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2020年  第5卷  第1期

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中国典型富煤区地表氟与酸污染现状与成因分析
洪秀萍, 梁汉东
2020, 5(1): 1-11.
摘要(523) PDF(368)
摘要:

我国氟污染普遍,而氟污染区域通常与赋煤区总体重叠,且常伴随酸污染,与酸关联的硫 则是煤源污染物。 本文总结了我国典型富煤区地表氟与酸污染现状,揭示了富煤区地表氟与酸 污染并存的现象,阐明了煤中硫氧化成酸加剧体系中氟活化、迁移、释放以及在失酸条件下重新 富集的氟与酸污染协同机制,并在此基础上提出了不同区域氟与酸污染的协同模式。 云贵川交 界区域地表氟与酸污染主要是煤系地层广泛自然出露风化导致的,为自然因素成因,而当地农村 因燃煤流行的地氟病则是自然因素与人为不当利用相互叠加所致;宁夏贺兰山北段羊氟中毒区 地表氟和酸污染主要源于长期煤层自燃及煤炭开采利用,为人为因素成因;内蒙古乌达氟污染则 是煤火和工业园煤炭利用共同作用的结果。

云南小发路C5 煤层无烟煤特性与煤相分析
唐跃刚, 郭鑫, 李正越, 王绍清, 秦云虎, 魏强, 朱士飞, 高伟程
2020, 5(1): 12-21.
摘要(538) PDF(196)
摘要:
综合运用煤岩学、煤化学等理论与方法,系统研究了云南省彝良县小发路优质无烟煤 C5 煤层的煤岩、煤质特性,结合煤相参数分析其地质成因。 结果表明:小发路优质无烟煤 C5 煤层灰 分产率极低(最低1.49% ,小于5.00% 的占76.5% );相对其他典型无烟煤(太西煤、晋城无烟煤 等),C5 煤层煤氢含量高(多为3.22% ~3.37% )、自由氢极高(2.95% ~3.12% )且氧含量极低 (1.44% ~2.27% );C5 煤层煤以光亮型煤为主(79.8% ),镜质组中结构镜质亚组与碎屑镜质亚 组相近,惰质组中以结构亚组为主。 C5 煤层剖面性质变化不大,煤相参数TPI大多大于1.00,GI 为4.22~5.78,煤相为低位森林沼泽相。
我国煤矿巷道支护理论及技术的现状与发展趋势
刘德军, 左建平, 刘海雁, 洪紫杰, 文金浩, 史月
2020, 5(1): 22-33.
摘要(963) PDF(245)
摘要:
巷道支护理论和技术是煤矿岩层控制研究的核心内容。 本文系统梳理了煤矿巷道的代 表性支护理论,从围岩内部、巷道表面和复合控制三个方面详细阐述和分析了巷道支护技术,在 此基础上,探讨了巷道支护下一步可能的研究重点。 在支护理论方面,新奥法、松动圈、围岩强度 强化等理论较为成熟,承压环、强帮强角和等强支护等新理论不断涌现。 支护技术方面,围岩内 部支护包括锚杆(索)、注浆和卸压技术;表面支护主要包括砌碹、金属支架和钢管混凝土支架支 护技术;复合控制主要包括注浆-锚杆(索)、棚-索以及注浆-棚-索复合技术,并重点介绍了新型 的全空间桁架锚索协同控制技术。 总的来看,围岩与支护体的协同作用机制、新支护材料和技术 体系、让压机理和技术以及成熟定量的支护设计方法等仍需深入研究。
高恒阻大变形锚索静力学特性数值模拟分析及应用
陶志刚, 李梦楠, 庞仕辉, 谷明, 何满潮
2020, 5(1): 34-44.
摘要(398) PDF(83)
摘要:
近些年,滑坡地质灾害发生的强度和频率逐年上升。 在滑坡发生过程中,传统预应力锚索无法 抵抗岩土体大变形而发生拉断、破坏、失效等问题。 针对上述问题,自主研发了三种不同类型的高恒阻 大变形锚索(NPR锚索),其核心结构由恒阻装置与传统锚索连接组成。 首先,通过现场静力拉伸试 验,得到该新型锚索结构最大恒阻力值约850kN,最大变形量达2000mm;其次,在ABAQUS中采用 STATIC,GENERAL准静态分析方法对静力拉伸条件下恒阻装置的应力应变特性进行数值模拟分析, 分析结果证明NPR锚索拉伸过程是一个恒阻且吸收能量的过程;最后,现场应用验证了NPR锚索结 构能够随着边坡失稳而产生大变形的特性,避免了传统锚索因大变形而被拉断破坏,实现了滑坡灾害 防治、监测、预报智能一体化的目标,为合理解释滑坡体运移规律与监测预警曲线之间的关系提供了科 学依据。
煤中多组分混合气体竞争吸附研究现状及工程应用
聂尧, 赵越超
2020, 5(1): 45-57.
