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坚硬覆岩预裂弱化改性效应及导水裂缝带控制机理

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煤炭科学技术 2024年第4期52卷 105-118页

作者：张玉军李友伟肖杰张志巍李嘉伟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 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 煤炭科学研究总院开采研究院北京100013

针对深部煤层开采坚硬覆岩条件下导水裂缝带控制问题,充分借鉴坚硬顶板预裂弱化技术,提出预裂弱化坚硬主控覆岩控制导水裂缝带高度的新方法。综合采用实验室试验、理论分析、数值模拟等方法,研究了坚硬主控覆岩预裂弱化改性效应,详细阐... 详细信息

针对深部煤层开采坚硬覆岩条件下导水裂缝带控制问题,充分借鉴坚硬顶板预裂弱化技术,提出预裂弱化坚硬主控覆岩控制导水裂缝带高度的新方法。综合采用实验室试验、理论分析、数值模拟等方法,研究了坚硬主控覆岩预裂弱化改性效应,详细阐述了不同弱化层位对导水裂缝带的控制机理,并进行了实测验证。研究结果表明:预制裂缝可以使坚硬岩石往强度低的方向进行转变,并将完整岩样的劈裂破坏特征转变为以预制裂缝为主控的张拉剪切破坏,坚硬岩石的破坏程度由剧烈趋于缓和;揭示了预制裂缝对坚硬岩体的弱化改性效应,计算得到应力与裂缝耦合的损伤变量,定性的分析了弱化程度与岩性转变的关系,改性后岩体能量存储能力降低,耗散能力增强;数值模拟了不同弱化层位对导水裂缝带的控制效果,综合对比覆岩破坏形态、裂隙数量及破坏高度动态演化规律,发现“马鞍形”破坏形态随着弱化层位的升高而逐渐减弱,覆岩裂隙数量演化基本呈现“缓增−突增”的演化趋势,未弱化以及中、高位弱化覆岩破坏高度动态演化近似呈现“S”形,而中位弱化呈“半抛形”,综合分析得出低位弱化对导水裂缝带的控制效果最好;在分析高、中、低位坚硬岩层破坏特征的基础上,揭示了不同预裂弱化层位控制导水裂缝带发育机理;钻孔实测孟村矿顶板压裂条件下的“两带”发育高度,对比发现预裂弱化条件下裂采比降低,初步验证了顶板预裂弱化对导水裂缝带发育的抑制性。研究成果将为深部矿区耦合灾害防控、水资源及生态保护等领域提供理论和科学依据。

关键词：坚硬覆岩预裂弱化岩层控制导水裂缝带高度改性效应

臭氧催化氧化处理焦化废水尾水的催化剂适配研究

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煤炭转化 2024年第2期47卷 67-75页

作者：马栋段超王亚强梁江朋煤炭科学技术研究院有限公司煤化工分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013

为解决焦化废水尾水中有机物难降解问题,采用浸渍-煅烧法制备了负载活性金属氧化物的活性氧化铝型催化剂,通过臭氧催化氧化实验探索了载体和活性组分种类对COD去除率的影响,并对去除效率最高效的催化剂进行了表征分析。结果表明:BET分... 详细信息

为解决焦化废水尾水中有机物难降解问题,采用浸渍-煅烧法制备了负载活性金属氧化物的活性氧化铝型催化剂,通过臭氧催化氧化实验探索了载体和活性组分种类对COD去除率的影响,并对去除效率最高效的催化剂进行了表征分析。结果表明:BET分析发现Mn-Ni/γ-Al_(2)O_(3)(n_(Mn)∶n_(Ni)=2∶1)保留了γ-Al_(2)O_(3)的介孔结构,具有较大的表面积和孔体积,但负载后催化剂的比表面积和孔体积都有所降低,孔径变大;XPS和XRD分析发现锰主要以α-MnO_(2)形式存在,镍主要以复合价态存在,且二者存在强烈的相互作用;煅烧温度为450℃,煅烧时间为4 h,活性氧化铝载体催化活性最高;单组分催化剂相比于多组分催化剂,催化活性较低,其中Mn-Ni/γ-Al_(2)O_(3)的催化活性最好,60 min COD的去除率能达到43.26%,且重复使用6次后,COD的去除率仍达35.65%,催化活性仅降低17.60%,且Mn和Ni溶出量较低,表明催化剂具有良好的稳定性和重复使用性。

