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基于“深地-井下-地面”联动的煤矿矿井水处理利用模式初探
张春晖, 赵桂峰, 苏佩东, 肖楠, 张益臻, 沈哲林
2024, 9(1): 1-12.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.01.001
摘要(11) HTML(6) PDF(3)
摘要:
煤矿矿井水的高效低耗处理有助于推动煤炭资源的安全、高效开采。现有矿井水井下处理工艺选择受限、处理量小,地面处理占地面积大、运行成本高,矿井水处理后外排至地表又会产生高额的排水费。本文在总结分析煤矿矿井水处理技术现状基础上,提出了“深地-井下-地面”联动的煤矿矿井水处理利用模式:对矿井涌水通过“井下-地面”协同的方式进行高效低耗处理,处理后的矿井水部分用于矿区生产和矿区居民生活,其余部分则进行深地回灌或外排。首先介绍了该模式的基本原理;然后从水质、水量、水文、地质、地下建筑结构和回灌工程可行性对矿井水回灌工程的适用性进行评估和分析;最后介绍了不同水质矿井水处理技术和“井下-地面”协同处理技术体系,尤其针对回灌含水层选择、回灌施工作业、回灌试验、回灌水质模拟、回灌安全性分析等进行总结。
煤矸石精确产酸潜力评价方法对比研究
孙红福, 阴祥诚, 孙朗, 赵峰华, 朱孟浩, 范紫仪
2024, 9(1): 13-21.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.01.002
摘要(8) HTML(4) PDF(0)
摘要:
为有效避免重大酸性水污染事故,需提高矿山岩石产酸潜力评价的精度。通过全面阐述矸石中常见含硫矿物的产酸潜力计算方法,采用三步连续提取法测定了多个矿石和煤矸石中产酸矿物的硫含量,对比分析了精确产酸潜力和最大产酸潜力。结果表明:煤矸石的产酸潜力值取决于各产酸硫的质量分数和单位硫产酸值;对大部分样品,用产酸硫含量计算的产酸潜力值不同程度地低于用全硫预测的产酸潜力值;样品SC中的硫成分主要为砷黄铁矿硫,相比黄铁矿的单位硫产酸值更高,导致SC样品计算的精确产酸潜力相比全硫预测的产酸潜力更高;三步连续提取法适用于以铁和铜的硫化物为主要含硫矿物的煤矸石;当矿石中其他硫化物成分增多和空白样品混合不均匀都会对结果产生一定干扰。研究结果为准确评价矿区煤矸石精确产酸潜力提供了依据。
基于能量传递效率的煤冲击倾向性评价指标
赵阳, 侯煜坤, 唐铁吾
2024, 9(1): 22-31.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.01.003
摘要(10) HTML(5) PDF(2)
摘要:
冲击地压与煤体能量的积聚和释放密切相关,能量传递是评价冲击倾向性的关键参数之一。通过构建能量源扰动条件下的能量传递模型,关联冲击能量指数与弹性能量指数,提出能量释放比例φ,基于传递过程中的能量耗散模型提出了能量传递效率β,建立了包含2种参数的冲击倾向性评价方法。对煤矿11个煤层分层进行冲击倾向性鉴定试验,引用79个煤矿分层的冲击倾向性鉴定结果进行可靠性验证。结果表明:能量释放比例φ具有冲击地压边界条件的意义;能量传递效率β与泊松比具有负相关性,取值范围可以由模型边界条件推导获得;能量传递指数η的计算结果,与冲击倾向性鉴定的结果具有较高的一致性(88.61 %),能够反映煤体的冲击倾向性,并且可以成为“*”结果的评价依据,是一种适用于现有冲击倾向性评价体系的有效指标。
基于响应面分析的淹没水射流破土施工参数优化设计
邱玥钦, 蓝雄东, 刘剑, 王观石, 罗嗣海
2024, 9(1): 32-41.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.01.004
摘要(7) HTML(3) PDF(1)
摘要:
