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深部矿井煤炭−地热协同开采系统研究

煤炭科学技术 2024年第3期52卷 87-94页

作者：刘琪苏伟张瑞瑛李延朋冯绪杨亮中煤西安设计工程有限责任公司陕西西安710054

在煤炭资源深部开采趋势下,矿井高温热害问题日益严重,引起矿井高温热害的热源实质为可持续利用的地热能,在进行煤炭开采的同时将深部矿井地热能提取并进行资源化利用,是建设绿色矿山、降低矿井碳排放的创新途径。总结了国内外深部矿产... 详细信息

在煤炭资源深部开采趋势下,矿井高温热害问题日益严重,引起矿井高温热害的热源实质为可持续利用的地热能,在进行煤炭开采的同时将深部矿井地热能提取并进行资源化利用,是建设绿色矿山、降低矿井碳排放的创新途径。总结了国内外深部矿产和地热能共采现状,从工艺流程和关键设备方面分析了煤炭−地热协同开采的可行性,最终提出一种煤炭−地热协同开采系统。该系统总体采用闭式循环,包括地面热能利用系统和井下取热系统,通过在预采煤层水平钻孔并布置同轴套管换热器提取煤层地热能,并由地面热泵机组将从井下开采的低品位地热能进行利用。秉承“先采热、后回采”的时间和空间协同原则,预先在回采工作面前向划分采热工作面,提出顺序采热、交替采热2种模式,确保采热过程对采煤过程无干扰。分析了空间协同设计、煤层钻孔、高效采热和智能监控调控等关键技术,对煤炭开采和地热能提取进行井下空间协同设计,提出基于煤层注水的同轴套管换热器布置工艺,使用快捷装配式同轴套管换热器可进行多种组合实现高效采热,构建智能监控调控平台并提出相关优化模型,构建取热量计算模型,提出智能控制采热方式。简化煤系地层传热过程,构建煤层采热传热模型,可根据回采工作面实际情况和出口风流参数对回采工作面采热能力进行计算评估。根据煤层采热传热模型,分析得出煤层初始温度、煤炭运输量、回采工作面出口风流温度、风流含湿量变化量是决定煤层采热量的关键参数。定义回采工作面风流含湿量不变且回采工作面出口风流等效温度不高于28℃时的采热量为煤层最大采热量。系统的应用将会使深部矿井热害资源化,不仅解决了煤炭开采热害问题,而且实现了深部矿井地热能综合利用。

关键词：矿井热害防治地热能利用煤热共采同轴套管换热

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煤矸石浆体充填技术应用与展望

煤炭科学技术 2024年第4期52卷 93-104页

作者：朱磊古文哲袁超峰刘成勇潘浩宋天奇盛奉天中煤能源研究院有限责任公司陕西西安710054 中煤西安设计工程有限责任公司陕西西安710054 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 中煤(鄂尔多斯市)能源科技有限责任公司内蒙古鄂尔多斯017000

为实现煤矸石原位、绿色和规模化处置,煤矸石浆体充填技术作为新兴充填技术近年来得到了快速发展与应用。论文系统回顾和总结了煤矸石浆体充填技术框架提出、浆体充填理论体系形成、工程示范应用及技术迭代创新等不同阶段下浆体充填标... 详细信息

为实现煤矸石原位、绿色和规模化处置,煤矸石浆体充填技术作为新兴充填技术近年来得到了快速发展与应用。论文系统回顾和总结了煤矸石浆体充填技术框架提出、浆体充填理论体系形成、工程示范应用及技术迭代创新等不同阶段下浆体充填标志性成果与关键工艺技术,形成了高位注浆、低位灌浆和邻位注浆3种充填方式,建立了煤矸石浆体采空区垮落带流动的“介入理论”和浆体管道输送的“三度一场”理论,成功开展了国内外首套煤矸石井下浆体充填和地面制浆+井下邻位注浆充填示范工程;阐述了煤矸石浆体充填技术体系,围绕煤矸石浆体充填过程中的煤矸石破碎、成品矸石粉料加水制浆、制备浆体泵送和井下目标区域充填等工艺流程,探讨了煤矸石高效分级破碎、浆体精准制备、浆体管道输送和末端充填等关键技术核心问题,分析了破碎设备、筛分设备、计量设备、搅拌设备和泵送设备等关键设备技术原理与应用场景;以张家峁煤矿小空间、多设备、高能力的煤矸石浆体充填需求为工程背景,创新研发设计了煤矸石浆体充填地面制浆、管道输送、井下充填和智能控制等不同系统的布置,年充填矸石量可达55.4万t,形成了煤矸石浆体充填工程示范,实现了矿井矸石零排放和绿色处置,树立了良好的地区示范效应;未来煤矸石浆体充填技术将围绕设备小型轻量化、系统高度集成化、技术迭代创新化等方向进一步研究发展,为构建煤矿绿色开采技术体系、实现国家“双碳”目标提供技术支撑。

