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基于格拉姆角场的分布式光纤振动信号识别技术

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中国激光 2024年第5期51卷 88-98页

作者：李俊姚瑞煦任美莹张家瑞张訢炜马天西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 陕西省煤火灾害防治重点实验室陕西西安710054

针对天然气管道沿线威胁事件的实时识别问题,笔者提出了一种基于瑞利光时域反射分布式光纤振动监测系统和深度学习网络的方法。首先,利用分布式光纤振动监测系统采集28.9 km长管道沿线6类事件的波形信号,并通过格拉姆角场(GAF)将其转化... 详细信息

针对天然气管道沿线威胁事件的实时识别问题,笔者提出了一种基于瑞利光时域反射分布式光纤振动监测系统和深度学习网络的方法。首先,利用分布式光纤振动监测系统采集28.9 km长管道沿线6类事件的波形信号,并通过格拉姆角场(GAF)将其转化为二维图像信息,然后利用GoogLeNet、VGG、AlexNet三种深度学习网络对图像信息进行分类对比,并分析了不同信噪比条件下GoogLeNet的分类效果。结果表明:GoogLeNet对6类事件的分类准确率最高,优于其他两种网络;当信噪比为8 dB时,GoogLeNet对人工挖掘和机械破坏事件数据进行滤波、GAF等处理之后没有出现误报。本文所提方法适合在实际现场使用,为管道安全监测提供了一种新的技术手段。

关键词：光纤光学管道监测格拉姆角场分布式光纤振动特征识别

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表面横向风流作用下煤体的内部燃烧蔓延规律

工程科学学报 2024年第2期46卷 187-198页

作者：王凯王喆韩涛邓军张嬿妮西安科技大学安全科学与工程学院西安710054 陕西省煤火灾害防治重点实验室西安710054 陕西黄陵二号煤矿有限公司黄陵727300

煤的自燃特性使其在开采、存储和运输过程中存在火灾事故隐患,极大地阻碍了煤炭行业的可持续发展.通过自主搭建的敞车载运煤燃烧蔓延模拟实验装置,分析在表面横向风流作用下的松散煤体内部高温区域演变以及气体蔓延规律.结果表明,表面... 详细信息

煤的自燃特性使其在开采、存储和运输过程中存在火灾事故隐患,极大地阻碍了煤炭行业的可持续发展.通过自主搭建的敞车载运煤燃烧蔓延模拟实验装置,分析在表面横向风流作用下的松散煤体内部高温区域演变以及气体蔓延规律.结果表明,表面横向风流明显加快了本文实验煤样内部高温区域蔓延速度,相比无风状况下,高温蔓延速度加快了0.3倍(风流1 m·s^(-1)时)和0.5倍(风流2 m·s^(-1)时),高温区域峰值温度升高了120±20℃;受表面横向风流影响,燃烧蔓延路径向风流流动方向偏移;在风流0 m·s^(-1)时,燃烧的高温点O2体积分数快速下降阶段所经历的时间随纵深的增加逐渐增大,风流作用会加剧煤氧反应.研究成果可为煤炭在运输与储存过程煤火灾害形成规律研究提供参考借鉴.

关键词：煤自燃表面横向风流温度场气体蔓延敞车载运

基于相关系数法的煤自燃危险性关联分析及预测

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中国安全科学学报 2024年第1期34卷 125-132页

作者：张玉涛郭强张园勃李亚清孙亚利西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 陕西省煤火灾害防治重点实验室陕西西安710054

为缩短煤自燃倾向性的鉴定时间,首先利用工业分析仪及程序升温试验装置,测得各煤样煤质指标值及不同温度下煤自燃指标气体含量,并通过CO体积分数确定各煤样低温氧化临界温度点;然后再通过Arrhenius公式拟合得出温度与耗氧速率间的方程,... 详细信息

为缩短煤自燃倾向性的鉴定时间,首先利用工业分析仪及程序升温试验装置,测得各煤样煤质指标值及不同温度下煤自燃指标气体含量,并通过CO体积分数确定各煤样低温氧化临界温度点;然后再通过Arrhenius公式拟合得出温度与耗氧速率间的方程,并求解出各煤样临界温度前后不同阶段的表观活化能,通过Pearson相关系数法进行煤质指标值与煤样临界温度前后表观活化能之间的关联分析,并计算其相关系数;最后选取相关系数最大的煤质指标值,建立用于计算煤样表观活化能的多元线性回归模型,分析并预测煤自燃危险性。结果表明:煤质指标中不同成分与临界温度前后表观活化能间的相关系数有较大差异,其中挥发分与临界温度前后表观活化能的负相关系数最大,分别为-0.893和-0.977,燃料比与临界温度前后表观活化能的正相关系数最大,分别为0.956和0.968。所建立的多元线性回归模型,其拟合度可达0.9125和0.9330。

