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2023年  第8卷  第2期

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煤矿地下水库对矿井水净化机理研究进展
蒋斌斌 , 李井峰 , 吴敏 , 苏琛 , 包一翔 , 薛蕊
2023, 8(2): 137-145. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.02.001
摘要(431) HTML (69) PDF(100)
摘要:
煤矿地下水库对矿井水的净化作用主要在于库内岩体与矿井水发生的水-岩耦合作用。本文系统梳理了煤矿地下水库水-岩耦合作用的研究方法，指出水样水质测试和岩样理化性质表征项目，并通过静态模拟、动态淋滤、循环净化模拟等试验，探索煤矿地下水库对矿井水的净化规律，利用数值模拟获取反应过程中离子的选择性吸附趋势，结合Piper三线图、Gibbs模型和相关性分析等方法揭示水-岩耦合作用机理。论述了煤矿地下水库对矿井水中悬浮物、特征离子和有机物的净化作用和研究进展，研究表明，煤矿地下水库对矿井水具有一定的净化效果，其中对特征离子的净化主要与溶滤和吸附作用相关；提出了未来煤矿地下水库净化技术的3个研究方向：①基于水-岩耦合净化作用的井下矿井水大规模低成本处理技术；②耦合多种水处理技术的煤矿地下水库“三位一体”水质控制技术；③浓盐废水井下存储及资源化利用技术。
南方典型煤田小断层地震属性定量判别研究
戴世鑫 , 胡盼 , 董艳娇 , 邢振邯 , 李祥 , 杨甫
2023, 8(2): 146-155. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.02.002
摘要(221) HTML (44) PDF(33)
摘要:
断层是诱发矿井安全事故的重要因素，对落差5 m以内小断层的识别是一大难点。选取南方典型煤田——贵州省六盘水煤田作为研究区，对煤田地层进行详细调查和现场踏勘，设计地震物理模型，采用特有速度比1∶1.74，实现地震物理模型对埋深800 m、1 000 m和1 200 m，落差5 m、3 m和1 m小断层的构建和分析。应用地震波动力学方法提取多种地震属性对小断层进行分析，获得振幅包络、振幅一阶导数、振幅二阶导数等7种地震属性对小断层特征响应的敏感程度，据此建立地震属性与落差之间的相关关系。研究表明，当煤层小断层落差5 m以内时，不仅与传统上的振幅属性存在线性关系，还与相位、频率有关的地震属性成线性关系，其中振幅包络和振幅虚部的相关性较高，瞬时频率、振幅一阶导数、余弦瞬时相位、振幅二阶导数和振幅包络相关性较低。
基于机器学习的煤巷围岩稳定性预测与应用
马鑫民 , 陈攀 , 陈晨 , 冯文宇 , 朱培枭 , 王毅
2023, 8(2): 156-165. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.02.003
摘要(435) HTML (94) PDF(61)
摘要:
煤巷围岩稳定性分类对指导现场岩体工程设计、施工、管理具有重要的理论和工程实际意义。本文选取了影响煤巷围岩稳定性的7个关键指标，采用现场案例、调查问卷和文献计量等方法收集样本并建立了围岩稳定性分类数据库，基于6种机器学习方法分别建立了煤巷围岩稳定性分类预测模型。经模型计算得出，神经网络和改进的支持向量机模型具有较高的预测准确性。将模型应用于霍州矿区实际工程，结果表明，神经网络和改进的支持向量机方法预测精度高、可靠性好。
特厚煤层连续群组放煤方法初始顶煤放出规律研究
王祖洸 , 王伸 , 贺子盎 , 李化敏
2023, 8(2): 166-179. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.02.004
摘要(285) HTML (108) PDF(28)
摘要:
为了阐明特厚煤层群组放煤条件下初始顶煤的放出规律，采用理论分析和数值模拟的方法，研究了放煤口宽度对顶煤放出体形态特征、煤岩分界面演化以及两者空间关系的影响规律。结果表明，在顶煤厚度12 m条件下，随着放煤高度与放煤口宽度之比(δ值)的增大，放出体偏心率呈增大趋势，当δ值增大到一定程度后放出体偏心率逐渐趋向于一个稳定值。随着放煤口宽度的增大，单次顶煤放出量和放出效率均有显著提升，初始煤岩分界面影响范围不断增大，而其边界斜率呈降低趋势；放出体与煤岩分界面相切段的高度和范围不断增加，更有利于顶煤的充分放出，顶煤放出体与相邻煤岩分界面的相切特征可作为评估连续群组放煤顶煤放出效果的有效方法。
特厚煤层综放开采多口同时放煤三维实验研究
李猛 , 魏炜杰 , 张鑫
2023, 8(2): 180-189. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.02.005
摘要(217) HTML (55) PDF(30)
摘要:
为提高特厚煤层综放工作面顶煤回收率及放煤效率，重点研究了多口同时放煤的放煤方式。根据塔山煤矿8222工作面实际情况，进行了多口同时放煤三维相似模拟实验。结果表明：首次放煤时，单口放煤放出体大致呈下窄上宽的漏斗状，多口同时放煤放出体呈现中部宽、两端窄的特点，放煤量呈现单口＞双口＞三口的现象。首次放煤时，开口数目越多煤岩分界线的斜率越大，对顶煤的扰动范围越大，煤岩分界线的最低点越高，损失的低位顶煤越多，且煤岩分界线最低点基本在该组支架的中心位置；放煤结束后，三口组放出更多支架上方及前方的中低位顶煤，放煤量总体呈现三口＞双口＞单口的现象。
不同长径比煤样动力学特征及本构模型
解北京 , 栾铮 , 陈冬新 , 钟诗晴
2023, 8(2): 190-201. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.02.006
摘要(301) HTML (58) PDF(39)
摘要:
为研究冲击荷载下不同长径比煤样的动力学性能，借助改进的霍普金森压杆实验装置(ϕ75 mm)，开展6个冲击等级(4.18~8.03 m/s)、4种长径比(0.33~1.33)下的冲击压缩实验，并结合灰色关联理论分析动力学参数与长径比之间的关联性，建立基于力学机制、Weibull分布、D-P准则的4参数单轴煤岩强度型统计损伤模型。研究表明：①煤样长径比与应变率、动抗压强度、耗散能均呈二次函数关系，且耗散能随长径比增加而降低; 与电磁能呈一次函数关系，且保持正相关。②煤样长径比对动力学参数的影响排序为：电磁能(0.88)>动抗压强度(0.84)>耗散能(0.81)>应变率(0.78)。③基于Weibull分布、D-P准则构建初始本构模型，并借助动抗压强度σmax与应变率、长径比n的关系修正，进而对比实验应力-应变曲线，验证模型可靠性(R2>0.91)。
基于多尺度卷积神经网络和LBP算法的浮选工况识别
蒋小平 , 刘俊威 , 王乐乐 , 雷震彬 , 胡明振
2023, 8(2): 202-212. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.02.007
摘要(248) HTML (103) PDF(38)
摘要:
针对泡沫浮选加药状态检测困难、识别效率低和主观性强等问题，提出了一种结合多尺度卷积神经网络(CNN)特征及改进局部二值模式(LBP)计算方法的核随机权神经网络(K-RVFLNs)浮选工况识别方法。首先，对泡沫浮选图像进行非下采样Shearlet多尺度分解，将原始图像分解为不同频率尺度，设计多通道CNN网络对多尺度图像进行特征提取; 再通过改进LBP算法提取特征作为补充，将CNN提取的图像特征与LBP特征进行融合; 最后，通过核随机权神经网络映射到更高维空间进行分类决策，实现浮选加药状态的精确识别。实验结果表明，采用多尺度CNN及LBP-TOP特征融合的方法识别的精度比传统LBP算法提高了5.34 %，比采用单CNN特征的方法提高了3.76 %，结合K-RVFLNs实现浮选工况分类准确率高达96.38 %，识别精度和稳定性较现有方法有较大提升，且减少了人工干预，有利于提高生产效率。
桦甸油页岩和废轮胎的共热解反应行为及协同效应
畅志兵 , 王楚楚 , 王依宁 , 王新红 , 旷文昊 , 初茉
2023, 8(2): 213-221. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.02.008
摘要(163) HTML (74) PDF(25)
摘要:
为了提高油页岩热解制油的效率和半焦的利用价值，将桦甸油页岩和废轮胎共热解，采用热重分析仪和铝甑反应器考察共热解的失重行为、产物产率和组成性质，基于实验值和计算值的差异分析协同效应。结果表明，共热解可以促进挥发分的释放，500 ℃时实际失重量比计算值高，当废轮胎占比为80 % 时二者差值为2.86 %; 共热解过程存在“增油减水”效应，废轮胎占比为50 % 时实际油产率为32.91 %，比计算值高约1.5 %，实际水产率比计算值低1.20 % ~1.77 %，同时使热解油中大于350 ℃的重质组分含量升高; 废轮胎热解的半焦发热量达30.43 MJ/kg，热解气中C1—C4烃类含量更高，使共热解半焦和热解气的热值高于油页岩热解。
天然气-煤炭交叉开采事故致因机理研究
郭润生 , 余晓钟 , 王文
2023, 8(2): 222-231. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.02.009
摘要(139) HTML (43) PDF(26)
摘要:
针对我国沉积盆地中煤炭和天然气普遍存在矿权交叉现象，煤炭和天然气同时开采、相互影响严重，两者的协同开采问题以及事故隐患亟待解决。考虑天然气与煤炭开采在相同时空范围内，相互制约影响环节较多，本文基于能量异常释放模型和STAMP等事故致因理论提出了能量控制失效模型，以解释信息转移循环特征; 基于对天然气和煤炭的开采工艺过程，建立了气-煤交叉开采活动的能源单元、屏障单元、承灾体之间的交互关系，分析了能量转移及安全屏障相互作用的特征，研判了9种意外释放情景，提出了气-煤交叉开采关键控制行为识别和确保关键控制行为有效的技术措施。研究结果对预防气-煤交叉开采事故提供参考。
BGL气化过程中煤热解特性数值分析与研究
张利合 , 许德平 , 徐振刚 , 王永刚