关键词：煤矸石浆体充填煤矸石高级分级破碎绿色开采 “双碳”目标

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盐湖区高速铁路长短桩复合地基变形特性

交通运输工程学报 2024年第3期24卷 181-192页

作者：杨晓华王东清张莎莎孔祥鑫李安洪赵彦虎长安大学公路学院陕西西安710064 中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610031

依托伊朗德黑兰至伊斯法罕高速铁路项目,开展全长桩(混凝土桩)、全短桩(碎石桩)和长短桩(混凝土桩-碎石桩)复合地基离心模型试验,模拟了填筑与工后2年的地基沉降过程,研究了桩长比、桩间距、短桩布置形式与填土高度对地基沉降特性的影... 详细信息

依托伊朗德黑兰至伊斯法罕高速铁路项目,开展全长桩(混凝土桩)、全短桩(碎石桩)和长短桩(混凝土桩-碎石桩)复合地基离心模型试验,模拟了填筑与工后2年的地基沉降过程,研究了桩长比、桩间距、短桩布置形式与填土高度对地基沉降特性的影响。研究结果表明:在相同地质条件下,全长桩、长短桩和全短桩复合地基的桩间土工后沉降分别为28.16、36.17和53.95 mm,分别减小了70%、60%和40%以上,因此,全长桩和长短桩复合地基工后沉降可以满足规范要求(不超过于50 mm),长短桩复合地基工后沉降介于全长桩和全短桩复合地基工后沉降之间;桩长比每增加0.1,桩间距分别为3、4倍桩径时长短桩复合地基沉降分别减小7%~12%和8%左右,表明提高桩长比能够显著改善复合地基的沉降控制效果,并随桩间距的增大而更为有效;桩间距从3倍桩径增大到5倍桩径,桩长比为0.5时复合地基沉降从36.56 mm增至55.71 mm,桩长比为0.7时复合地基沉降从28.38 mm增至45.93 mm,表明在较大桩间距下沉降控制效果较差,为使沉降满足规范要求,桩间距为5倍桩径时桩长比应不小于0.5;桩长比为0.7时,一长一短、一长两短和一长三短3种布置形式复合地基沉降分别为28.37、38.06和43.69 mm,表明在相邻两长桩之间布置更多短桩可以兼顾沉降控制与经济性,短桩布置越多,长桩应力越大,但应力整体趋势保持不变;不同填土高度下长短桩复合地基中碎石桩块体以向下运动为主,长桩刺入垫层,短桩刺入软土,并在剪切变形与块体侧向挤出的作用下形成局部潜在滑移面。

关键词：高速铁路路基工程长短桩复合地基软弱盐渍土沉降离心模型试验数值模拟

鄂尔多斯盆地长7泥岩生-储-排油特征及演化模式

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中国石油大学学报（自然科学版） 2024年第2期48卷 37-44页

作者：葛云锦贺永红许璟马芳侠杜克锋李红进陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院陕西西安710065

通过低成熟度泥岩生排烃模拟试验,结合高压压汞、液氮吸附、核磁共振等测试手段,对鄂尔多斯盆地延长组长7泥岩的生油、储油、排油及热演化特征进行研究,对生成原油及其可动性进行分析,建立全过程演化模式。结果表明:长7泥岩最大的生油... 详细信息

通过低成熟度泥岩生排烃模拟试验,结合高压压汞、液氮吸附、核磁共振等测试手段,对鄂尔多斯盆地延长组长7泥岩的生油、储油、排油及热演化特征进行研究,对生成原油及其可动性进行分析,建立全过程演化模式。结果表明:长7泥岩最大的生油量出现在成熟度R o=1.0%附近,生油量约为120 mg/g TOC,而后随着成熟度增高,生液态烃量逐渐降低,气态烃量逐渐增加,累积生烃量持续增大;排出页岩油量随成熟度增加呈现先升高后降低的趋势,在R o为1.15%时液态烃排出量最大,约为64.55 mg/g TOC,之后随后成熟度继续增大,液态烃排出率迅速降低;随热演化程度升高,泥岩微孔体积持续增大,中孔体积先增大后减少,大孔体积先减小后增大,宏孔持续增大;可动流体饱和度先增大后减小再增大,不同成熟度泥岩可动流体平均为23.17%;长7泥岩生储排烃演化过程可划分为低成熟阶段、成熟—自饱和阶段、成熟—排油阶段、成熟—高成熟阶段4个阶段。