关键词：相关系数法煤自燃危险性表观活化能低温氧化指标气体临界温度

岩浆侵入与接触距离对煤低温氧化过程热效应的影响

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煤炭学报 2024年

作者：于志金晋策汤旭张志鹏文虎西安科技大学安全科学与工程学院陕西省煤火灾害防治重点实验室

岩浆侵入煤系地层在我国广泛存在，侵入后煤体结构和组分发生改变，形成高阶变质煤，但其自燃特性尚不明确。探究岩浆侵入作用对煤低温氧化特性的影响，对开采岩浆侵入煤层自燃灾害的防控具有重要意义。以新安煤矿二采区-350工作面为工... 详细信息

岩浆侵入煤系地层在我国广泛存在，侵入后煤体结构和组分发生改变，形成高阶变质煤，但其自燃特性尚不明确。探究岩浆侵入作用对煤低温氧化特性的影响，对开采岩浆侵入煤层自燃灾害的防控具有重要意义。以新安煤矿二采区-350工作面为工程背景，现场采集距侵入体不同距离的煤样，通过测试各煤样的工业成分并分析表面形貌的差异，得出岩浆侵入主要通过接触热演化作用使得原煤变质，表面孔隙和裂隙数量增多，并随着距侵入体距离的增加将变质煤依次划分为强侵蚀煤、弱侵蚀煤和同镜质组高阶煤。基于固定碳、灰分、镜质组反射率以及古地温等指标，采用曲线反推法计算了不同侵入变质煤的分布范围，预测出岩浆侵入影响范围约为侵入体宽度的172.34%～234.68%。采用C80微量热仪对不同变质煤和原煤进行了低温氧化过程热效应的对比研究。结果表明：不同供风量条件下，相比于原煤，强侵蚀煤、弱侵蚀煤和同镜质体高阶煤在低温氧化阶段的初始放热和热平衡温度点分别提前0.2～3.4℃和1.9～18.2℃，总放热量提高1.72%～135.75%，表观活化能降低1.62%～69.02%，越靠近岩浆侵入体的变质煤，氧化放热能力越强，自然发火期越短；在供氧充足条件下，岩浆侵入仅对距侵入体1.01m～2.68 m范围内的强侵蚀煤氧化反应放热能力提升较为显著，其开采量仅约占岩浆侵入影响范围的6.23%～12.15%。因此，在回采进入岩浆侵入区时，应加强对强侵蚀煤自燃的防治，并及时修正该区域煤自燃预报指标的临界值，从而保障煤层安全开采。

关键词：岩浆侵入变质煤放热量活化能煤自燃

低温阶段煤吸附C_(2)H_(4)的吸附特性研究

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中国安全科学学报 2024年第1期34卷 94-105页

作者：文虎李倬锋张铎唐瑞黎杰西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 西安科技大学陕西省煤火灾防治重点实验室陕西西安710054

为研究煤矿采空区封闭区遗煤吸附C_(2)H_(4)的演化特征,以宁夏灵新煤矿不粘煤为研究对象,采用容量法进行煤吸附C_(2)H_(4)试验,分析温压与粒径对煤吸附C_(2)H_(4)过程中的吸附量、吸附速率和吸附热力学等特征变化的影响。研究表明:当温... 详细信息

为研究煤矿采空区封闭区遗煤吸附C_(2)H_(4)的演化特征,以宁夏灵新煤矿不粘煤为研究对象,采用容量法进行煤吸附C_(2)H_(4)试验,分析温压与粒径对煤吸附C_(2)H_(4)过程中的吸附量、吸附速率和吸附热力学等特征变化的影响。研究表明:当温度为30~60℃、压力为0.15~0.45 MPa、粒径为20~120目时,无论是温度降低、压力升高还是粒径减小,C_(2)H_(4)的吸附量均增加;吸附过程随时间由快变慢,进而趋于平衡,吸附速率快速趋于0;温度与粒径不变,平衡压力越大吸附速率越大;温度与压力不变,粒径越小吸附速率越快。吸附量相同,粒径越小等量吸附热越低;各粒径煤样吸附C_(2)H_(4)的等量吸附热为0.69~40.23 kJ/mol,属于物理吸附。引入压力修正系数进行拟合,温度不变,压力和粒径与吸附自由能降低值呈正比关系;粒径不变,温度与吸附自由能降低值呈反比关系。各粒径煤样吸附C_(2)H_(4)的吸附熵均为负值,吸附量增大,温度降低,吸附熵值均增大;吸附量相同条件下,粒径越大,吸附熵值越大。