2023, 8(2): 232-241. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.02.010
摘要(264) HTML (92) PDF(31)
摘要:
厘清煤颗粒热解的内部温度变化和挥发分析出规律，是优化炉体结构和操作参数、进一步提升BGL煤气化经济性的基础。本文通过剖析BGL煤气化热解过程构建了煤颗粒热解模型，并利用文献实验数据验证了模型合理性。模型求解采用解耦算法，其中传热模型采用追赶法，热解动力学模型采用4阶单步递推法，环境温度由移动床一维模型计算。模拟结果表明：BGL煤气化热解终温较高，颗粒内部径向温度变化大；粒径取10 mm，热解终温计算值1 372 K，煤颗粒表面和中心温差峰值计算值338 K；粒径取40 mm，相应计算值分别为1 412 K和381 K；煤颗粒挥发分析出过程与气固非催化缩核反应过程相似，印证了煤热解过程受传热过程控制；热解动力学的描述以FZ通用热解模型适应性更好；移动床一维模型预测BGL煤气化热解层高度时，热解蒸发模型优于FZ通用热解模型，预测值为0.616 5 m，与搅拌器运行情况相符。
智能化煤矿数据治理概念模型及技术架构研究
谭章禄 , 王美君
2023, 8(2): 242-255. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.02.011
摘要(246) HTML (89) PDF(31)
摘要:
智能化煤矿有限的网络、存储、计算资源同技术协同、数据协同、业务协同、组织协同和战略协同的现实需求之间的矛盾凸显，已使数据治理成为制约煤矿智能化建设的关键瓶颈，但智能化煤矿数据治理尚未形成完善的概念模型和技术架构。针对该问题，首先界定智能化煤矿数据治理内涵和关键活动，阐明数据治理对智能化煤矿建设的重要意义，基于五要素集成论构建智能化煤矿数据治理概念模型；然后在概念模型的指导下形成智能化煤矿数据治理技术架构基本思想并对技术架构进行具体设计；最后提出智能化煤矿数据治理实施策略，以期为智能化煤矿数据治理提供分析框架和研究逻辑，从顶层设计角度为智能化煤矿数据治理的技术实现指明思想路线和实施策略。
基于组合赋权的煤矿作业人员行为安全状态界定及评估研究
李啸然 , 陈昕
2023, 8(2): 256-264. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.02.012
摘要(155) HTML (46) PDF(29)
摘要:
为减少煤矿行业安全生产事故的发生，融合安全行为及不安全行为定义、行为安全理论、MMEM系统理论，提出煤矿作业人员行为安全状态的界定标准。根据行为影响因素，建立煤矿作业人员行为安全状态评价指标体系，包括4个一级指标和21个二级指标，利用改进层次分析法、熵权法和差异系数法确定主、客观权重及组合权重，选用可拓综合评价法构建评价模型，并选取某煤矿进行实例验证。研究表明：针对煤矿行业，D-E-I模式具有普适性；实证评价等级为Ⅳ级，即“比较安全”，评价结果符合实际，模型科学性与实用性较强。
突发事件应急管理情景分析：宏观审视与微观解构
南锐 , 肖叶静 , 王静
2023, 8(2): 265-276. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.02.013
摘要(185) HTML (133) PDF(38)
摘要:
风险社会背景下，可预见和难以预见的风险因素明显增多，对我国应急管理体系和应急管理能力的现代化提出了更高要求。情景分析是对不确定性的未来进行研究的分析方法和实践工具，与突发事件应急管理中对不确定性因素的分析具有高度契合性。以突发事件应急管理情景分析为研究对象，运用CiteSpace软件绘制知识图谱，宏观审视应急管理情景分析研究的趋势与规律；微观上从理论修正与拓展、流程调整与规范、方法应用与实践三方面解构应急管理情景分析研究的内容与热点。结果表明：突发事件应急管理情景分析尚未形成清晰的研究主线，但具有较大潜力；研究内容呈现出多元化特征，但本土化研究相对较缺乏；当前研究不能满足实践需要，重大突发事件高度复杂性倒逼情景分析研究。
矿业类大学生的心理健康状况及课程干预对策
刘海娟 , 赫子铭 , 陈攀攀
2023, 8(2): 277-282. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.02.014
摘要(248) HTML (75) PDF(24)
摘要:
应用SCL-90问卷调查的方式，对中国矿业大学(北京)2016级至2019级矿业类大学生的心理健康状况进行了调查，并与全国大学生常模进行了比较研究。结果表明：从心理健康的整体状况来看，矿业类大学生存在一定的心理健康问题，但与全国大学生的状况相似，没有表现出明显的差异；从心理问题的类型上看，矿业类大学生主要表现在存在强迫症状、人际敏感、偏执、抑郁和精神病性等方面。针对学生存在的心理问题，提出了在心理健康教育课堂教学过程中加强课程建设，通过多种途径来提升学生的心理健康状况。

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