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2021年  第6卷  第2期

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软-陡基底排土场边坡破坏模式与机理
王家臣, 李阳春, 徐文彬, 栾茂旭
2021, 6(2): 139-147. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.02.001
摘要(575) HTML (178) PDF(34)
摘要:
针对西藏甲玛铜矿角岩排土场基底倾角大、表土层软的特点,以该地区排土场为工程背景,基于相似模拟原理,采用底摩擦试验与数值模拟相结合的方法,进行了软-陡基底排土场失稳模式和机理研究;通过非接触式位移监测系统获得了排土场变形移动演化规律。试验结果表明:①软-陡基底排土场变形失稳大致分为坡脚卸荷变形、垂直张拉裂缝贯通和张拉裂缝扩展三个阶段;②基底软弱土层受压,坡脚处软弱土层受剪切作用明显,是滑移变形失稳触发地带;③潜在滑移面穿过软弱土层,形成近似圆弧滑面。软-陡基底排土场失稳破坏主要呈现沉降、拉裂和滑移模式。
深部巷道等强支护控制理论
左建平, 文金浩, 刘德军, 吴丽丽, 孙运江
2021, 6(2): 148-159. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.02.002
摘要(700) HTML (761) PDF(97)
摘要:
本文调查了大量的煤矿巷道现场破坏案例,提炼了6类15种典型破坏模式,分析了圆形与矩形巷道的围岩受力特征及应力分布规律。基于巷道围岩梯度破坏机理及矩形巷道等强梁支护模型,提出了深部巷道等强支护控制理论力学概念模型,即根据巷道围岩受力特征,采用开槽卸压、注浆加固、锚杆(索)主动支护、钢管混凝土被动支护等综合手段,有效调整巷道围岩的应力状态,以期实现不同位置围岩能够达到安全且与地应力比相匹配的等效应力状态,获得应力分布趋于均匀、塑性区范围相似的理想状态。给出了不同埋深、不同断面形状巷道所需的等强支护强度计算公式,数值模拟了圆形与矩形巷道在等强支护前、后围岩应力变化,验证了等强支护后围岩应力场能明显改善。等强支护控制模型一定程度上为深部巷道围岩控制提供了理论和实践指导。
CO2防控氧化煤复燃效率的试验研究
郭志国, 王蓉, 张俊, 陈荣芳, 周令剑
2021, 6(2): 160-165. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.02.003
摘要(344) HTML (171) PDF(7)
摘要:
为掌握不同体积分数CO2对氧化煤复燃过程的抑制效果,采用自主研制的煤自燃氧化程序升温试验装置,对平煤八矿煤样分别通入体积分数为10 %、20 %、30 % 和40 % 的CO2进行试验研究,测定了煤初次和二次氧化升温过程中的耗氧速率、CO产生率以及表观活化能的变化规律。结果表明:与煤在纯空气条件下的氧化自燃相比,不同体积分数的CO2对煤氧化升温过程均具有抑制作用。同时,通入的CO2体积分数越大,煤初次和二次氧化升温过程的耗氧速率和CO产生率越低,表观活化能越高,即CO2的体积分数越大,对氧化煤复燃过程的抑制效果越好。
琼东南盆地深水区烃源岩地球化学特征和生烃潜力评价
李金帅, 李贤庆, 王元, 王刚, 徐新德, 刘海钰
2021, 6(2): 166-175. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.02.004
摘要(671) HTML (657) PDF(37)
摘要:
琼东南盆地深水区勘探程度低,对该区海陆过渡相与海相烃源岩生烃潜力评价研究,关系到该区下一步油气勘探方向。通过有机碳含量(TOC)测定、岩石热解分析、显微组分镜鉴、镜质体反射率(Ro)测试等实验分析,系统剖析了琼东南盆地深水区不同类型烃源岩的地球化学特征、生烃潜力。结果表明:琼东南盆地深水区烃源岩有机质丰度以崖城组最高,TOC均值1.37 %;陵水组和三亚组次之,TOC均值分别为0.91 % 和0.99 %;梅山组相对较低,TOC均值0.78 %。有机质热演化程度渐新统主要为成熟阶段,中新统主要为低成熟—成熟阶段。有机质类型渐新统以Ⅲ型为主、部分Ⅱ2型,中新统以Ⅱ2型和Ⅲ型为主。综合评价表明,崖城组为中等—好烃源岩,生烃潜力较强;陵水组和三亚组为中等烃源岩,生烃潜力相对较好。
冲击地压矿井巷道U型钢支护极限承载能力研究
王宏伟, 邓代新, 姜耀东, 石瑞明, 周宏伟, 崔帅
2021, 6(2): 176-187. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.02.005
摘要(443) HTML (214) PDF(23)
摘要:
煤矿巷道围岩的冲击破坏程度与支护形式密切相关,探究冲击地压矿井巷道U型钢的极限承载能力,是研究深部煤炭资源安全开采的重要课题,对矿井冲击地压的防治具有重要意义。本文以义马煤田典型冲击地压矿井为工程背景,建立均匀围压条件下U型钢支护变形的力学模型,给出U型钢变形量的解析解,对比分析均匀和不均匀荷载作用下U型钢和巷道的变形规律,研究了荷载增加时U型钢支护可承受的上覆岩层极限荷载和极限埋深。通过现场监测巷道不同U型钢支护条件下顶底板移近量、移近速度的变化,分析了提高U型钢承载能力来控制巷道变形和冲击地压的机理。研究结果表明:随着荷载增加,巷道变形量和应变能均将出现一个急剧加速点,该点可用来确定应用U型钢支护的极限埋深均匀荷载下为1 600 m,非均匀荷载下为1 400 m,当达到极限埋深时,U型钢将完全处于失效状态,巷道变形激增;在冲击地压矿井巷道进行U型钢支护设计时,改善围岩支护接触条件、对U型钢边界施加均匀荷载,对提高U型钢的支护性能具有重要作用。采用承载能力更大的U型钢支护方式能吸收更多来自围岩释放的能量,对巷道顶底板移近量的控制较为稳定,使得巷道变形无法瞬间激增,保证巷道的稳定性,实现对巷道冲击地压的有效控制。
被动围压下层理角度对页岩动态强度及耗能的影响
杨国梁, 毕京九, 张志飞, 李旭光, 刘杰, 洪培轩
2021, 6(2): 188-195. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.02.006
摘要(409) HTML (187) PDF(25)
摘要:
页岩在围压条件下的动力学特性,对页岩的高效致裂至关重要。采用分离式霍普金森压杆(SHPB)系统对页岩进行冲击试验,分析被动围压条件下页岩试件的强度特征、损伤特性和能量耗散规律。试验结果表明:在不同应变率下,页岩的损伤程度随冲击速度的提高显著提高,试件承载能力降低;在被动围压条件下,岩石材料的延性和抗破坏能力均得到提高,页岩从无围压条件下的脆性破坏向延性破坏过渡,页岩试件的屈服强度提高2.25~3.06倍,轴向应力峰值为无围压条件下的1.8~2.5倍;在被动围压条件下,页岩试件的能量耗散随平均应变率增大呈线性增长,在试验应变率范围内($\dot{\varepsilon} $ =97~520)具有显著应变率相关性;页岩具有显著的横观各向同性特征,层理角度对页岩试件的强度特征、能量耗散和损伤特性均有显著影响。
暗挖装配式区间管片接缝密封垫老化研究
董林伟, 杨志勇, 江玉生, 王振勇, 王号, 孙子越, 齐明玉
2021, 6(2): 196-203. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.02.007
摘要(438) HTML (189) PDF(8)
摘要:
橡胶老化会引起材料力学性能改变,进而造成防水失效,针对接缝处密封垫开展老化性能的研究具有重要意义。北京地铁6号线起点-金安桥区间为我国第一条暗挖装配式隧道。隧道采用管片作为二衬结构,以三元乙丙橡胶密封垫作为管片接缝处防水材料。为检验接缝防水是否满足耐久性要求,根据时温等效原理,对密封垫的橡胶材料开展了加速老化试验,预测其使用寿命。针对寿命预测计算流程繁琐,编制相应的程序,解决了数据处理中参数需反复试算的难题。此外,对管片密封垫的应力状态进行了数值模拟,分析了老化对密封垫防水的影响,指出密封垫的设计耐水压力至少提高至原设计水压的1.75倍。
矿渣基地质聚合物的吸水性能与孔结构分形特征研究
陈振, 张增志, 王立宁, 王晗, 张尚生
2021, 6(2): 204-209. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.02.008
摘要(299) HTML (419) PDF(27)
摘要:
为了研究矿渣基地质聚合物多孔材料在不同孔隙率、孔径分布情况下的吸水性能及改善机理,以高炉矿渣、粉煤灰、水玻璃为主要原料,以过氧化氢为发泡剂进行矿渣基地质聚合物的吸水、释水性能实验,并结合图像分析软件和分形理论分析其微观形貌及孔结构分形特征。实验结果表明,随着发泡剂使用量的增加,多孔材料的孔隙率、最可几孔径和吸水率相应增大,而材料释去单位质量水所需时间和孔隙表面分形维数随之减少; 当发泡剂掺量为0.87 % 时,材料吸水率达到62 %,释去单位质量水仅需1.38 h,此时材料兼顾了吸水性能和释水性能。
基于输运床的内在碳捕集气化制氢反应器操作条件研究
迟金玲, 李柯颖, 毛隆干, 沙彦明
2021, 6(2): 210-217. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.02.009
摘要(313) HTML (264) PDF(10)
摘要:
针对固定床或鼓泡流化床反应器的内在碳捕集气化过程中气固混合程度差的问题,本文将输运床作为内在碳捕集气化制氢反应器,建立了考虑流体动力学及反应动力学的反应器动力学模型,研究了水碳比、操作温度及操作压力对反应器运行可行性及性能的影响。结果表明,以输运床小试装置为基准,当反应器操作压力为900 kPa、反应器温度为800 ℃、进口水碳比为2时,反应器内碳转化率可达60 %,出口气体产物(干气)中氢气的摩尔分数可达到82 %。研究结果证实了基于输运床的内在碳捕集气化反应器的可行性及其在提高反应性能上的优势,指出了操作条件范围,可为内在碳捕集气化制氢技术的研究提供参考。
基于双流神经网络的煤矿井下人员步态识别方法
刘晓阳, 刘金强, 郑昊琳
2021, 6(2): 218-227. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.02.010
摘要(432) HTML (208) PDF(22)
摘要:
人脸、指纹和虹膜等生物识别方法在井下复杂环境限制下常常比较模糊,导致基于这些生物特征的煤矿井下人员身份识别率不高。本文在残差神经网络和栈式卷积自动编码器的基础上,提出了一种基于双流神经网络(TS-GAIT)的步态识别方法。主要利用残差神经网络提取步态模式中包含时空信息的动态特征,利用栈式卷积自动编码器提取包含生理信息的静态特征,并采用一种新颖的特征融合方法实现动态特征和静态特征的融合表征。提取的特征对角度、衣着和携带条件具有鲁棒性。在CASIA-B步态数据集和采集的煤矿工人步态数据集(CM-GAIT)上对该方法进行实验评估。结果表明,采用该方法进行煤矿井下人员步态识别是有效可行的,与其他步态识别方法相比准确率有显著提高。
褐煤反浮选试验工艺研究
宁可佳, 崔家画, 徐宏祥, 王鹏辉, 雷文杰, 黄波, 邓久帅
2021, 6(2): 228-236. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.02.011
