主辦單位:煤炭科學研究總院出版傳媒集團、中國煤炭學會學術期刊工作委員會
  • 作者(Author):馮龍飛竇林名王曉東靳德武蔡武許剛剛焦彪
    關鍵詞(KeyWords):沖擊礦壓回采速度懸臂梁砌體梁彈性能

    摘要:堅硬頂板破斷釋放的彈性能是沖擊礦壓的主要能量源之一,針對回采速度對堅硬頂板破斷釋放能量的影響機制,運用理論分析結合現場監測手段,對垮落帶內的頂板懸臂梁結構,建立了基于彈性地基假設的三角增壓載荷懸臂梁模型,推導得到回采速度控制下頂板梁的下沉量、彎矩及彎曲彈性能密度的解析解;對距煤層較近的低位未觸矸破斷式砌體梁結構,建立回采速度影響下的回轉角與破斷步距及破斷釋放能量的解析式,并進行討論得到結論:加快回采速度使頂板懸臂梁的懸臂長度和峰值應力集中系數增加,使峰值距煤壁位置減小,三者均能造成頂板彎曲變形能增大,釋放彈性能增加,且懸臂長度和應力集中系數影響效果更為明顯;高速回采造成采空區充填程度低,促使關鍵塊B的回轉角增大,造成關鍵塊A的破斷步距增大,破斷釋放的能量也大幅增加,甚至促使原本為低位未觸矸破斷的砌體梁結構變為高位懸臂梁結構,其破斷釋放的彈性能更大,大能量礦震產生的動載易疊加高靜載煤體誘發沖擊,同時使超前段頂煤支護失效造成冒頂事故;通過對關鍵層及圍巖結構的判別,證實了兩種堅硬頂板的破斷模式,且微震監測表明堅硬頂板破斷釋放大能量礦震與回采速度有明顯的正相關性,并得到堅硬頂板條件大采高工作面臨界回采速度為4 m/d,科學指導了胡家河礦的開采強度優化。
  • 作者(Author):羅振敏 王濤 文虎 張江 程方明 趙婧昱 王秋紅 王亞超 劉長春
    關鍵詞(KeyWords):預混氣體爆炸極限爆炸壓力基元反應輻射強度火焰光譜

    摘要:為深入研究CO對CH4爆炸特性的影響并分析其作用機制,采用可燃氣體爆炸極限測定裝置測定了CO作用下的CH4爆炸極限參數;結合自主設計、改進的密閉球形爆炸實驗測試系統與光譜測量系統獲取了CO-CH4-空氣爆炸壓力參數,并同步采集爆炸過程三種自由基(H*、OH*、CH2O*)的瞬態發射光譜參數,通過對比分析CO-CH4-空氣爆炸壓力參數與火焰發射光譜強度參數,以宏觀-微觀相結合的方式評估了CO對CH4爆炸特性的影響規律。結果表明:少量CO會增大CH4爆炸危險性,減小其臨界氧體積分數,并顯著增加惰化混合體系所需的惰性氣體量。CO對CH4爆炸壓力的影響主要取決于體系中的氧含量和其自身化學性質,在富氧狀態下,CO會加劇預混體系的爆炸強度,隨著體系中氧的減少促進作用逐漸減弱,在貧氧條件下則體現出阻尼效應。CO對CH4 爆炸壓力參數和三種自由基發射光譜參數的影響規律具有良好的一致性,最大爆炸壓力時間光譜強度極值時間的變化規律相互吻合,而自由基開始大量積累的時間與預混體系中可燃氣體含量及爆炸強度存在相關性。爆炸強度越大則越早開始積累且積累速度越快,中間產物大量且快速的積累是造成體系爆炸加劇的原因之一。相關數據可加深對多元混合體系爆炸機制的理解,為優選化學抑爆介質、提升相關抑爆效能提供理論基礎。即,進一步深入開展以氣體燃爆過程中的關鍵自由基團為直接作用目標的化學抑制劑改性相關研究,通過提高其阻斷鏈式反應進程水平的方式加強其抑爆效能。
  • 作者(Author):于遠祥柯 達王京濱王賦宇陳寶平任建喜
    關鍵詞(KeyWords):巷道開挖幫部煤體彈性理論柱條模型極限平衡區