摘要(676) PDF(111)
摘要:
煤对气体的吸附特性是煤岩瓦斯动力灾害防治、提高煤层气采收率(ECBM)等研究的基 础。 煤层气中不仅含有CH4,同时含有CO、CO2、H2S以及其他烷烃类气体。 在注气开采煤层气 和煤层主动式瓦斯压力测定等工程中,不同气体由于吸附能力的差异会发生竞争吸附行为。 首 先,分析了煤中气体竞争吸附的机理,对比分析煤基质中多组分气体吸附平衡预测模型,并探讨 了竞争吸附的影响因素、吸附膨胀特性以及吸附动力学行为。 其次,结合现有研究阐述了CO2ECBM过程中的煤层渗透率降低、衍生的突出灾害风险以及超临界CO2 吸附等问题。 最后,对煤 中多组分气体吸附平衡预测模型、煤岩动力灾害防治、ECBM及PSA变压分离技术等工程应用进 行了探讨。
基于灰色关联分析与GA-BP神经网络的拉斗铲生产能力预测
赵红泽, 王宇新, 李淋, 郭帅, 王金瑞, 任志辉
2020, 5(1): 58-66.
摘要(265) PDF(87)
摘要:
为了解决拉斗铲生产能力的测量问题,本文提出一种基于灰色关联结合GA-BP 神经网 络的预测方法。 对影响拉斗铲生产能力的12个因素进行灰色关联分析,选取实动时间、出动率、 有效抛爆量和有效抛掷率4个灰色关联度大于0.7的影响因素作为输入变量,拉斗铲月生产能 力作为输出变量,建立了GA-BP神经网络和BP 神经网络预测模型。 结果表明,GA-BP 神经网 络最大相对误差为8.786% ,平均相对误差为3.385% ,平均相对误差方差为0.0156,迭代次数 为18次,各项性能均优于常规BP神经网络。 GA-BP神经网络模型对拉斗铲生产能力预测的泛 化性能更好,精度更高,为拉斗铲生产能力的预测提供了一种较为有效的方法。
孤岛工作面顶底板应力传递规律数值模拟研究
王志强, 徐春虎, 王鹏, 罗健侨, 石磊, 孙中文
2020, 5(1): 67-75.
摘要(285) PDF(64)
摘要:
针对下伏运输大巷长期受孤岛工作面应力集中影响破坏严重现状,对孤岛工作面进行回 收处理,从而减小其对巷道围岩应力集中的影响。 采用数值模拟方法,对比分析孤岛工作面回采 前后顶底板应力传递规律,探讨孤岛工作面顶板支承压力规律、下伏运输大巷与孤岛工作面底板 垂直距离不同时底板应力变化规律。 研究发现:随着下伏巷道距离底板距离的增大,巷道围岩应 力集中程度呈现减小的趋势;工作面回采后底板应力明显得以释放,底板巷道围岩应力集中系数 减小52% ~60% ;底板巷道围岩剪切破坏呈现X形破坏。 研究结果为后续巷道围岩支护优化提 供了理论依据。
基于小信号模型的级联式单相VIENNA开关变换器的控制与仿真设计
王聪, 胡昊雨, 程红
2020, 5(1): 76-85.
摘要(508) PDF(100)
摘要:
针对传统矿用高压变频器整流级前端需要接入昂贵而笨重的工频变压器的问题,同时考 虑矿用主通风机并不需要反馈电能,提出一种由3 个级联式单相VIENNA开关变换器星接组成 的三相整流电路作为矿用高压变频器的整流级。 这种级联式开关变换器具有能量单向流动、开 关器件少的特点,可有效降低开关管及二极管的耐压,适合于高压大功率场合,取消了工频变压 器,降低了变频器的成本。 小信号建模对于研究电路的动态过程具有重要的意义,本文依据这种 级联式开关变换器的工作状态建立小信号模型,按照参数要求设计补偿网络的传递函数,通过伯 德图和仿真证明该小信号模型的正确性。
颗粒增强金属基复合材料参数化建模研究
信振洋, 王悦, 苗文成, 陈华辉
2020, 5(1): 86-95.
摘要(383) PDF(89)
摘要:
颗粒增强金属基复合材料具有复杂的细观结构,几何模型的构建一直是研究其力学性能 的一个难点。 通过ABAQUS软件的Python语言接口,完成颗粒增强金属基复合材料复杂细观模 型的参数化建模,并封装为插件,可实现轴对称单胞、三维周期性单胞和颗粒随机分布代表性体 积单元模型的参数化建模。 分析了氧化锆增韧氧化铝颗粒(ZTA)的形貌、体积分数、界面结合性 能等因素对氧化锆增韧氧化铝颗粒增强铁基复合材料(ZTAp/Fe45)力学性能的影响。 结果表 明,不规则多面体颗粒对复合材料弹性模量的增强作用大于球状颗粒,其不规则的形貌特点造成 了复合材料内部更易出现应力集中现象。 ZTA颗粒体积分数的增加,使得ZTAp/Fe45 复合材料 弹性模量呈现上升的趋势,说明增强颗粒的加入可有效地提升复合材料的弹性模量。 在低界面 模量的情况下,界面结合性能的改善可显著地提升复合材料的弹性模量,当界面模量达到基体模 量后,继续提高界面弹性模量对复合材料弹性模量的提升作用逐渐趋缓。
支架自动跟机模式下的泵站启停控制自主决策模型的研究
李昊, 张晞
2020, 5(1): 96-107.