关键词： Mn-Ni/γ-Al_(2)O_(3) 臭氧催化氧化焦化废水尾水适配催化剂活性

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非离子表面活性剂疏水尾链构型与低阶煤煤尘润湿性的关系

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洁净煤技术 2024年第S2期 692-697页

作者：孔令坡吴艳马博文煤炭科学技术研究院有限公司煤化工分院煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室

为研究表面活性剂分子构型与低阶煤物性特征相互作用对煤尘润湿性的影响，以4种低阶煤煤尘为研究对象，利用煤质分析、FT-IR和接触角测定等手段，研究煤尘基础物性特征和润湿特性；利用FT-IR分析手段对3种非离子表面活性剂的分子结构、... 详细信息

为研究表面活性剂分子构型与低阶煤物性特征相互作用对煤尘润湿性的影响，以4种低阶煤煤尘为研究对象，利用煤质分析、FT-IR和接触角测定等手段，研究煤尘基础物性特征和润湿特性；利用FT-IR分析手段对3种非离子表面活性剂的分子结构、主要官能团等结构进行分析表征，通过煤尘沉降实验研究表面活性剂疏水尾链结构和性质与煤尘疏水基团相互作用机制，讨论对煤尘润湿沉降的影响。研究表明：4组煤样在水中润湿性大小顺序为NMH煤符合灰分越高、润湿性越好的规律，NMH煤润湿性差是由于含有最多的疏水性烷基侧链。低阶煤煤尘的芳环结构含量与其润湿性能(在水溶液中)无明显线性关系。由于直链烷基大于支链烷基的表面能，因此n-AEO-9降低表面、力、润湿煤尘的能力最低。异构脂肪醇聚氧乙烯醚i-AEO-9和带芳环的脂肪醇聚氧乙烯醚OP-9对不同煤尘的润湿性能存在差异。对于NMH、SL和YL煤尘，i-AEO-9的润湿效果最好；DS煤尘由于芳环结构最多，与OP-9疏水尾链中的芳环结构存在强烈的π-π相互作用，因此OP-9的润湿效果最好。

关键词：非离子表面活性剂低阶煤煤尘疏水尾链润湿性

深部综采工作面多关键层-煤柱系统失稳诱冲机理研究

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煤炭工程 2024年第5期56卷 121-128页

作者：杨光宇陈学慧周宏伟中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013

深部综采工作面多关键层-煤柱系统失稳型冲击地压是鄂尔多斯深部矿区常见的冲击地压类型,目前现场没有统一成熟的治理方案,冲击显现仍时有发生,以鄂尔多斯深部矿区门克庆矿3102工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场实测等方法... 详细信息

深部综采工作面多关键层-煤柱系统失稳型冲击地压是鄂尔多斯深部矿区常见的冲击地压类型,目前现场没有统一成熟的治理方案,冲击显现仍时有发生,以鄂尔多斯深部矿区门克庆矿3102工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场实测等方法,对深部综采工作面多关键层-煤柱系统失稳诱冲机理进行研究,探讨了深部多关键层-煤柱系统的空间结构演化规律,研究了区段煤柱承载多关键层加载模式,分析了多关键层-宽煤柱系统的变形与应力转化函数关系,推导了多关键层-宽煤柱系统的失稳冲击工程判据。揭示了深部多关键层-煤柱系统失稳诱冲机理:当煤柱两侧采空区后,低位“ILZ”和面内“DLZ”破断关键岩层组加载至宽煤柱使其压缩变形,之后采场“DLZ”关键岩层组挠曲甚至破断,转移应力加载区段煤柱上,当其承载应力超过失稳阈值时即发生整体失稳冲击。数值模拟研究了不同缩面宽度条件下的采场区段煤柱应力大小与分布特征变化规律,随着区段承载煤柱宽度的增加,应力分布特征由平台型过渡至马鞍形,应力集中程度和整体冲击危险水平持续降低,现场实测验证了120 m区段煤柱的防冲安全性。