    摘要:回采巷道開挖后,其圍巖應力重新分布,兩側煤體在上方集中應力的作用下產生變形后形成極限平衡區,其理論寬度是合理確定巷道煤幫支護方案及其參數的重要依據, 目前,計算煤幫極限平衡區的主要方法有:利用松散介質平衡理論建立煤幫應力平衡微分方程來求解極限平衡區寬度;或考慮工程擾動程度和煤體地質強度,運用非線性摩爾-庫倫準則建立極限平衡區寬度方程。本文在總結現有研究成果的基礎上,建立了回采巷道煤幫在高支承壓力作用下體的力學計算模型,運用彈性力學理論分析了幫部任一點煤體的應力應變分量。基于彈塑性界面煤體在峰值支承壓力發生片幫的柱條模型,確定該界面上發生最大水平拉應變的單元煤體位于距離底板0.65倍巷道高度處,進而提出了該單元煤體極限拉應變與煤幫極限平衡區及其破裂區寬度的理論計算公式。分析表明,煤幫極限平衡區寬度不僅取決于煤體的極限拉應變、泊松比及彈性模量,而且與原巖應力大小及巷道開挖后發生重分布的最大支承壓力及煤幫彈性區寬度密切相關。具體表現為煤幫極限平衡區寬度隨巷道埋深增大而不斷增加,但隨煤體彈性模量及其極限拉應變的增加卻快速減小。在此基礎上,利用所提出的理論公式計算了百良礦14501工作面運輸順槽350~400m區段的煤幫極限平衡區和破裂區寬度,進而優化了巷道幫部錨桿支護參數,取得了良好的支護效果。結果表明,上述研究成果能夠較好地進行深埋煤層巷道煤幫極限平衡區的預測分析。
  • 作者(Author):董海龍高全臣劉娜張趙陳汝博
    關鍵詞(KeyWords):兩向不等壓圍巖塑性區應力構造法近似隱式法數值模擬

    摘要:針對兩向不等壓巷道圍巖塑性區的解析問題,使用應力構造法求解時,巷道圍巖塑性區以外的彈性區應力被主觀地認為與圍巖彈性應力狀態下的應力在形式上一致。這雖然明顯不合理,但在側壓系數為1的某個鄰域內,應力構造法的準確度較高;只是在該鄰域以外,其僅能確保圍巖水平(或豎向)軸上塑性區半徑的精度,其余位置并不準確,甚至偏差很大。同時,以側壓系數為1的特例為基準,將依據近似隱式法得到的圍巖塑性區半徑與基于成熟軸對稱平面應變理論的相應解析解進行對比,可以發現前者存在較大理論誤差。為改進上述不足,以應力構造法為基礎確定圍巖水平(或豎向)軸上塑性區半徑;再結合近似隱式法能夠較好反映塑性區形態一般變化規律的優勢,以近似隱式法為基礎確定塑性區的形狀;最后,依據相似原理,相對準確地給出了兩向不等壓巷道圍巖塑性區的近似解析范圍。將該理論應用于工程實例的分析計算,并以數值模擬結果為基準就各算法的準確性問題進行了對比分析,結果表明:上述算法不僅消除了近似隱式法在側壓系數為1時的理論誤差;還克服了應力構造法無法反映塑性區一般形態變化規律的缺陷。該算法與數值模擬的結果比較接近,可代替數值模擬進行兩向不等壓巷道圍巖塑性區的近似求解。
  • 作者(Author):雷順康紅普高富強司林坡
    關鍵詞(KeyWords):新元煤礦破碎煤體單軸抗壓強度鉆孔觸探法點載荷強度指數預測模型

    摘要:單軸抗壓強度(UCS)是衡量煤巖體力學性能的基本參數之一,破碎煤體UCS一直是煤礦工程師面臨的一個難題。本文以新元煤礦為工程背景,提出了一種基于原位鉆孔觸探法快速測定破碎煤體UCS的方法,為構建破碎煤體單軸抗壓強度現場測定方法提供了一個新的思路。首先通過優化探針直徑和改進動力源,現場對破碎煤體進行原位鉆孔觸探強度測定,然后采集破碎煤樣進行實驗室點載荷強度測定,同時根據鉆孔觸探法和點載荷法兩種測試方法將測試數據分為兩組,得到對應測試結果威布爾分布相關參數,其次運用數理統計軟件SPSS分別對回歸方程和回歸系數進行顯著性檢驗,建立臨界載荷(Pc)與點載荷強度指數(Is50)的關系,在此基礎上借助Is50與UCS的經驗關系,建立破碎煤體UCS與Pc的關系,實現破碎煤體UCS的原位快速測定。研究結果表明:鉆孔觸探法與點載荷法測試數據對應的威布爾分布形狀參數分別為:4.02、4.12,即兩種測試方法的測試結果分布函數形狀基本一致;新元煤礦破碎煤體鉆孔觸探臨界載荷與點載荷強度指數的關系為:Is50= 0.066 Pc - 0.002;新元煤礦破碎煤體UCS與鉆孔觸探臨界載荷的關系為:UCS = 0.807 Pc + 1.726;新元煤礦破碎煤體鉆孔觸探臨界載荷為1.55~3.48 MPa,UCS為2.97~4.53 MPa;新元煤礦破碎煤體UCS測定結果與現場估算較為接近,表明所提出的破碎煤體單軸抗壓強度測定方法切實可行。
  • 作者(Author):夏祖昊張小波姚池陳輝輝楊建華姜清輝周創兵
    關鍵詞(KeyWords):峰后破裂巖石加卸載圍壓應力路徑Forchheimer公式滲透性非線性滲流