关键词：低温阶段 C_(2)H_(4) 吸附特性吸附速率煤自燃吸附热

鞣花酸对下石节长焰煤氧化自燃的阻化影响研究

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中国安全科学学报 2024年第8期34卷 78-85页

作者：肖旸南世华尹岚李青蔚王振平西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 西安科技大学陕西省煤火灾害防治重点实验室陕西西安710054

为考察鞣花酸(EA)对煤氧化自燃过程的影响,首先将EA与陕西铜川下石节煤矿的长焰煤以2%、4%、6%、8%和10%的质量比均匀混合进行试验;然后采用显微红外光谱试验和激光导热试验研究各个样品的活性官能团含量情况和热输运特性,通过评价煤氧... 详细信息

为考察鞣花酸(EA)对煤氧化自燃过程的影响,首先将EA与陕西铜川下石节煤矿的长焰煤以2%、4%、6%、8%和10%的质量比均匀混合进行试验;然后采用显微红外光谱试验和激光导热试验研究各个样品的活性官能团含量情况和热输运特性,通过评价煤氧化自燃抑制效果,确定最优质量比为8%;最后利用煤自燃程序升温试验对比4种阻化剂对煤氧化自燃气体释放的影响情况,进一步确定EA对煤氧化自燃的阻化程度。结果表明:EA处理煤(EA-tc)中-CH_(3)、-CH_(2)、-OH和-C=O-的峰面积相较于原煤(RC)均减少,但C-O的峰面积增加;在相同煤温下,RC的热扩散系数和导热系数高于EA-tc,其比热容低于EA-tc,且8%EA对RC低温氧化过程的热扩散系数、比热容和导热系数的平均抑制率分别为20.8%、9.8%和13.1%;相比于RC,8%EA-tc的CO释放量在170℃时降低52.3%,且EA对煤氧化自燃的阻化率在30~170℃内保持在50.5%~72.5%,说明EA对煤氧化自燃的阻化效果比其他3种阻化剂更好。

关键词：鞣花酸(EA) 煤氧化自燃阻化率热输运特性活性官能团

大倾角煤层伪俯斜工作面平行四边形液压支架结构设计与运动响应

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煤炭科学技术 2024年第4期52卷 314-325页

作者：伍永平杜玉乾解盘石王红伟胡博胜闫壮壮王同胡涛西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室陕西西安710054 西安科技大学能源学院陕西西安710054

液压支架是大倾角煤层伪俯斜工作面“围岩-装备”系统稳定性的核心,现有液压支架结构无法适应伪俯斜开采空间稳定性要求,严重影响了该类条件下工作面安全高效开采。以大倾角煤层伪俯斜开采工作面为研究背景,采用工程类比、结构运动学分... 详细信息

液压支架是大倾角煤层伪俯斜工作面“围岩-装备”系统稳定性的核心,现有液压支架结构无法适应伪俯斜开采空间稳定性要求,严重影响了该类条件下工作面安全高效开采。以大倾角煤层伪俯斜开采工作面为研究背景,采用工程类比、结构运动学分析、数值仿真的综合研究方法,分析了大倾角伪俯斜工作面“支架-围岩”稳定性特征,并以ZY7000/22/45型液压支架为基础,发明一种新型平行四边形液压支架,进行了结构合理性设计,分析了关键构件运动学响应特征。研究表明:大倾角伪俯斜综采工作面垮落矸石非均匀填充以及矸石对支架的砸、压、推作用是影响支架稳定性的关键因素,平行四边形顶梁与底座更适应伪俯斜工作面。设计的平行四边形支架顶梁、底座及立柱排布方式为平行四边形,异形掩护梁与后连杆、油缸连杆、底座构成柔性四连杆结构。平行四边形支架立柱为主要承载结构,油缸连杆为主要运动机构,其运动特征影响因素主要为上下柱窝间距和前后连杆与掩护梁铰接位置间距,其中掩护梁与后连杆是支架位姿调控的关键,且支架运动过程中无双扭线产生。研究结果为该类条件工作面支架提供了一种选型,一定程度上保障了该类煤层的安全生产。