关键词：多关键层煤柱冲击地压整体失稳微震监测

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采动诱发断层活化响应机制特征研究

煤田地质与勘探 2024年第4期52卷 12-20页

作者：孙文斌郝建邦戴宪政孔令君山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室陕西西安710077

在煤矿开采过程中,采动引起的应力扰动是导致断层活化的关键因素,这种断层活化是煤矿安全开采面临的主要挑战之一。断层活化不仅易于诱发煤矿冲击地压、底板突水等地质灾害,而且对开采安全构成重大威胁。为分析采动效应下断层构造带的... 详细信息

在煤矿开采过程中,采动引起的应力扰动是导致断层活化的关键因素,这种断层活化是煤矿安全开采面临的主要挑战之一。断层活化不仅易于诱发煤矿冲击地压、底板突水等地质灾害,而且对开采安全构成重大威胁。为分析采动效应下断层构造带的演化机制,通过Flac^(3D)数值模拟软件及相似材料模拟试验,建立采动条件下断层的应力-位移响应模型,进行相关研究。结果表明:开采过程中,扰动对于应力的影响作用要先比位移产生,且应力会出现峰值;当应力出现峰值,达到屈服极限后,扰动对于位移的影响作用逐渐显现;随着工作面不断推进,采动导致上覆岩层大面积垮落,致使上覆岩层与断层带贯通,并逐渐诱发断层带的活化现象;采动影响下,断层活化并不是一次性全阶段活化,而是由上部到下部的逐渐活化,其具有明显的空间性、阶段性特征。明确了断层活化的发生特征,能够有效提高对于断层活化间接引起的冲击地压、底板突水等一系列地质灾害事故的预警预防,对于煤矿安全高效开采生产具有重要意义。

关键词：断层活化采动影响数值模拟相似试验应力分析

基于孔结构和分形特征的不同变质程度煤尘的润湿性研究

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洁净煤技术 2024年第S2期 669-675页

作者：吴艳孔令坡胡伟伟煤炭科学技术研究院有限公司煤化工分院煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室中国地质大学

利用N2吸附/脱附等温实验和表面分形理论对不同变质程度煤尘孔隙结构等分形特征进行研究，利用接触角测量仪和煤尘沉降速度测量方法研究了不同变质程度煤尘在水和0.1%辛基酚聚氧乙烯醚（OP-10）水溶液和0.1%曲拉通（X-100）水溶液中的... 详细信息

利用N2吸附/脱附等温实验和表面分形理论对不同变质程度煤尘孔隙结构等分形特征进行研究，利用接触角测量仪和煤尘沉降速度测量方法研究了不同变质程度煤尘在水和0.1%辛基酚聚氧乙烯醚（OP-10）水溶液和0.1%曲拉通（X-100）水溶液中的润湿性能，分析了表面分形维数对煤尘润湿特性的影响。结果表明：由低阶褐煤到高阶无烟煤的变化过程中，随着变质程度的增加，煤的孔结构由复杂到简单再变复杂。5种煤尘均以中孔和大孔为主，SL褐煤煤尘的中孔和大孔含量最高，TX无烟煤煤尘中孔和大孔含量最低。不同变质程度的煤尘表面均很粗糙，复杂程度高。煤尘表面分形维数与微孔面积占比和微孔容积占比存在较好的一致性，与煤尘比表面积呈相反的变化趋势。从褐煤到烟煤，表面分形维数增加，润湿性下降；无烟煤时，表面分形维数减少，润湿性有所提高。表面活性剂溶液对烟煤的润湿性能提升最大，无烟煤次之，褐煤提升最小。

关键词：变质程度煤尘表面分形特征润湿性能

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顺序开采工作面小煤柱巷道布置方法研究

煤矿安全 2024年第7期55卷 145-153页

作者：毕慧杰莫云龙煤炭科学技术研究院有限公司北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013

为减小顺序开采条件下小煤柱巷道布置面临的相邻工作面回采扰动及采空区覆岩运动影响,以巴彦高勒煤矿为例,提出1种“窄煤柱反掘+宽煤柱正掘”的小煤柱巷道布置方式,并分3个阶段分析了巷道布置的过程及相关影响因素;通过地表岩移观测分析... 详细信息

