控体系、智慧矿山标准体系等方面进行了详细阐述。将智慧矿山分为信息感知支撑层、边缘计算层、云数据中心、多型网络、矿山智能生产管控平台、矿山智能生产系统、智慧矿山运维管理系统,构建了基于多系统深度融合的智慧矿山技术架构。基于智慧矿山知识图谱及信息抽取技术,构建了以数据创新为驱动、通信网络为基础、数据算力为核心的智慧矿山系统模型。构建了以机器视觉感知信息为主、其他感知信息为辅的矿山井下三维视觉空间模型,提出了矿山井下场景三维视觉与空间重建框架,实现了矿山井下三维空间重构与动态更新。开发了基于机器视觉技术的井下设备位姿与煤岩界面识别算法,实现了对井下综采装备群及煤岩分界面的同时空测量。探讨了井下瓦斯环境下现行防爆标准对5G基站功率的限制及存在的不足,设计开发了射频电磁能防爆专用试验装置,为提升井下5G基站功率阈值提供了方法借鉴。提出了融合灾害信息全面感知、防控方案自主决策、防控装备协同控制的矿井灾害闭环管控系统技术架构,实现井下灾害的超前预测预警与协同防控。构建了智能化煤矿标准体系框架,剖析了我国煤矿与金属矿山智能化建设典型案例,提出了智慧矿山建设发展趋势及建议。

关键词：智慧矿山系统工程机器视觉射频电磁能防爆安全闭环管控标准体系

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煤炭工业发展关键技术突破与超级煤矿建设

煤炭工程 2024年第10期56卷 1-11页

作者：王国法庞义辉中国煤炭科工集团有限公司北京100013 煤炭科学研究总院有限公司北京100013

为了发展煤炭领域先进生产力,助力煤炭工业高质量发展,研究了近年来我国采场围岩控制技术发展历程,分析了采动应力演化规律及围岩断裂失稳过程,创新提出了超大采高工作面围岩断裂失稳力学模型、控制准则及液压支架合理工作阻力计算方法... 详细信息

为了发展煤炭领域先进生产力,助力煤炭工业高质量发展,研究了近年来我国采场围岩控制技术发展历程,分析了采动应力演化规律及围岩断裂失稳过程,创新提出了超大采高工作面围岩断裂失稳力学模型、控制准则及液压支架合理工作阻力计算方法。系统阐述了我国综采技术装备发展历程,研发了最大采高10 m的超大采高综采成套装备,以及最大支护高度7.0 m的超大采高综放成套装备,解决了西部矿区浅埋深、坚硬、厚及特厚煤层安全高效开采技术难题。系统分析了我国主要煤炭产区煤矿智能化建设现状、关键技术、取得的建设成效及存在的主要问题,提出了智能化超级煤矿的定义、特征及内涵,研究了典型超级煤矿建设成效与经验,并从标准体系、数据体系、技术体系、管理体系、生态体系建设等方面阐述了未来煤炭工业主要发展方向。

关键词：围岩控制煤机装备智能化煤矿高质量发展超级煤矿

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煤炭绿色开发复杂巨系统数智化技术进展

煤炭科学技术 2024年

作者：王国法张建中刘再斌庞义辉王佟桑聪中国煤炭科工集团有限公司煤炭科学研究总院有限公司天地科技股份有限公司北京技术研究分公司中煤科工西安研究院(集团)有限公司中国煤炭地质总局

本文分析了当前我国煤炭资源绿色开发面临的新形势和新要求，提出了煤炭资源绿色开发复杂巨系统数智化技术体系，以绿色开发模式为目标，以地质透明化为基础，将煤矿全要素数字化，完成煤矿所有信息的精准实时采集、网络化传输、规范化... 详细信息

本文分析了当前我国煤炭资源绿色开发面临的新形势和新要求，提出了煤炭资源绿色开发复杂巨系统数智化技术体系，以绿色开发模式为目标，以地质透明化为基础，将煤矿全要素数字化，完成煤矿所有信息的精准实时采集、网络化传输、规范化集成、可视化展现、自动化运行和智能化服务的数字化智慧体，融合一系列数智化关键技术实现煤炭资源绿色智能柔性开发与管控模式；提炼“数智开采”技术，研发了数字煤矿智慧逻辑模型、复杂变形条件下“采场-装备”双动态系统耦合分析模型、开采设备群健康状态评估与剩余寿命预测模型等关键技术，提出了智慧逻辑模型框架下的开采系统智能化控制方法，智能开采复杂场景综采设备群姿态识别方法、全局最优规划策略及协同控制方法、设备健康状态识别与故障诊断方法；诠释“透明地质”概念，提出了透明地质保障技术路径，研发了精细物探与钻探、围岩条件动态监测、多源高精度数据采集、多源异构数据融合解译等地质透明化技术，创新了静态地质建模、动态地质建模、工作面精准地质保障、多源地质数据解译融合、多属性动态高精度建模、地质信息同步映射、矿山信息模型等地质数字化技术，分析了“透明地质”技术在地下资源开发地质构造探明程度、揭示煤岩物理力学性质、“三场”变化、隐蔽致灾因素预测等应用价值；分析了绿色开采技术，包括绿色减沉与保水开采技术和井上下协同治理与生态修复技术；文中围绕3方面技术进行了案例解析，展望当前形势下，需亟待加速数据驱动下煤炭资源绿色开发与管理变革转型，推动煤炭行业高质量发展进入新阶段。