摘要(266) HTML (171) PDF(15)
摘要:
以内蒙古宝日希勒的褐煤为研究对象,通过煤泥反浮选试验和正交试验等,分析研究了褐煤的表面特性和浮选特性,探索提高褐煤浮选效果的药剂种类、用量和工艺。试验结果表明:十二胺(DDA)对褐煤的反浮选效果优于十八胺(ODA)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB); 当捕收剂DDA用量为1 400 g/t时,反浮选效率最大为6.89 %,浮选尾煤最低灰分为11.23 %,此时浮选尾煤产率为84.46 %,浮选精煤与浮选尾煤灰分差的最大值为5.25 %; 在DDA用量一定的情况下,当糊精用量为1 600 g/t时,浮选精煤灰分为15.58 %,浮选尾煤灰分为10.77 %,该差值达到4.81 %; DDA用量、糊精用量、仲辛醇用量对浮选尾煤产率的影响均不显著; DDA用量对浮选尾煤灰分的影响很显著,而糊精和仲辛醇用量对浮选尾煤灰分的影响不显著。对褐煤而言,连续多次反浮选工艺可以得到低灰分(10.20 %)、高回收率(达到70 % 以上)的精煤。胺类捕收剂由于其物理吸附和络合物吸附作用,对褐煤中石英、硅酸盐、碳酸盐等矿物质具有较好的捕收作用。在矿浆中,糊精中的氢原子与褐煤表面存在的大量氧、氮等强电负性的原子相互作用,形成作用力较强的氢键,从而在煤粒表面形成亲水薄膜,使得煤粒变得亲水而被抑制。
基于均匀试验设计优化煤泥浮选药剂制度
邓紫林, 侯英
2021, 6(2): 237-243. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.02.012
摘要(335) HTML (126) PDF(18)
摘要:
为了研究浮选药剂制度对煤泥浮选的影响,以水峪选煤厂的煤泥为研究对象,基于均匀试验设计方法建立浮选效果与药剂用量之间的数学模型,考察捕收剂和起泡剂用量对浮选效果的影响。研究结果表明:捕收剂在一定的用量范围内,煤泥浮选效果只与起泡剂用量存在相关关系; 最佳的起泡剂用量为75 g/t,适宜的捕收剂用量为130 g/t; 与现场药剂用量捕收剂257 g/t和起泡剂143 g/t相比,在保证精煤灰分不变的情况下,浮选精煤产率提高0.49 %,可燃体回收率提高0.50 %,浮选完善指标提高0.17 %,捕收剂用量降低127 g/t,起泡剂用量降低68 g/t; 当捕收剂用量在一定范围内时,起泡剂用量是影响浮选效果的关键因素,适宜的起泡剂用量可显著提高煤泥分选效果。
大型煤电开发的公众生态环境风险信息获取研究
马妍, 王子源, 曹志国, 康奕宁, 严贝, 孙翔, 陆兆华, 张萌
2021, 6(2): 244-254. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.02.013
摘要(533) HTML (207) PDF(12)
摘要:
生态环境风险信息获取与沟通可有效缓解煤电基地生态环境破坏引起的社会风险,本文依据风险信息寻求与加工模型(RISP),对锡林浩特煤电基地周围社会公众进行问卷调查,定量分析煤电基地开发过程中生态环境风险信息获取情况与偏好。结果表明:公众对煤电基地生态环境风险信息获取较不充分概率高达51.5 %; 互联网作为获取风险信息来源受53.4 % 的公众青睐,公众对各渠道生态环境风险信息表示信任概率高达50 %,且带有数据的生态环境风险信息可将不信任概率明显降低至14.6 %; 牧民的风险信息获取充分性和获取能力相对较低,风险信息获取渠道传统且单一,提高牧民受教育程度与收入可有效提高信息获取充分性并丰富风险信息获取渠道; 对比政府保护政策,受访者对企业种植植被、围栏封育等直接有效且效果明显的生态环境保护措施更加满意。建议煤电基地开发全过程建立公众参与机制,多渠道加强风险教育并长效实施风险信息沟通。