为减小顺序开采条件下小煤柱巷道布置面临的相邻工作面回采扰动及采空区覆岩运动影响,以巴彦高勒煤矿为例,提出1种“窄煤柱反掘+宽煤柱正掘”的小煤柱巷道布置方式,并分3个阶段分析了巷道布置的过程及相关影响因素;通过地表岩移观测分析,得出了采空区覆岩运动特征及稳沉距离。结果表明:盘区内工作面开采顺序的不同导致采空区覆岩运动特征存在差异性;采空区稳沉距离约为900~1000 m;23104工作面回风巷布置过程中严格遵循反掘巷道滞后采空区的稳沉距离和正掘巷道长度的设置要求,完成了巷道的合理布置,保证了工作面平稳接续。

关键词：顺序开采小煤柱巷道布置窄煤柱反掘宽煤柱正掘覆岩运动稳沉距离

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煤层水仓围岩变形破坏特征及控制技术研究

煤炭工程 2024年第3期56卷 117-123页

作者：伊丙鼎中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013

矿井永久硐室作为矿井重要设施,硐室围岩的长期稳定对于煤矿安全生产至为关键。针对益东煤矿煤层中央副水仓围岩失稳大变形难以控制的技术难题,梳理了副水仓硐室围岩现场变形破坏特征,建立UDEC数值计算模型,反演分析了原始混凝土砌碹支... 详细信息

矿井永久硐室作为矿井重要设施,硐室围岩的长期稳定对于煤矿安全生产至为关键。针对益东煤矿煤层中央副水仓围岩失稳大变形难以控制的技术难题,梳理了副水仓硐室围岩现场变形破坏特征,建立UDEC数值计算模型,反演分析了原始混凝土砌碹支护下硐室围岩应力、裂隙发育程度、变形破坏特征,综合分析了副水仓硐室围岩变形破坏机理。结果表明:原始支护强度低、支护系统不协调、底板膨润土遇水膨胀是围岩大变形难以控制的主要原因。结合现场实际条件及数值模拟反演结果,提出了一种“注浆加固+锚杆、索+反底拱”联合支护技术应用于返修实践。现场监测表明:返修后45 d内,两帮收敛量最大为55.8 mm,顶底板移近量最大为46.5 mm,满足副水仓硐室安全使用要求,确保煤矿安全生产。

关键词：大断面永久硐室围岩控制注浆加固反底拱

基于光诱导电子转移的比率型发光传感器定量检测生物样本中的多巴胺

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高等学校化学学报 2024年第1期45卷 8-17页

作者：朱润芝王怡纳佳雪曹乐乐张辉王迎辉孟哲宁夏大学化学化工学院省部共建煤炭高效利用与绿色化工国家重点实验室银川750021

长余辉发光材料是一种光致发光材料,在激发停止后以光的形式将储存的能量缓慢释放出来,因其优异的光学性能而在生物传感和生物成像领域得到广泛应用.本文将发光性能优异的双发射长余辉纳米粒子Sr_(2.992)Mg_(0.9)Si_(2)O_(8)∶0.008Eu^(... 详细信息

长余辉发光材料是一种光致发光材料,在激发停止后以光的形式将储存的能量缓慢释放出来,因其优异的光学性能而在生物传感和生物成像领域得到广泛应用.本文将发光性能优异的双发射长余辉纳米粒子Sr_(2.992)Mg_(0.9)Si_(2)O_(8)∶0.008Eu^(2+),0.10Mn^(2+)(SEM)和酪氨酸酶(Tyrosinase,TYR)共价偶联,开发了一种比率型发光传感器(SEM-TYR),其可避免自发荧光干扰和外部干扰,可用于高灵敏、高选择性检测生物样本中的多巴胺(DA).当DA存在时,酪氨酸酶将其氧化生成多巴醌,依据光诱导电子转移(PET)原理,SEM-TYR光致激发的电子部分转移至电子受体多巴醌,导致SEM-TYR中680 nm红色余辉猝灭.在最优实验条件下,双发射余辉猝灭比值Δ(I680/I460)与DA浓度呈良好的线性关系,线性范围为0.2~10μmol/L(R^(2)=0.9965),检出限为40 nmol/L.将该方法用于生物样本血清、尿液及汗液中DA的检测,回收率分别为94.8%~104.0%,91.3%~101.6%和97.4%~105.2%,RSD<6.8%(n=10).所开发的比率型发光传感器用于生物样本中DA的检测具有潜在的应用前景.

关键词：比率型发光传感器多巴胺长余辉纳米粒子光诱导电子转移无自发荧光