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煤层瓦斯含量测定技术及装备研究进展

煤炭科学技术 2024年第4期52卷 164-176页

作者：孙四清杨帆郑玉岐张庆利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

瓦斯含量是煤与瓦斯突出危险预测、煤层瓦斯资源量估算、矿井瓦斯治理工程设计的重要参数。围绕如何在大区域准确快速测定煤层瓦斯含量,依托国家科技重大专项、国家自然科学基金和煤炭企业联合基金等项目科技攻关,在取样、测试方面取得... 详细信息

瓦斯含量是煤与瓦斯突出危险预测、煤层瓦斯资源量估算、矿井瓦斯治理工程设计的重要参数。围绕如何在大区域准确快速测定煤层瓦斯含量,依托国家科技重大专项、国家自然科学基金和煤炭企业联合基金等项目科技攻关,在取样、测试方面取得了一定进展。主要表现在如下4个方面:①煤层瓦斯含量测定取样经历了孔口接样、岩心管定点取样、压力引射定点取样和密闭取样4个阶段,密闭取样装备保压能力达到11.5 MPa,煤心直径达到38 mm;②针对不同煤层地质条件,发展形成了顺煤层定向长钻孔密闭取样、底板穿层钻孔密闭取样和顶(底)板梳状定向长钻孔密闭取样3种取样技术;③在河南焦作和山西晋城矿区硬煤层中,顺层定向长钻孔取样深度达到516 m,密闭取样法测得煤层瓦斯含量较常规取样法分别平均提高了0.44倍和1.04倍。在安徽淮南矿区碎软煤层中,穿层钻孔密闭取样深度达到209 m,测得煤层瓦斯含量较常规取样法平均提高了0.26倍;在安徽淮北矿区碎软煤层中,顶(底)板梳状钻孔密闭取样深度达到484 m,测得煤层瓦斯含量较常规取样法平均提高了0.19倍,密闭取样法在煤层瓦斯含量测定精度、探测范围上优于常规取样法;④在瓦斯含量测试方面,除了传统解吸法测试,发展了系列煤矿井下瓦斯含量快速测试装备,可实现最快30 min内测得煤层瓦斯含量,一般用于百米孔内的瓦斯含量测试。提出了煤层瓦斯含量测定密闭取样装备需向小型化、轻量化的方向发展,并能实现随钻密闭取样。在测试上,应根据实际情况确定合理的解吸终止限,并将测试装备和密闭取样装备进一步结合,以实现深孔瓦斯含量快速准确测定。密闭取样技术已成为煤层瓦斯含量大区域精准勘查、预测的主要手段,是煤炭安全高效开采的重要技术保障。

关键词：煤层瓦斯含量定点取样密闭取样碎软煤层硬煤

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煤矿用钻孔机器人钻臂定位误差补偿研究

煤田地质与勘探 2024年第3期52卷 153-163页

作者：梁春苗姚宁平姚亚峰彭涛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

目前钻孔机器人位姿调节多采用手动遥控调节与人工复测结合,未实现全自动调节,开环控制精度低、自动化能力低、无法实现煤矿用探放水、防突和防冲钻孔机器人精确开孔定位与孔群全自动施工。通过分析钻孔机器人钻臂结构和动作,建立了钻... 详细信息

目前钻孔机器人位姿调节多采用手动遥控调节与人工复测结合,未实现全自动调节,开环控制精度低、自动化能力低、无法实现煤矿用探放水、防突和防冲钻孔机器人精确开孔定位与孔群全自动施工。通过分析钻孔机器人钻臂结构和动作,建立了钻臂运动学模型;通过对加工误差、机身变形、装配间隙等影响因素分析,发现采用回转减速器蜗轮蜗杆结构间隙会引起倾角和方位角误差放大,并在机身平时会引起倾角和方位角误差最大达0.85°;为消除误差,首先采用传统钻臂运动学误差补偿方法建立了钻臂静、动态误差补偿模型,利用全站仪测试关节间隙和变形量,基于补偿模型和RBF神经网络法求逆解得到误差补偿量,钻臂期望位姿与实际位姿误差的x方向平均误差为9.6 mm,y方向平均误差为18.2 mm,z方向平均误差为16 mm,满足工程应用要求;其次为解决传统全站仪试验测量的方法的复杂性和非实时性问题,提出了一种通过激光测距仪和高精度开孔定向仪组合获得位姿误差检测的方法,通过测距实时计算实际和理论倾角、方位角差值,作为误差补偿后的新倾角和方位角的控制输入量,对钻臂进行实时误差检测与补偿;最后利用传统全站仪精度检测方法对激光测距组合位姿误差补偿模型进行验证。试验表明:激光测距组合定位误差检测法最大误差差值在±0.5°以内,方位角最大误差在±0.5°以内,比未采用误差补偿前分别提高了41.1%和37.5%,满足了钻孔机器人开孔定位误差要求。在煤炭行业开展了钻孔机器人钻臂在线精确定位与误差补偿研究,对钻孔机器人精确自动开孔定位及孔群全自动施工具有重要的借鉴和指导意义。