    摘要:針對巖石裂隙面因加、卸載圍壓環境而引起滲流特性的改變,采用自行研制的溫度-應力-滲流多場耦合巖石三軸試驗系統,開展峰后破裂巖石加、卸載圍壓過程的滲流試驗,研究峰后巖石裂隙在不同圍壓加、卸載路徑下的非線性滲流特征。為了量化裂隙巖石非線性滲流過程,采用Forchheimer公式對水力梯度與滲流流量之間的關系進行擬合分析,將峰后破裂巖石滲流過程劃分為線性Darcy流階段與非線性Darcy流階段,引入非線性影響因子E,作為區分達西流與非達西流的臨界點。對比加、卸載圍壓過程中相同滲透壓力下的裂隙滲流流量與裂隙滲透性,分析產生滲流差異性的發生機制。研究表明:峰后破裂巖石在圍壓的加載過程中,其滲流主要表現為非線性特征,裂隙的滲透性隨圍壓增大而逐漸減小。在高圍壓作用下,雖然裂隙面會產生一定程度的壓縮閉合,但存在的少量張拉裂隙會逐漸擴展和連通,可能會引起峰后破裂巖石的滲透性發生改變。當圍壓從較高水平卸荷后,且裂隙面滲透壓力處于較低水平下時,裂隙滲透性沒有增加反而減小,表明裂隙面在加、卸載圍壓和過流沖刷的共同影響下發生了不可逆的變形,導致裂隙面開度的逐步降低。當圍壓卸載到與加載過程同一水平時,各級滲透壓力下的滲流流量均大幅下降,表明裂隙面的滲流能力的恢復存在明顯的滯后效應。
  • 作者(Author):王爽郭永存胡坤李德永
    關鍵詞(KeyWords):雙盤式磁力耦合器振動噪聲多物理場耦合法有限元分析

    摘要:為了在雙盤式磁力耦合器設計階段分析振動噪聲特性,優化雙盤式磁力耦合器設計,提出了一種利用模態疊加原理來分析其振動噪聲的方法。雙盤式磁力耦合器具有高轉矩密度與高效率等優勢,因此逐漸發展成為煤礦機械柔性傳動裝置。由于雙盤式磁力耦合內部的轉子磁場非正弦分布以及渦電流諧波等因素影響,雙盤式磁力耦合器輸出轉矩中不可避免的存在波動。若根據計算得出的雙盤式磁力耦合器的電磁振動噪聲特點,在設計時選取振動噪聲小的參數進行優化組合,可在實際中降低其電磁振動及噪聲,有利于減少制造成本。本文結合雙盤式磁力耦合器的結構特征,提出了一種模態疊加響應法計算電磁振動噪聲,建立了其電磁徑向力的解析模型,并在多物理場耦合作用下分析主要電磁徑向力波在工作頻率內的諧波響應,最后在額定功率為55kW雙盤式磁力耦合器實驗臺上進行試驗驗證。基于麥克斯韋張量法,建立了雙盤式磁力耦合器的徑向電磁力解析模型,并得出0階與10階電磁徑向力波是產生振動噪聲的最主要原因;利用多物理場耦合分析法進行諧波響應NVH特性分析,結果顯示0階力波的振動加速度與形變量均大于10階力波的振動加速度與形變量,因此雙盤式磁力耦合器的電磁振動主要來源于0階力波;在額定功率為55kW,最高轉速為1500r/min的雙盤式磁力耦合器實驗臺進行振動測試,試驗結果顯示在1500r/min時,試驗得出的最大的振動峰值及頻率約為35m/s2和4950Hz,與有限元仿真結果的誤差對應為6.3%和1.1%;而當變頻電機的輸入轉速依次增大時,振動加速度的理論值、仿真值與試驗值的曲線形態較為接近,誤差較小;噪聲估計值與實測值的最大誤差僅為8.9%,基本驗證了本文所提出模態疊加法的正確性。利用模態疊加法來分析振動噪聲,為快速并準確地分析雙盤式磁力耦合器的電磁振動噪聲特性提供了一種有效的技術手段。
  • 作者(Author):左延紅程 樺程堂春
    關鍵詞(KeyWords):分數階微分算子瓦斯監測煤礦安全生產管理最小二乘法數據融合