摘要(277) PDF(67)
摘要:
针对综采工作面自动化生产过程中液压支架跟机速率慢的问题,分析了液压支架动作与 供液系统输出流量的关系以及跟机移架速度与采煤机牵引速度匹配的关系,研究了采煤机牵引 速度、位置、方向与液压支架动作以及供液系统出口压力相互之间的约束关系,提出一种利用受 控系统的I/O数据来设计乳化液泵启停决策模型的方法;使用实际生产数据训练了CART随机 森林分类树决策模型,并针对数据不平衡问题提出一种调整权重的分类树优化算法。 经实际应 用数据验证,该方法不仅提高了供液系统的流量按需供给度,而且具备较好的普适性,可以应用 于不同的自动化综采工作面,为提高综采工作面智能化程度以及高效生产提供支撑。
基于多因素约束下的低温余热供暖资源潜力研究
冯超, 徐志强, 蒋习梅, 王健夫
2020, 5(1): 108-114.
摘要(386) PDF(87)
摘要:
低温余热供暖是重要的清洁供暖技术途径,但余热资源与供暖负荷的匹配受时间、空间、 温度、产业发展等多种因素的影响,因此需要深入研究能够提供长期、有效、稳定供暖的低温余热 资源。 通过深入分析影响低温余热供暖的主要因素,基于情景分析法对可用于供暖的低温余热 资源潜力进行了研究。 结果显示:2017 年,北方地区可用于供暖的低温余热资源约为62.26× 106t标准煤,可供冬季取暖面积约为8.12×109 m2,其中80℃以上的低温余热资源量约占可用 于供暖的低温余热资源总量的25.2% 。 到2020 年和2030 年,可用于供暖的低温余热资源量将 分别为68.98×106t标准煤和66.49×106t标准煤,可供取暖面积分别为12.14×109m2 和11.70× 109m2。
贫瘦煤模拟海水催化热解特性的研究
孙蕊, 马高峰, 马国帅, 王潇颖, 梁杰
2020, 5(1): 115-121.
摘要(414) PDF(62)
摘要:
贫瘦煤地下催化气化过程无法使用固体催化剂,因此要研究廉价的液体催化剂。 为 了探索海水作为煤炭地下气化廉价气化剂的可行性,了解其中的NaCl组分对煤热解和气化 过程的催化作用,以3% 的NaCl溶液(模拟海水)作为催化剂,选取了块度约6cm的陕西王 斜煤矿贫瘦煤进行热解实验,测定了煤块内外升温速率和热解产物焦油的组成,研究了催 化剂对半焦孔结构的影响。 NaCl 催化剂负载量为 0.49% 和 0.53% 的大尺度煤块在 350℃~650℃温度段活化能与原煤相比分别降低39% 和45% ;催化热解焦油中苯系物含 量增加7.8% ,烃类含量煤样Ⅰ减少14.9% 、煤样Ⅱ减少32.4% ;催化热解煤焦的比表面积 显著大于非催化热解的煤焦;热解焦中—OH 键和* *C* *O 键的含量,煤Ⅱ焦<煤Ⅰ焦<原 煤。 结果表明:块状贫瘦煤热解过程中温度传递具有滞后性,海水对煤热解和气化过程有 一定的催化作用。
荞麦壳基活性炭的制备及其性能研究
侯嫔, 岳烨, 张犇, 孙晓萌, 范业承, 朱书全
2020, 5(1): 123-130.
摘要(640) PDF(90)
摘要:
为了实现固废资源化利用,以废弃荞麦壳为原料采用化学活化法制备了一种新型吸附 剂———荞麦壳基活性炭。 采用单因素方法对制备过程中的活化温度、活化时间、活化剂种类和荞 麦壳与活化剂的质量比进行了优化,通过碘值和亚甲蓝值考察了优化后荞麦壳基活性炭的吸附 效能,并采用气体吸附仪、X射线衍射法和扫描电镜分析表征了活性炭的孔结构、微晶结构及微 观表面形貌。 结果表明:当采用磷酸活化剂、活化时间90min、活化温度500℃、荞麦壳与活化剂 的质量比为1∶3时,获得的荞麦壳基活性炭碘值和亚甲蓝值分别为765.8mg/g和222.2mg/g, 其亚甲蓝值高于市售的三种活性炭(煤基、木质、椰壳活性炭);同时,优化后的荞麦壳基活性炭 的中孔孔隙率最大为96.8% ,总孔容量(0.666cm3/g)高于煤基活性炭和椰壳活性炭,比表面积 (785.3m2/g)与市售活性炭相当,说明以荞麦壳为原料采用磷酸活化可制备出中孔发达、吸附性 能好的活性炭。