关键词：钻孔机器人钻臂定位运动学模型位姿误差检测误差补偿模型煤矿

煤巷掘进工作面冲击地压防治分级管理体系研究

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煤炭工程 2024年第9期56卷 65-71页

作者：张栋煤炭工业规划设计研究院有限公司北京100032

为了建立更加合理的掘进工作面冲击地压风险分级管理体系,首先采用因素分析法对煤巷掘进工作面冲击地压影响因素进行研判,获得掘进工作面冲击地压主要风险源。然后在风险因素分析的基础上,利用风险核查法确定采用两个一级指标和七个二... 详细信息

为了建立更加合理的掘进工作面冲击地压风险分级管理体系,首先采用因素分析法对煤巷掘进工作面冲击地压影响因素进行研判,获得掘进工作面冲击地压主要风险源。然后在风险因素分析的基础上,利用风险核查法确定采用两个一级指标和七个二级指标,对煤巷掘进工作面冲击地压风险进行综合评价分级,其中,两个一级指标为煤巷掘进工作面防冲理论及技术指标、煤巷掘进工作面防冲人员及管理指标,并针对一级指标分别提出了对应二级指标。采用层次分析法对各指标权重进行了计算,形成了煤巷掘进工作面冲击地压风险分级体系,将分级结果划分为“安全”“较安全”“中等”“较严重”“严重”五个等级,并根据不同风险等级,提出了合理化管理体系。最后,将分级体系应用到金庄煤矿掘进工作面,该工作面初始评级为“较严重”,制定针对性防控安全对策和配套制度措施并实施后,将风险等级提升至“较安全”级别,表明建立的分级管理体系较为合理,研究结果对掘进工作面冲击地压防治具有一定参考意义。

关键词：掘进工作面冲击地压危险性评价分级管理

焙烧镁铝水滑石脱除厌氧消化沼气中CO2的效果及机制

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化工进展 2024年第09期43卷 5250-5261页

作者：吴宇琦李江涛丁建智宋秀兰苏冰琴太原理工大学土木工程学院煤炭工业太原设计研究院集团有限公司

厌氧消化沼气中含有的CO2会降低沼气利用价值，高效去除CO2是沼气利用领域的研究热点。焙烧镁铝水滑石具有良好的CO2吸附性能，本文利用响应面法的Box-Behnken模型优化CO2吸附条件，考察吸附剂剂量、焙烧温度和反应温度对吸附效果的影... 详细信息

厌氧消化沼气中含有的CO2会降低沼气利用价值，高效去除CO2是沼气利用领域的研究热点。焙烧镁铝水滑石具有良好的CO2吸附性能，本文利用响应面法的Box-Behnken模型优化CO2吸附条件，考察吸附剂剂量、焙烧温度和反应温度对吸附效果的影响；通过吸附材料表征、吸附过程测定分析吸附作用机制。实验结果表明，吸附剂剂量、焙烧温度和反应温度均对CO2吸附有显著影响，最适宜的吸附条件为：投加量0.016g/m L、400℃焙烧、55℃反应。在此条件下，沼气中的CO2体积分数从23.51%降至0,CO2吸附容量为0.625mmol/g,CH4回收率为94.7%，经过6次循环吸附后，吸附剂仍具有良好的再生性能。吸附过程及吸附材料的X射线衍射、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、比表面积、等电点及孔结构测试结果表明，焙烧镁铝水滑石的吸附过程十分迅速，表面碱性位点吸附及层间阴离子插层作用同时促进了CO2吸附。

关键词：焙烧镁铝水滑石厌氧消化沼气 CO2吸附响应面法优化设计吸附机理

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多频雷达融合的顶煤结构精准探测技术

岩土力学 2024年第2期45卷 633-646页

作者：刘万里王诚龙王浩宇张学亮中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116 煤炭工业规划设计研究院有限公司北京100120