    摘要:在煤礦生產信息的檢測與采集中,傳感器間的性能及其工作環境難免存在差異性,這些無法避免的差異性致使在同一地點工作的多個傳感器對同一生產信息的測量數據間存在較大差異性,從而導致數據檢測中心收集到的檢測數據很難反映真實的生產信息,直接影響這煤礦生產管理的正常運行秩序和生產系統的生命財產安全。相較傳統的消耗重資購置高性能信息檢測設備以提高信息數據的準確性的硬件性能提升法,本文提出了基于分數階微分濾波算法的煤礦生產信息監測數據的多傳感器檢測數據軟件融合處理法。探討了分數階微分算子在信號處理中的應用特性,建立了基于分數階微分算子的煤礦監測數據融合處理模型,并通過0.5階微分算子在淮南某煤礦井下瓦斯濃度檢測數據融合處理實驗中的應用驗證了分數階微分濾波算法的優越性。實驗證明:分數階微分算子具備較強的差異性檢測數據融合性能,可有效提高煤礦檢測數據的準確性和煤礦安全生產管理決策的科學性;與傳統的購置高性能信息檢測設備以提高信息數據準確性的方法相比,基于分數階微分濾波算法的煤礦生產信息監測數據的數據融合處理方法具有成本低廉、融合效果顯著的突出優點。研究成果對于提高物聯網下煤礦生產管理系統的工作可靠性和決策科學性具有重要意義。
  • 作者(Author):王登科李文睿魏建平于充張凱旋
    關鍵詞(KeyWords):分形表征微納米孔隙瓦斯氣體相對粗糙度視滲透率模型

    摘要:為揭示煤體孔隙內表面粗糙微結構對瓦斯傳輸的影響機制,準確研究粗糙孔隙中的瓦斯氣體傳輸規律,運用自相似特性分形理論推導出了微納米孔隙內壁面粗糙元有效平均高度和孔隙有效半徑的精確數學表達式;采用Optical Tensiometer設備對取自煤體孔隙內壁表面進行3D形貌結構量化分析,將所得關鍵參數代入相對粗糙度表達式求得對應值為0.352;結合流體速度滑移效應和分子擴散傳輸機理,推導出了粗糙微納米孔隙中的瓦斯氣體滑流修正傳輸方程和非連續流擴散傳輸方程,再通過等效轉換原則推導出微納米孔隙內的視滲透率模型;考慮到煤體納米級孔隙難以進行精確測量表征和規避孔隙連通性對氣體傳輸的影響,選取結構規整的納米級圓孔陽極氧化鋁薄膜作為氣體流動通道載體;基于氣體壓差穿透實驗原理,利用實驗室PMI微滲透率設備進行了納米級孔隙薄膜的滲透性實驗,將實驗結果所測得的滲透率數據與本文理論模型計算值進行了對比分析。研究結果表明:基于分形表征建立的粗糙微納米孔隙瓦斯氣體傳輸方程合理可靠,考慮孔隙粗糙度對瓦斯流動的影響是應該且必須的,以分形理論表征的孔隙相對粗糙度公式比前人所提出的孔隙粗糙度經驗性公式更為精確,研究結果可為在分形拓撲領域中構建自仿射粗糙微通道的氣體流動模擬研究工作中提供重要的理論支撐。
  • 作者(Author):孫中光姜德義謝凱楠王克全李磊蔣翔
    關鍵詞(KeyWords):花崗巖熱損傷核磁共振核磁成像

