矿业科学学报

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孙远 , 杨峰 , 郑晶 , 张浩 , 徐茂轩

2019, 4(6): 469-479.

摘要(507) PDF(196)

摘要:
微震监测技术被广泛应用于矿业工程、石油天然气开采、安全监测等领域。针对微震监测采集到的微震信号存在随机噪声的问题,本文提出了一种变分模态分解(variationalmodedecomposition,VMD)和小波能量熵(waveletenergyentropy,WEE)结合改进阈值函数的降噪算法。对原始信号进行VMD分解,将得到的各模态分量(intrinsicmodefunction,IMF)进行多尺度小波分解,用小波能量熵表征各尺度信号的含噪状态,并以小波能量熵最大子区间的小波系数计算各尺度层的阈值,通过改进阈值函数进行降噪处理后得到新的IMF,重构微震信号。对仿真信号和实测信号进行降噪处理,结果表明,该算法优于经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)、集合经验模态分解(ensembleempiricalmodedecomposition,EEMD)、VMD结合小波硬阈值和软阈值降噪方法,提高了微震信号的信噪比。

基于网格搜索-牛顿迭代法的微震震源定位算法

姜天琪 , 裴烁瑾

2019, 4(6): 480-488.

摘要(769) PDF(203)

摘要:
利用最优化算法对微震定位进行求解时,为了保证全局且快速收敛,结合网格搜索法的全局收敛性和牛顿迭代法的快速准确性,提出一种基于网格搜索-牛顿迭代法的微震震源定位反演算法。新算法首先通过对监测区域进行稀疏的网格划分,利用网格搜索法得到初步的定位结果,再以此结果作为牛顿迭代法的初始迭代值进行准确的定位计算。通过模拟实验,研究了地下介质速度各向异性和实际工程中测速误差对定位结果的影响,并与牛顿法、网格搜索法和模拟退火法对比新算法在定位准确度、稳定性以及计算效率方面的表现。结果表明:该算法在理论上可以相对高效、准确、稳定地定位微震事件。最后利用实例验证新算法定位效果,定位误差约为4m。该算法在微震定位中具有一定的实用价值。

岩质边坡弯曲倾倒破坏及支护DDA方法模拟

龚文俊 , 陶志刚 , 何满潮

2019, 4(6): 489-497.

摘要(530) PDF(74)

摘要:
弯曲倾倒破坏作为一种复杂的滑坡灾害,对其破坏机理的研究是近年来学术界关注的重点和难点。本文采用非连续变形分析法(DDA)模拟露天矿边坡弯曲倾倒破坏过程。在DDA模型中通过引进人工结构面方法来实现弯曲倾倒过程岩体开裂,与现场比较得到了合理的引入人工结构面方法。模拟过程表明,该露天矿边坡是由于下部岩层无法承受上部荷载首先发生破坏, 致使上部岩体失去支撑,并最终导致边坡整体倾倒破坏。针对抵抗边坡弯曲倾倒变形的支护分析表明,由于倾倒变形的不均匀性,依靠普通锚索强度进行支护,容易出现局部锚索拉断,最终影响整个锚固区的锚索安全。

含垂直层理介质在切缝药包爆破下裂纹扩展行为的试验研究

许鹏 , 陈程 , 郭洋 , 朱若愚 , 赵志伟 , 罗森林

2019, 4(6): 498-505.

摘要(353) PDF(94)

摘要:
岩体中层理对切缝药包爆生裂纹的扩展有重要影响。本文采用焦散线方法研究垂直层理介质在切缝药包单孔/双孔爆破下爆生裂纹的扩展规律。结果表明:与无层理介质相比,在垂直层理介质中,切缝药包单孔爆破下爆生裂纹的扩展速度下降,炮孔一侧裂纹扩展的最终长度降低约15.5% ;爆炸应力波在层理处产生的反射波使相向扩展爆生裂纹尖端的应力强度因子KdⅡ增大、Kd Ⅰ降低,抑制了爆生裂纹的扩展,且炮孔距离层理越近,层理对该侧炮孔处裂纹的阻碍效应越强;切缝药包双孔同时起爆时,相邻炮孔产生的爆炸应力波对相向扩展的爆生裂纹有促进作用,使裂纹尖端的应力强度因子和裂纹扩展速度均显著提高,裂纹直接穿过垂直层理继续扩展, 提高了层理岩体中爆生裂纹定向扩展的能力,裂纹扩展的最终长度较单孔爆破时增大50% 以上。研究结果为层理岩体中开展切缝药包定向断裂爆破提供参考。

相邻隧道爆破振速分布规律研究

贾海鹏 , 刘殿书 , 陈斌 , 侯仕军 , 邓丽梅 , 杨瑞 , 田帅康

2019, 4(6): 506-514.