针对水射流破土过程中射流孔深度及径宽难以确定的问题,以圆柱形喷嘴为研究对象,基于拉格朗日-欧拉流固耦合算法建立了淹没水射流破土的有限元模型,并通过室内实验验证了该有限元模型计算结果的准确性。基于响应面法建立了射流孔深度与径宽的预测模型,分析了喷嘴直径、射流靶距和射流压力3个因素及其交互作用对射流孔深度及径宽的影响规律,结合满意度函数对破土施工参数进行优化。结果表明:当选取特定破土深度(10 cm、15 cm和20 cm)时,较大的射流压力(7.2 MPa)、较小的射流靶距(1 cm)及合适的喷嘴直径(0.928 mm、1.164 mm和1.345 mm)可最大程度地保证射流孔的稳定性。针对特定目标破土深度,优化后的射流孔深度及径宽的预测值与实验值的误差均小于15 %,表明预测结果合理可靠。
应力波作用下红砂岩复合动态断裂特征研究
解北京, 李晓旭, 栾铮, 陈思羽, 陈铭进, 梁天宇
2024, 9(1): 42-52.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.01.005
摘要(10) HTML(4) PDF(1)
摘要:
为探究应力波作用下红砂岩的复合动态断裂特性,采用分离式霍普金森压杆和数字图像技术对带预制裂缝的半圆盘三点弯曲试样开展冲击加载实验,分析加载率、波长对红砂岩动态拉伸、断裂特征的影响。结果表明:①红砂岩试样加载率与动态抗拉强度、断裂韧度及破坏率均呈一次函数关系;断裂能随加载率增大而增长415.27 %。②随着波长增加,动态抗拉强度增长742.14 %,其中断裂能增长54.49 %,但能量吸收率呈下降趋势;裂纹扩展平均速度增长4.09 %,且首尾裂纹应变增长时间出现滞后现象;破坏率增长效应得到强化。③冲击速度8 m/s时试件主裂纹首尾监测点位的应变平均增加84.31 %。
全长预应力锚注支护下深部巷道控制效果对比研究
王洪涛, 高广龙, 张红军, 李建建, 解学磊, 赵万里
2024, 9(1): 53-65.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.01.006
摘要(11) HTML(5) PDF(1)
摘要:
本文基于后注浆的全长预应力锚注支护工艺,并通过对FLAC3D软件中内嵌PILE结构单元修正,提出了全长预应力锚注支护数值模拟方法。在此基础上,开展了地应力、原岩强度等级、支护构件长度、布设间距、注浆强化指数与预应力6种因素下巷道围岩控制效果数值模拟对比研究,揭示了各类因素对围岩变形量、塑性区演化的影响规律,构建了全长预应力锚注支护下控制效果敏感性评价指标,将影响因素依次划分为围岩强度、地应力、锚注支护构件设计3个层级,并根据各因素敏感性层级给出了工程措施建议。最后,以现场典型软弱破碎地层巷道为工程依托,研发了具有强度高、可施加预应力等优势的组合式高强注浆锚杆与高强中空注浆锚索。通过现场应用,验证了全长预应力锚注支护可有效增强软弱破碎围岩自承载能力,充分发挥锚固构件的支护潜力,限制巷道围岩变形破坏。
不同功率微波预处理煤样增透效果及能量变化研究
齐消寒, 王品, 侯双荣, 刘阳, 朱同光
2024, 9(1): 66-76.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.01.007
摘要(3) HTML(1) PDF(3)
摘要:
为探究不同功率微波下受载煤体渗透率及破坏变形能量演化特征,采用高压三维可视力学实验设备,开展不同功率微波预处理后煤样的三轴压缩渗流实验。结果表明:不同功率微波处理后煤样弹性模量呈现先降后升趋势,峰值应力与泊松比均呈现下降趋势;随微波功率增加,煤样更容易被压密,径向及体应力-应变曲线整体应变值变大,扩容膨胀现象更加显著;煤样渗透率随功率增加呈现上升趋势,符合对数函数关系;不同预处理煤样峰值应力处的总能量U与弹性能Ue总体呈下降趋势,煤样在弹性阶段积聚弹性能Ue的能力减弱;相同照射时间下相比200 W和600 W微波预处理,400 W微波预处理时各能量变化量明显变大,煤样耗散能Ud占总能量U比值最小,为24%。研究成果可为微波致裂煤层促进瓦斯抽采研究提供参考。
基于土壤肥力恢复力模型的河曲露天煤矿复垦治理效果评价
赵洪宝, 李岳, 张鸿伟, 刘绍强