关键词：绿色矿山煤矿智能化智能开采绿色开采地质探测地质建模透明地质

采空区复合灾害环境下含瓦斯煤自燃特征研究进展

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煤炭学报 2024年第6期49卷 2711-2727页

作者：田富超贾东旭陈明义梁运涛朱红青张同浩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113122 煤炭科学研究总院北京100013 石家庄铁道大学安全工程与应急管理学院河北石家庄050043 中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083

采空区瓦斯与煤自燃复合灾害日趋成为制约矿井安全生产的主要灾害模式,煤自燃作为瓦斯燃烧、爆炸等灾害事故的“点火源”,无疑是防范煤矿采空区复合灾害的关键。目前关于采空区遗煤残余瓦斯(吸附态为主)与风流瓦斯(游离态)对煤自燃影响... 详细信息

采空区瓦斯与煤自燃复合灾害日趋成为制约矿井安全生产的主要灾害模式,煤自燃作为瓦斯燃烧、爆炸等灾害事故的“点火源”,无疑是防范煤矿采空区复合灾害的关键。目前关于采空区遗煤残余瓦斯(吸附态为主)与风流瓦斯(游离态)对煤自燃影响机理的认识还不够深入,为此探究了含瓦斯条件下煤自燃相关研究的最新进展。现阶段针对含瓦斯风流/气氛下煤自燃特性的研究内容较为丰富,但吸附态瓦斯影响条件下的煤自燃特性实验平台及相关研究成果较匮乏。研究表明,游离瓦斯易引起煤低温氧化气体产物出现明显的“滞后效应”,同时煤体放热强度减弱、活化能整体增大,这反映出氧化气氛中的瓦斯对煤自燃具有抑制作用;相应地,煤自燃过程中的官能团、自由基及煤微晶结构等微观特征参数均会随瓦斯体积分数呈现规律性演变。进一步,考虑到遗煤内部残余瓦斯与风流瓦斯的赋存状态差异,探究了瓦斯对煤自燃过程的影响机理,包括CH4对O_(2)的驱替稀释作用、CH_(4)与O_(2)的竞争吸附解吸引起的置换效应,以及高温环境下的O_(2)分子化学吸附和煤氧复合效应作用。基于此,提出了采空区遗煤在吸附态瓦斯影响下的自燃过程特性、含瓦斯煤自燃流–固–热–化多场耦合特征、含瓦斯煤自燃监测预警理论应用等亟待突破的瓶颈问题。

关键词：煤自燃复合灾害环境微观特征多场耦合遗煤残余瓦斯热动力灾害

温室气体管控纳入化工园区规划环评的技术方法探索和实证研究

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环境科学研究 2024年第7期37卷 1626-1640页

作者：许亚宣李小敏李亚飞詹丽雯赵果姚懿函李林子中国环境科学研究院环境管理研究中心北京100012

《中共中央国务院关于深入打好污染防治攻坚战的意见》中明确提出“将温室气体管控纳入环评管理”,温室气体管控纳入环评已成为深入推进碳达峰行动的重要举措。产业园区是控制污染物和温室气体排放增量的重要载体,是推进减污降碳源头防... 详细信息

《中共中央国务院关于深入打好污染防治攻坚战的意见》中明确提出“将温室气体管控纳入环评管理”,温室气体管控纳入环评已成为深入推进碳达峰行动的重要举措。产业园区是控制污染物和温室气体排放增量的重要载体,是推进减污降碳源头防控的重要抓手。该研究重点围绕协同减污降碳优化规划方案这一关键问题,探索产业园区规划环评中开展温室气体评价的技术方法,并以某石化园区为例开展了实践探索。为了在环评中科学、合理地分析和评价温室气体减排潜力,从两方面探索评价技术方法:一是温室气体与大气耦合评价方法,开展温室气体评价重点排放设施能效分析,结合大气评价中空气质量目标改善要求和初步模拟预测结果,联合提出淘汰高耗低效热源设施、分阶段推进清洁能源替代的规划调整建议;二是研究创新温室气体评价和循环经济分析紧密结合的环评方法,遵循化工园区协同、合作、共享的一体化设计理念和循环经济理念,以资源循环降碳、能效提升降碳为目标,充分发挥化工园区碳固定、碳消纳的天然优势,促进园区内产业链协同。实证研究表明:①通过全面识别园区减污和降碳的关键环节,以“提效-控煤”为主线,温室气体评价与大气评价联合提出热源点整合方案;聚焦园区CO_(2)资源化利用、能源梯级利用,推动两家企业6套装置实施CO_(2)回收,并实施聚碳酸酯、碳酸乙烯酯等CO_(2)产业链利用项目,将零散企业余热资源统一纳网,实现余热余压利用,很好地验证了前述技术方法的可行性,以及温室气体评价对能源规划方案和产业循环经济方案的优化调整作用。②基于现行产业园区环评的评价技术流程,采用全过程纳入模式,提出了温室气体全过程评价技术框架,即现状评价“挖潜力”、规划分析“融理念”、影响识别“定目标”、影响评价“评趋势”、方案论证“明措施”、调整建议“优方案”。此外,对未来研究提出展望,一是增强污染防治与气候治理的协同性,二是关注难以量化的新排放源和非二氧化碳温室气体,三是结合不同园区面临的能源转型和环境目标压力,形成差异化的温室气体减排方案。该研究提出的技术框架和评价方法为优化化工园区环评源头管控作用起到有力支撑,具有重要的现实意义。

关键词：温室气体环境影响评价产业园区减污降碳技术路径