关键词：大倾角煤层伪俯斜平行四边形液压支架结构设计运动响应

采动地表与输电线塔大板基础协同变形规律研究

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采矿与安全工程学报 2024年第3期41卷 472-480页

作者：赵兵朝赵阳冯杰王京滨冯欣怡西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室陕西西安710054

为保障矿区输电线塔在采动影响下安全运行,通过理论分析和数值模拟探究采动地表与输电线塔大板基础协同变形规律。以某工作面上覆输电线塔大板基础为研究对象,基于基础的破坏形式,建立了大板基础力学模型,结合概率积分法推导得出地表与... 详细信息

为保障矿区输电线塔在采动影响下安全运行,通过理论分析和数值模拟探究采动地表与输电线塔大板基础协同变形规律。以某工作面上覆输电线塔大板基础为研究对象,基于基础的破坏形式,建立了大板基础力学模型,结合概率积分法推导得出地表与拉伸区、压缩区及中性区基础的协同变形关系式。理论分析表明:采动基础变形的关键参数有基础弹性模量(E_(j))、土体泊松比(μ)、基础根开(b_(t))、土体弹性模量(E)、电塔自重(P)和基础截面惯性矩(I_(y));基础水平变形ε_(j)与E_(j)和μ呈负相关,与地表水平变形ε、b_(t)和E呈正相关;基础倾斜变形i_(j)与地表倾斜变形i、P和b_(t)呈正相关,与E_(j)和I_(y)呈负相关。数值模拟表明:拉伸区基础水平变形>压缩区基础水平变形>中性区基础水平变形。

关键词：采动地表变形输电线塔大板基础概率积分协同变形

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富水沟谷区浅埋煤层导水裂隙演化特征

煤炭科学技术 2024年第4期52卷 1-11页

作者：来兴平乔浩单鹏飞吴龙泉朱浩宇赵浩州戴自强西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室陕西西安710054

富水沟谷区域下浅埋煤层赋存条件特殊,采场上覆岩层导水裂隙发育演化特征复杂。为了揭示沟谷区浅埋煤层在回采扰动作用下覆岩裂隙演化规律,以朱家峁煤矿1305-2工作面过沟谷区回采阶段为工程背景,采用理论分析、物理相似模拟、数值模拟... 详细信息

富水沟谷区域下浅埋煤层赋存条件特殊,采场上覆岩层导水裂隙发育演化特征复杂。为了揭示沟谷区浅埋煤层在回采扰动作用下覆岩裂隙演化规律,以朱家峁煤矿1305-2工作面过沟谷区回采阶段为工程背景,采用理论分析、物理相似模拟、数值模拟与现场效果验证的方法,建立了覆岩裂隙−渗流场概念模型,开展了覆岩结构发育与微震能量演化研究,分析了覆岩变形与塑性破坏分布特征,提出了针对沟谷区下浅埋煤层导水裂隙防治措施,并应用于现场工程实践。结果表明:开采扰动下裂隙−渗流场模型呈“梯台”结构,并依次划分为初渗区域、稳渗区域、紊渗区域3个区域;将所研究矿井的工况数据代入模型结构,计算出各个渗透区域范围,并根据计算结果对矿井的稳渗区域采取注浆措施。工作面回采至沟谷区段,覆岩裂隙域形态呈现“拱形-梯形-复合梯形”的扩展演化特征,裂隙纵向发育高度达到163 m,并与沟谷区地表贯通。随工作面推进,地表裂隙依次经历“滑移-挤压-撕裂”过程;沟谷区域位移云图呈现出滞后开采“高位梯形”破断形态,在沟底处下沉位移最大,达3.47 m。针对开采导致的裂隙大范围扩展贯通,提出在地面进行采动裂缝注浆处理,在工作面上覆岩层进行注浆封堵,实现过沟谷区开采“井上−井下”联合防治,保证安全开采。该研究结果可为浅埋煤层的过沟谷区开采、采动裂隙防治及富水区“保水采煤”提供新的科学依据。

关键词：浅埋煤层覆岩裂隙发育形态裂隙治理沟谷区开采