顶煤结构的准确探测是实现综放智能化开采的重要依据,然而我国煤层结构复杂且内部常含多层夹矸,易影响综放智能化开采的水平。为此,提出一种多频雷达融合的顶煤结构精准探测方法,可提高雷达天线探测深度内的浅部探测精度,同时对顶煤内... 详细信息

顶煤结构的准确探测是实现综放智能化开采的重要依据,然而我国煤层结构复杂且内部常含多层夹矸,易影响综放智能化开采的水平。为此,提出一种多频雷达融合的顶煤结构精准探测方法,可提高雷达天线探测深度内的浅部探测精度,同时对顶煤内部的结构信息进行解释。主要研究步骤如下:首先,对不同频率的雷达数据进行预处理和空间对齐,建立不同频率雷达数据之间的空间对应关系;其次,利用滑动窗口与小波变换加权融合方法对多频率雷达数据进行处理,根据窗口内各分段小波信号的能量占比确定各频率信号的时变权重值,并引入边缘检测算法来提高小波变换对雷达数据的融合效率,实现多频雷达数据有效融合;最后,根据煤-矸-岩的介电常数差异和电磁波传播的衰减特性,建立顶煤内部回波强度模型,并利用分层识别方法计算出顶煤内部煤-矸-岩之间的界面信息,进而反演出顶煤内部结构(包括顶煤厚度、夹矸厚度及层数、夹矸层间距等)。试验结果表明:所提出的方法能有效地将不同频率雷达数据进行融合,并能有效地探测出顶煤内部结构特征,且顶煤厚度、夹矸厚度和夹矸层间距的探测误差均小于10%。该方法有助于实现顶煤结构的精准探测,为综放智能化开采提供理论技术支撑。

关键词：综放开采多频雷达融合顶煤结构探测

科技期刊质量建设路径及策略研究——以《洁净煤技术》创新发展实践为例

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编辑学报 2024年第1期36卷 93-97页

作者：白娅娜代艳玲武英刚常明然张鑫张晓宁柳妮煤炭科学研究总院有限公司出版传媒集团 100013 煤炭工业规划院设计研究院有限公司《煤炭经济研究》编辑部北京100120:

强化科技期刊质量建设路径是提高科技期刊核心竞争力和影响力的重要途径。以《洁净煤技术》创新发展实践为例,从“升级期刊智库,提升办刊能力”,“剑指热点前沿,创新办刊模式”,“深化媒体融合发展,构建数字媒体平台”3方面详细介绍了... 详细信息

强化科技期刊质量建设路径是提高科技期刊核心竞争力和影响力的重要途径。以《洁净煤技术》创新发展实践为例,从“升级期刊智库,提升办刊能力”,“剑指热点前沿,创新办刊模式”,“深化媒体融合发展,构建数字媒体平台”3方面详细介绍了科技期刊质量建设路径和策略。“小核心,中砥柱,大外围”内、中、外3圈层科技期刊智库,为期刊高质量发展提供保障;基于前沿热点、国家重大战略项目等采用“为科学家办刊、由科学家办刊”模式,组织策划了系列热点专题,极大提高了期刊学术质量;通过开创特色品牌建设,拓展内容呈现方式,最大限度发挥平台优势整合智力资源,实现期刊多媒体态势下的快速发展。随着期刊学术质量和影响力逐步扩大,《洁净煤技术》进入高质量、高水平发展的新阶段。

关键词：质量建设专题《洁净煤技术》期刊智库媒体融合

基于损伤耦合演化过程的黏土-结构物界面统计损伤本构模型

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第6期55卷 2260-2272页

作者：李怀鑫晏长根石玉玲余柄学梅颢鹏长安大学公路学院陕西西安710064 长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 江苏地质矿产设计研究院(中国煤炭地质总局检测中心) 江苏徐州221006

为了评估粗糙度对土与结构物界面强度特性的影响,首先,开展不同法向应力条件下黏土和不同粗糙度黏土-结构物界面强度的直剪试验,分析了土体剪切面强度和界面强度的相互关系;其次,利用图像处理软件分析黏土-结构物界面的剪切机理,提出了... 详细信息