2024, 9(1): 77-87.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.01.008
摘要(5) HTML(3) PDF(0)
摘要:
以河曲旧县露天煤矿排土场为研究对象,采用模糊层次分析法(FAHP)和专家评分理论法建立了露天煤矿排土场土壤肥力综合评价模型,获得土壤结构稳定性、土壤保水能力、土壤保肥能力及土壤生物活性4项准则和25个因素,利用YAAHP计算软件确定了排土场土壤肥力恢复力各影响因素的权重。结果表明,评价体系准则层中土壤保肥能力权重最大(0.547 7),其次分别是土壤保水能力(0.198 0)、土壤生物活性(0.140 8)和土壤结构稳定性(0.113 5),因素层有机质F1权重最高(0.116 2);根据现场抽样,已复垦区的土壤质量水平要高于未复垦区的土壤质量水平,整体来看土壤质量水平均处于中等偏下和较差水平,土壤恢复力的主要因素是土壤保肥能力,特别是土壤有机质含量。土壤肥力恢复力模型为提高排土场土壤质量、加快土壤重构、促进土壤生态系统恢复提供治理思路。
低阻文丘里振弦栅除尘系统内流场模拟研究
周紫怡, 陈祖云, 刘立新, 钟芳权, 郭裕民, 张际敏, 骆炳林, 赖昭琦
2024, 9(1): 88-97.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.01.009
摘要(2) HTML(3) PDF(1)
摘要:
为探究除尘系统流场分布情况以及粉尘与液滴颗粒对除尘系统性能的影响,运用Fluent模拟研究气态单相流、气固两相流和气固液三相流的流场分布情况,分析除尘器在不同工况条件下压力与流场分布规律以及颗粒的运动情况。结果表明:除尘系统流场主要受除尘器结构的影响,受粉尘颗粒的影响较小;液滴颗粒的存在会提高系统的除尘效率;加入液滴颗粒后,粉尘运动凌乱度增强,与液滴碰撞作用加强,促进了细微粉尘的凝聚,但同时会影响除尘器流场稳定性,增加除尘系统阻力损失。
高含量重密度组分煤重介质旋流器分选特性研究
赵龙, 朱学帅, 韦鲁滨, 王保强, 陈江涛, 吴冰斌, 官长平
2024, 9(1): 98-105.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.01.010
摘要(1) HTML(1) PDF(0)
摘要:
为了提高重介质旋流器对高含量重密度组分难选原煤的分选效率,设计了新型重介质旋流器模型装置,建立了颗粒在离心旋转流场中沉降分离数学模型,采用试验与理论分析相结合的方法研究新型重介质旋流器的分选特性,揭示高含量重密度组分难选煤分选特性随工艺参数的变化规律,探索影响新型重介质旋流器流场工作悬浮液动态稳定性的因素及重产物排料输运机制。研究结果表明,新型重介质旋流器分选高含量重密度组分煤时,底流重产物排料能力强、处理量大;离心旋流场中的悬浮液密度梯度分布小、密度相对均匀,底流与溢流密度差值较低,流场中悬浮液稳定性更强;入料的压力与悬浮液动态稳定性、分选精度及重产物排料效率直接相关,随着入料的压力增大,底流、溢流口排出悬浮液密度差值增大,可能偏差E值降低,分选精度提高,重产物排出量升高;当入料的压力为25 kPa时,实际分选密度为1.666 g/cm3,可能偏差E值为0.09 g/cm3,重产物产率为75.23%。本研究为高含量重密度组分煤的分选提供了新的思路。
智能化煤矿数据治理能力评估与提升策略研究
王美君, 谭章禄, 李慧园, 吕晗冰
2024, 9(1): 106-115.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.01.011
摘要(9) HTML(4) PDF(1)
摘要:
数据治理能力是实现煤矿智能化建设整体目标的重要基础,对于加快煤矿智能化建设、促进煤炭工业数字化转型、构建现代化能源体系、建设数字中国具有重要意义。本文针对智能化煤矿数据治理能力提升的理论和方法进行探讨。首先剖析了煤矿智能化建设对数据治理的战略诉求,界定智能化煤矿数据治理能力的概念、内涵;然后构建智能化煤矿数据治理能力体系,为数据治理能力的科学评估提供依据;进而基于能力成熟度理论,构建智能化煤矿数据治理能力成熟度模型,指明智能化煤矿数据治理能力提升路径;最后基于PDCA循环理论,提出智能化煤矿数据治理能力提升策略,以期补充完善数据治理能力提升的理论基础,为数据治理最佳实践提供参考。
井工煤矿全生命周期甲烷捕集核算及减排路径
原白云, 岳宗耀, 高保彬, 李兵兵, 贾天让
2024, 9(1): 116-125.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.01.012
摘要(7) HTML(4) PDF(0)
摘要:
甲烷减排是我国碳减排目标的重要组成部分,建立甲烷捕集核算体系是实现甲烷减排的前提。以甲烷近零排放为目标,结合《国家温室气体清单指南:IPCC—2019》和煤炭企业温室气体排放核算国家标准,提出了井工煤矿全生命周期中地质勘探、煤炭开采、矿后活动和煤矿废弃各阶段甲烷捕集的具体核算方法,构建了井工煤矿全生命周期甲烷捕集核算模型。在此基础上,提出了井工煤矿甲烷减排路径及其实施方案。研究结果可为井工煤矿甲烷治理与低碳发展提供指导。
“双碳”背景下煤炭企业绩效考核体系优化研究
戚鹏, 孙小茹
2024, 9(1): 126-134.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.01.013
摘要(7) HTML(5) PDF(0)
摘要:
绩效考核是评估员工工作表现的重要手段,通过“以评促改”可以优化煤炭企业一线员工的生产行为,推动企业实现绿色、低碳发展。针对煤炭企业目前绩效考核体系存在着结果性指标过多、环保指标被轻视、缺乏技能学习指标等问题,本研究运用关键绩效指标(KPI)法和层次分析(AHP)法,在优化传统指标的基础上突出“双碳”导向,首次提出环保方面的指标,构建了新型绩效考核指标体系,同时提出了实施该指标体系的保障措施。
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粗铌精矿氢氧化钾介质水热溶出试验研究
王卫东, 李昭, 王晓辉, 郑诗礼
[摘要](1040) [PDF 6699KB](910)
摘要:
本文针对粗铌精矿难以利用的难题,通过对粗铌精矿成分及物相的分析,采用氢氧化钾(KOH)介质水热法进行粗铌精矿溶出试验研究,探索了KOH浓度和温度对粗铌精矿溶出的影响。结果表明:在KOH浓度为30%、温度为200 ℃时,铌的溶出率达到90%;随着KOH浓度和温度的升高,铌的溶出率呈现先增加后降低的趋势;在整个溶出过程中,碱性组分铁(Fe)、锰(Mg)、镁(Mn)的溶出率较低。XRD和SEM等检测结果表明:KOH浓度和温度的增加促进(Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6的分解,当KOH浓度超过30%、温度超过200℃时,进一步增加温度或碱浓度,(Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6分解生成的可溶性六铌酸钾(K8Nb6O19)发生向不溶性偏铌酸钾(KNbO3)的转化,铌的溶出率显著降低。
BP神经网络改进TSVM的矿产资源评价模型研究
赵学军, 李育珍, 武文斌
[摘要](787) [PDF 4159KB](804)
摘要:
在矿产资源评价模型研究中,针对TSVM在未标识样本中必须指定正标识样本数这一问题,本文提出了一种新的改进算法对矿产资源进行评价,即基于BP神经网络优化的直推式支持向量机(BP-TSVM)。通过支持向量机将有标签样本进行识别分类,利用BP神经网络对已分类的边界内的无标签样本进行正负标注,然后作为下一次支持向量机训练时的有标签样本。提出的新算法避免了分类性能下降的问题,使得TSVM对正标签样本NP的估计更准确。同时,由于训练样本数量的保持使得训练时间大大减少。实验结果表明,与传统的SVM算法、TSVM算法和BP神经网络算法相比,本文提出的BP-TSVM算法能更准确地评价矿产资源。