摘要(460) PDF(142)

摘要:
利用钻爆法开挖山区双线隧道时,后行隧道施工会不可避免地产生不利的振动效应,从而影响到先行隧道的安全稳定。相邻隧道爆破的振动测试与分析,对双线隧道的安全施工有着重要意义。本文以兴延高速公路浇花峪双线隧道工程为背景,对隧道轴线进行了现场振动测试, 得出了以下结论:①相邻隧道测试区域内三方向振动强度大小依次为垂直方向、水平径向、水平轴向;随着爆心距的增加,三方向间的振动强度差异逐渐减小。 ②掏槽炮孔的夹制作用最大,同时爆破振动强度亦最大。 ③不同类型炮孔爆破振动波形都存在迅速从初始值上升至振速峰值, 而衰减过程相对较慢的现象,且这种现象在掏槽孔爆破时尤其明显。 ④在双线隧道爆破施工时, 降低掏槽孔的最大单段药量、增加雷管段别、分解隧道开挖断面、控制爆破规模等是减小爆破振动的有效方式。

软弱覆岩分层综放开采工作面“两带”发育高度研究

张彬 , 许延春 , 李江华 , 熊斌

2019, 4(6): 515-523.

摘要(438) PDF(75)

摘要:
水体下采煤突水溃砂事故是制约煤矿安全高效生产的主要因素之一,尤其对软岩矿区特厚煤层高强度开采的威胁更为严重。垮落带和导水裂隙带(合称“两带”)高度是水害预测预报的基本参数,采用钻孔冲洗液漏失量观测、彩色钻孔电视观测及钻孔取芯的综合手段,通过地面钻孔对软弱覆岩特厚煤层分层综放开采覆岩破坏“两带”发育高度进行现场观测,并利用离散元数值分析方法研究了覆岩破坏裂隙场的变化特征。研究结果表明,软弱覆岩特厚煤层分层综放开采时,上分层综放开采岩层移动角约为75°,垮采比为5.60~5.62,裂采比为11.67~12.20;下分层综放开采垮采比为4.59~4.71,裂采比为8.04~8.58;下分层采厚为上分层采厚的78.28% ~84.71%时,垮落带高度增大49.41% ~50.85%, 而垮采比减小16.19% ~18.33%,导水裂缝带高度增大21.72% ~25.38%,而裂采比减小29.67% ~ 34.10%。本研究可对松散含水层下分层综放开采工作面水害预测预报及安全煤岩柱留设提供参考。

玲珑金矿胶结剂固结尾砂的微观实验

王炳文 , 高利晶 , 赵文华 , 李亚楠 , 丁伟 , 李钊

2019, 4(6): 524-530.

摘要(460) PDF(69)

摘要:
为探究玲珑金矿胶结剂在不同条件下对尾砂固结过程的影响,参照普通硅酸盐水泥,设计了一系列不同灰砂比、料浆质量浓度和养护龄期的充填体试块,进行力学实验测定其单轴抗压强度,并借助XRD、SEM对尾砂充填体物相组成和微观形貌进行分析。结果表明:胶结剂水化反应会产生钙矾石和C—S—H凝胶,促使尾砂充填体固结硬化;养护龄期、灰砂比会影响水化产物中的钙矾石和C—S—H凝胶的含量及其形态的发展,养护龄期和灰砂比的增大,水化产物含量增加,彼此搭接形成致密的网状结构,宏观上表现为强度的提高;料浆质量浓度则会影响试块的孔隙结构,从而影响强度。

三相线电压级联式中高压整流器的研究

邹甲 , 王聪

2019, 4(6): 531-538.

摘要(574) PDF(128)

摘要:
针对H桥级联变换器存在功率器件数量多、控制复杂等问题,提出一种三相线电压级联整流器拓扑;分析了此拓扑的工作原理、电路等效模型及交流侧电流正弦化工作的开关管调制约束条件;通过解析拓扑交流侧相桥臂电压的谐波成分,设计了基于单周期控制的移相载波PWM 调制策略及功率因数校正控制器;推导了拓扑直流侧电容电压的控制传递函数。理论分析及实验验证表明,此拓扑及其控制策略使开关管承受耐压有效降低,提高了交流侧功率因数,可作为新一代中高压变换器整流级。

大气污染综合治理攻坚行动前后北京市PM25质量浓度变化特征研究

常玲利 , 邵龙义 , 杨书申 , 李杰 , 张梦媛 , 冯晓蕾 , 李耀炜

2019, 4(6): 539-546.