关键词：鄂尔多斯盆地页岩油生排烃可动流体演化模式

建筑物下特厚煤层镁渣基全固废连采连充开采技术与实践

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煤炭科学技术 2024年第4期52卷 83-92页

作者：刘浪罗屹骁朱梦博苏臣吴涛涛王建友杭彦龙西安科技大学能源学院陕西西安710054 榆林泰发祥矿业有限公司麻黄梁煤矿陕西榆林719004 西安弗尔绿创矿业科技有限责任公司陕西西安710054 榆林蒙西水泥有限责任公司陕西榆林719099

我国建筑物下压煤量巨大,同时煤矸石、粉煤灰等煤基工业固体废弃物排放量日益增加,严重制约地方经济社会发展。以榆林麻黄梁煤矿为试验矿井,针对其特厚煤层、建筑物下压煤、充填成本高等问题,提出了特厚煤层全固废连采连充开采技术。采... 详细信息

我国建筑物下压煤量巨大,同时煤矸石、粉煤灰等煤基工业固体废弃物排放量日益增加,严重制约地方经济社会发展。以榆林麻黄梁煤矿为试验矿井,针对其特厚煤层、建筑物下压煤、充填成本高等问题,提出了特厚煤层全固废连采连充开采技术。采用四阶段工序并将特厚煤层分为上、下2部分二次回采压覆煤炭,最大程度控制地面沉降。为降低充填原材料成本,采用化学优化剂对镁渣进行源头改性,抑制镁渣冷却粉化,稳定水化活性,协同粉煤灰、脱硫石膏等煤基固废,研发了改性镁−煤渣基胶凝材料。采用改性镁−煤渣基胶凝材料胶结煤矸石、粉煤灰制备了全固废充填材料。针对麻黄梁煤矿四阶段强、弱充填强度要求,设计不同配比的改性镁渣基充填材料试验,优选配比并应用于井下充填。论述了膏体充填系统与充填接顶方法。麻黄梁煤矿全固废胶结充填工艺试验显示,井下28 d龄期充填体钻芯平均单轴抗压强度超设计强度27%,钻芯浸出毒性满足相关国家标准要求,成功回收了建筑物下压覆煤炭资源,社会经济效益显著。麻黄梁煤矿特厚煤层全固废胶结充填开采实践为国内类似矿井提供了有益借鉴,同时为我国大型煤炭基地的“煤−电−化−冶”固废大规模资源化利用提供了新的思路。

关键词： “三下”采煤充填开采改性镁渣特厚煤层固废处置

基于航拍数据的高速公路出口环圈匝道行车安全性评价方法

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长安大学学报（自然科学版） 2024年第4期44卷 108-118页

作者：张敏陈嘉乐张驰王世法肖锋长安大学运输工程学院陕西西安710064 长安大学公路学院陕西西安710064 四川成绵苍巴高速公路有限责任公司成都分公司四川成都610213 四川雅康高速公路有限责任公司四川雅安625000 四川藏区高速公路有限责任公司四川成都610047

为准确评估高速公路环圈匝道不同交通状况下碰撞护栏和追尾的风险,改善出口环圈匝道行车安全不足现状,提出一种基于航拍数据的行车风险评估方法。首先,通过分析3个实际案例的车辆速度和轨迹数据,总结高速公路互通式立交出口环圈匝道的... 详细信息

为准确评估高速公路环圈匝道不同交通状况下碰撞护栏和追尾的风险,改善出口环圈匝道行车安全不足现状,提出一种基于航拍数据的行车风险评估方法。首先,通过分析3个实际案例的车辆速度和轨迹数据,总结高速公路互通式立交出口环圈匝道的车辆行驶特征,并定义2种主要的事故类型(车辆进入匝道后与左侧护栏相撞、由于跟驰状态导致的追尾)。其次,介绍如何计算安全评估指标(横向距离和碰撞时间),并根据出口环圈匝道特点选择合适的评估阈值,建立行车安全性评估方法。最后,通过实际案例的分析,验证该方法的有效性。研究结果表明:车辆在匝道内的速度和轨迹控制呈现一致性,车辆需要约135 m的距离从变速到稳定;为避免与左侧护栏相撞,车辆在匝道内会有向右偏移的趋势,偏移长度与初始车速相关;在减速车道上,车辆几乎没有撞击护栏的风险,但在跟驰状态下,前车进入匝道可能导致追尾事故;车速过快可能导致在匝道入口处与左侧护栏相撞;所提出方法与历史事故数据的预测结果相符。研究提供了一种新的出口环圈匝道行车安全性分析方法,将行车特征与安全性分析量化,可为立交出口的管理和设计提供理论支持。