为了评估粗糙度对土与结构物界面强度特性的影响,首先,开展不同法向应力条件下黏土和不同粗糙度黏土-结构物界面强度的直剪试验,分析了土体剪切面强度和界面强度的相互关系;其次,利用图像处理软件分析黏土-结构物界面的剪切机理,提出了考虑结构物表面粗糙度影响的界面损伤耦合演化过程;第三,引入考虑界面粗糙度影响的等效初始损伤因子,基于连续损伤理论和统计强度理论建立了考虑界面损伤耦合演化过程的黏土-结构物界面统计损伤本构模型;最后,结合室内试验结果验证了模型适用性。研究结果表明:在相同法向应力条件下,界面粗糙度越大,界面强度越接近土体强度;界面强度与结构物表面粗糙度呈幂函数关系增加,其增长速率随结构物表面粗糙度增加而降低;黏土-结构物界面剪切全过程的损伤演化过程可分为等效初始损伤阶段和加载损伤阶段,其中,等效初始损伤阶段受界面粗糙度影响,加载损伤包括受荷损伤和耦合损伤。本文模型所得结果与试验结果的吻合度较高,能较好地反映黏土与结构物界面损伤本构特征。

关键词：土与结构物界面粗糙度等效初始损伤因子损伤耦合演化统计损伤理论本构模型

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从“好小区”到“好社区”:城市更新过程中的街区交通影响评价

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城市发展研究 2024年第3期31卷 82-92页

作者：黄欣然庄义斐西安市城市规划设计研究院西安市交通规划设计研究院有限公司

城市更新是当前及今后一段时间内我国城市开发建设的重要方式，而针对城市更新的交通影响分析，目前仍以传统的建设项目交通影响评价为主要手段。选取西安市一处城市更新街区作为案例，通过回顾传统交通影响评价受限于小区视角产生的困... 详细信息

城市更新是当前及今后一段时间内我国城市开发建设的重要方式，而针对城市更新的交通影响分析，目前仍以传统的建设项目交通影响评价为主要手段。选取西安市一处城市更新街区作为案例，通过回顾传统交通影响评价受限于小区视角产生的困境，对比国土空间规划要求和城市更新诉求，结合我国部分城市的有关规定，论证街区交通影响评价和城市更新在目标和流程上的契合性，并提出以街区为分析尺度，交通承载力反推为测算手段，用地开发强度、路网结构和交通设施布局为主要评价对象，与详细规划的反馈为落实手段的技术方法。研究发现：(1)城市级宏观交通模型能更好地满足街区交通影响评价的需要；(2)街区交通影响评价的研究核心在于更新地块产生的交通需求和所处街区的交通承载力之间的关系；(3)在城市更新规划编制阶段，街区交通影响评价能够从社区视角为国土空间详细规划方案的优化提供交通层面的支撑，从而改善交通环境、体现城市更新价值。

关键词：街区交通影响评价城市更新国土空间详细规划交通承载力

坚硬主控覆岩预裂弱化控制导水裂缝带高度机制研究

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岩石力学与工程学报 2024年第S01期43卷 3363-3373页

作者：张玉军肖杰李友伟宋业杰煤炭科学研究总院开采研究院北京100013 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 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验北京100013

煤矿顶板水害防控与水资源保护的核心是控制导水裂缝带发育高度,降低煤层开采对上覆含水层扰动。基于覆岩破坏控制技术和顶板预裂弱化控制矿山压力显现方面研究现状,提出通过主动预裂弱化坚硬主控岩层,在不影响开采效率和资源回收率的... 详细信息

煤矿顶板水害防控与水资源保护的核心是控制导水裂缝带发育高度,降低煤层开采对上覆含水层扰动。基于覆岩破坏控制技术和顶板预裂弱化控制矿山压力显现方面研究现状,提出通过主动预裂弱化坚硬主控岩层,在不影响开采效率和资源回收率的情况下控制采动导水裂缝带发育高度的低损害开采技术构想。采用相似模拟,理论分析和数值模拟分析相结合的研究方法探究预裂弱化坚硬主控岩层控制导水裂缝带发育高度作用机制,并根据数值模拟结果提出含水层下坚硬覆岩预裂层位确定方法。研究结果表明:坚硬岩层相较于软弱岩层采动破断块度较大,采动破坏后整齐堆积于采空区,采动破坏膨胀量较小;不同层位坚硬岩层预裂弱化条件下采动响应存在显著差异,因此预裂层位选择将直接决定预裂弱化控制导水裂缝带高度效果;数值模拟结果显示中位岩层预裂和中、低位岩层同时预裂时导水裂缝带发育高度控制效果较好。研究成果为含水层下煤炭资源安全、高效和绿色开采提供了新的技术途径。

关键词：采矿工程导水裂缝带控制预裂弱化坚硬主控岩层水害防治水资源保护