摘要(512) PDF(79)

摘要:
基于2013—2017年北京市美国大使馆监测点PM2.5 质量浓度数据,分析了北京市近5年来PM2.5 质量浓度的变化特征及其与NO2 和SO2 的关系,重点讨论了2017年秋冬季针对控制散煤燃烧排放实施的以“煤改气”“煤改电”及“错峰生产”等为主的大气污染综合治理攻坚行动后北京市PM2.5 变化。结果表明,北京市PM2.5 质量浓度年均值自2013年起呈现逐年降低的趋势, 2017年的年均值较2013年降幅达到50% 。 2013—2016 年间,不同季节PM2.5 质量浓度表现为冬季>秋季>春季>夏季的规律。 2017 年攻坚行动实施后,冬季PM2.5 质量浓度明显低于秋季和春季,接近于夏季水平;冬季大气SO2 和NO2 的质量浓度相对于往年亦有大幅度降低,其中SO2 的质量浓度降幅更为明显,表明散煤燃烧排放得到较明显的控制。 PM2.5 质量浓度与SO2 均存在显著的正相关性,表明“煤改气”“煤改电”等禁止散煤燃烧政策对降低PM2.5 具有明显效果。

基于响应面法的长焰煤浮选工艺模型及因子作用分析

郝成亮 , 郭金玉 , 初茉 , 杨彦博 , 王灵双 , 龚永强 , 赵杏平

2019, 4(6): 547-557.

摘要(487) PDF(87)

摘要:
本研究采用絮团浮选方法对神东长焰煤进行物理化学脱灰制备超净煤。基于 Box BehnkenDesign(BBD) 响应面法设计试验方案,主要考察煤油用量(A)、仲辛醇用量(B)和机械搅拌速度(C)对精煤灰分和精煤产率的影响。结果表明,各因子及其交互作用对精煤灰分影响的显著性顺序为:C>B>A,AB>AC>BC;对精煤产率影响的显著性顺序为:B>A>C,AC>BC>AB。最佳浮选工艺条件为煤油用量1.55mL、仲辛醇用量335μL和机械搅拌速度3690r/min,此时精煤灰分1.72% 、产率45.03% 。

对苯二胺低聚物改性氧化石墨烯及其在超级电容器中的应用研究

张晴晴 , 张庆武 , 王文华 , 苏绍坤 , 刘红缨 , 刘家骥

2019, 4(6): 558-563.

摘要(511) PDF(139)

摘要:
为了获得用于新型炭基超级电容器的高比容量电极材料,本文以化学氧化法制备的氧化石墨烯为原料、对苯二胺低聚物为改性剂,在溶剂热条件下制备了氧化石墨烯-对苯二胺低聚物的复合物。通过紫外可见吸收光谱研究了对苯二胺低聚物的分子结构随加热时间的变化情况。采用X射线衍射光谱、扫描电镜、循环伏安等方法,对该复合物的结构、形貌、容量性能、循环稳定性等进行了表征。结果表明,对苯二胺低聚物可有效扩大氧化石墨烯的层间距,复合物呈紊乱堆砌态,其中60℃水浴加热 48h制备的低聚物改性氧化石墨烯的效果最为明显,其复合物的比容量可达453F/g,且经过600次循环后比容量保持率在98%以上。用该复合物制得超级电容器,以电极活性物质计,其能量密度为6.8 W·h/kg时,功率密度为516.3W/kg,且经1000次循环后比容量保持率在90%以上。实验研究表明: 对苯二胺低聚物改性氧化石墨烯复合物在能源存储等方面具有潜在应用前景。

红土镍矿酸浸渣硫酸铵焙烧-超声分散-离心分离提纯增白效果与机理

吕文强 , 郑水林 , 孙志明 , 韩华杰 , 刘阳钰 , 狄永浩

2019, 4(6): 564-572.

摘要(502) PDF(25)

摘要:
红土镍矿酸浸渣作为提镍废渣,存量大、白度低、重金属含量高。为实现它在相关领域的回收应用及高值开发,本文通过研究红土镍矿酸浸渣原矿、提纯增白样品和尾渣的化学成分、物相、微观形貌、孔结构以及焙烧过程中的气相,并通过同步热分析与红外-质谱(TG-FTIR-MS)联用系统,以及XRD、SEM、EDS等手段对提纯增白机理进行了分析。提纯增白机理为:预先煅烧去除有机杂质并将铁、铝、铬等离子氧化,二段焙烧将金属氧化物通过一系列反应转化为NH4(Al、 Fe、Cr)(SO4)2,并在超声波作用下溶于水中经洗涤去除,未参与反应的六方硫镍矿和砷化锗镉还有部分石英经离心沉淀去除。试验结果:红土镍矿酸浸渣白度由56% 提升到84% 、含铁量由 0.92% 下降到0.2% 、比表面积由84m2/g提升到96m2/g、回收率达到47% 以上。

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2019年第4卷第6期

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2019年 第4卷 第6期

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