关键词：交通工程出口环圈匝道安全性评价行车特征交通数据获取

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高盐矿井水近零排放工艺设计实例研究

给水排水 2024年第2期50卷 85-90页

作者：王小强王煜乾陈哲荆波湧程海涛中煤西安设计工程有限责任公司西安710054

介绍了某矿高盐矿井水近零排放工程的详细设计,分析煤矿高盐矿井水水质情况,选用原水调节预沉池-重介速尘装置-超滤-反渗透膜脱盐-高效沉淀池-V型过滤-弱酸阳床树脂-脱碳塔-浓水反渗透-蒸发预处理-臭氧氧化-MVR蒸发结晶-混盐干化的工艺... 详细信息

介绍了某矿高盐矿井水近零排放工程的详细设计,分析煤矿高盐矿井水水质情况,选用原水调节预沉池-重介速尘装置-超滤-反渗透膜脱盐-高效沉淀池-V型过滤-弱酸阳床树脂-脱碳塔-浓水反渗透-蒸发预处理-臭氧氧化-MVR蒸发结晶-混盐干化的工艺进行设计。重点阐述了各主要工艺流程及工艺特点,对高盐矿井水近零排放工艺分段布置,简述建(构)筑物、设备设施参数,分析项目概算及运行成本,案例为周边煤矿高盐矿井水近零排放工程提供了指导。

关键词：高盐矿井水工艺路线分盐结晶近零排放

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高压断路器用CuW触头材料研究进展

高压电器 2024年第8期60卷 63-76页

作者：贺小瑞韩金儒刘伟王亚锋杨伟卫西安西电高压开关有限责任公司西安710000

CuW合金已作为触头材料被广泛用作高压SF6断路器和气体绝缘组合电器中,其抗侵蚀性能决定着开关设备的使用寿命。CuW触头材料主要的制备工艺包括熔渗法和粉末烧结法,最新的研究进展发现熔渗CuW合金的关键点在于W骨架的连接强度,而液相烧... 详细信息

CuW合金已作为触头材料被广泛用作高压SF6断路器和气体绝缘组合电器中,其抗侵蚀性能决定着开关设备的使用寿命。CuW触头材料主要的制备工艺包括熔渗法和粉末烧结法,最新的研究进展发现熔渗CuW合金的关键点在于W骨架的连接强度,而液相烧结CuW合金的关键在于熔融Cu与W颗粒之间的润湿性,明确了两种工艺的研究方向;对基于铝热还原工艺制备CuW合金的研究进行概述,提出思路是进行前驱体的烧结,降低反应物的活化能,从而促进自蔓延反应的进行;同时总结了目前CuW合金的改性研究在于增强相的添加和变形加工,旨在对工业上技术改进提供指导,但如何更好地应用于工业上仍需要一定时间的探索;最后着眼于弧触头的整体研究,明确CuW和CrCu之间的结合强度是弧触头整体材料的关键因素,也对后续整体材料的改进与发展提供新的方向。

关键词： CuW触头材料熔渗法烧结法铝热还原 CuW/CrCu整体材料

基于矿山工业互联网的选煤厂智能管控体系设计与关键技术

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煤炭科学技术 2024年第09期 210-219页

作者：申斌学中煤西安设计工程有限责任公司

为实现选煤全流程自动化、数字化与智能化，构建基于矿山工业互联网的选煤厂智能管控体系，搭建了选煤厂智能管控平台并开展生产应用实践。基于选煤厂实时透视化智能管控总体设计目标，建立了包括边缘层、数据中心、矿山工业互联网平台... 详细信息

为实现选煤全流程自动化、数字化与智能化，构建基于矿山工业互联网的选煤厂智能管控体系，搭建了选煤厂智能管控平台并开展生产应用实践。基于选煤厂实时透视化智能管控总体设计目标，建立了包括边缘层、数据中心、矿山工业互联网平台及业务应用等内容的选煤厂智能管控平台体系，设计了数据中心、业务应用等主要模块，研究了选煤大数据治理、BIM驱动数字孪生、精细化智能分选控制等平台建设相关的关键技术，其中选煤大数据治理技术为充分发挥选煤行业的数据价值提供技术支撑，BIM驱动数字孪生技术实现选煤过程的全链条透视化智能化管理，精细化分选控制为产品煤质量提供了实时在线保障，最终建成具有管理体系标准化、业务流程一体化、数据融合协同化的智能管控、快速决策与分析的选煤厂智能管控平台。平台基于矿山工业互联网技术打通生产管理、安全监测、生产控制与辅助决策等系统，对生产过程进行实时透视化监控、调度和控制，实现生产计划的执行、资源的优化配置，并通过下峪口选煤厂进行智能化管控实践，验证了其在选煤全流程智能感知、辅助决策与精准控制等方面的成效，在提高精煤产品质量和精煤回收率的同时，降低了生产成本、人力成本，减少了停机事故。

关键词：选煤厂智能管控矿山工业互联网数据中心数字孪生精细化分选