    摘要:研究巖石的熱破裂和損傷機制在高放廢物地質處置工程中越來越受到重視。本文以我國甘肅北山的高放廢物處置庫的花崗巖巖樣為研究對象,采用低場核磁共振系統、MTS巖石力學試驗機、倒置鏡像光學顯微鏡對重點預選場址花崗巖的熱穩定性開展室內試驗研究。研究發現:(1)核磁共振T2譜圖在0℃~400℃溫度范圍內沒有明顯變化,當溫度高于500℃,T2譜圖振幅顯著增大且向右大幅移動,T2譜面積與孔隙率在加熱過程中呈現冪率關系;(2)峰值應力隨著溫度和孔隙度的增加以冪律關系降低;(3)通過核磁共振成像(MRI)發現,溫度低于500℃時質子密度分布均勻且沒有發現明顯的質子密度簇,說明巖石內部結構穩定。當溫度高于500℃時,晶體裂紋和邊界裂紋的產生致使出現大量的高質子密度區域,并隨著溫度持續升高質子密度高的微小區域融合成大的連通區域;(4)花崗巖巖樣在不同溫度條件下的核磁成像像素的概率密度函數都服從對數正態分布,當溫度超過500℃,概率密度函數整體向右轉移;(5)通過顯微結構觀察,500℃時在長石晶間和長石晶粒與石英晶粒間有邊界裂紋產生,并在晶體內部出現少量的穿晶裂紋,當試樣溫度加熱到600℃時,超過了石英α/β相變點,石英顆粒產生大面積透明狀穿晶裂縫,同時伴隨著明顯的穿晶網絡。
  • 作者(Author):佘臣杰唐婕琳何環張朦童麗唐俊陶秀祥
    關鍵詞(KeyWords):硫酸鹽還原菌生物反應器重金屬離子傅里葉紅外光譜(FT-IR)

    摘要:為了研究硫酸鹽還原菌和稻殼聯合生物反應器在重金屬廢水處理中作用及機理。利用實驗室前期分離鑒定的硫酸鹽還原菌Desulfuromonas alkenivorans S-7聯合填充稻殼柱式生物反應器處理人工合成酸性重金屬(Fe3+,Mn2+,Cr6+)廢水。比較了廢水處理過程中理化特性(pH,Eh,Ec)及三種重金屬離子變化規律,并利用FT-IR光譜儀分析了微生物和稻殼聯合處理作用下重金屬離子去除特性。研究結果表明:S-7能夠明顯提高酸性廢水的pH,20 d后pH最終穩定在6.20左右,也能使反應體系維持在較高的還原環境并降低體系的電導率。S-7菌株對三種代表性離子都有一定的處理效果,對Fe、Mn、Cr三種金屬離子的去除效率分別為Fe>Mn>Cr。反應器處理前期廢水中離子的去除速率較快,后期由于離子共存對廢水處理的影響使廢水中金屬離子濃度趨于平衡,出現動態制約平衡,S-7菌株對三種重金屬離子的去除機制可能存在差異。處理后期由于Cr6+濃度上升明顯,增大了SRB反應器中的重金屬含量,明顯影響SRB反應器的穩定性能;稻殼填充對S-7菌株生長能夠穩定維持SRB反應器的厭氧環境,并且稻殼對金屬離子去除也存在一定程度的物理吸附作用。FT-IR分析表明:S-7菌體處理廢水時會吸附Fe、Mn、Cr離子,其中羥基、胺基、酰胺基及羧基是發生吸附作用重要的官能團;稻殼在處理重金屬廢水前后,稻殼的Si-O-Si和羰基在處理重金屬廢水中可能發揮了作用。
  • 作者(Author):楊恩王世博葛世榮向陽
    關鍵詞(KeyWords):反射光譜近紅外煤巖感知識別灰分產率支持向量機

    摘要:根據巖石的反射光譜含有其豐富成分信息的基本原理,同時受反射光譜技術在巖石地物遙感探測和巖礦成分分析兩類領域應用的啟發,本文通過實驗驗證了反射光譜技術用于原位煤巖區分的可行性。為研究利用反射光譜進行煤巖感知識別,收集了同一綜采工作面煤層與頂板交界處外觀較為相似的碳質頁巖和煙煤塊狀試樣75個,在實驗室搭建了由近紅外分光光譜儀、鹵鎢光源、光纖準直鏡、Y型光纖等部件組成的煤巖反射光譜采集實驗裝置。根據常見頂板高度,設置光纖準直鏡與試樣距離為3米,采集了試樣表面近紅外波段(1000~2500nm)反射光譜,然后測定了試樣表面光譜采集區域的灰分產率。使用一階微分(FD)、二階微分(SD)、連續統去除(CR)、標準正態變量變換(SNV)四種方法對13點Savitzky-Golay(SG)卷積去噪后的試樣光譜反射率曲線進行了預處理,對其中50個煤巖試樣的灰分產率與其預處理后光譜進行了相關性分析,得到最大相關系數為0.777,由連續統去除預處理方法獲得,其所在波長點為1698nm,位于與煤巖主要有機成分有關的1700nm光譜帶附近。取此50個試樣最大相關系數波長點1698nm左右區間[1693nm, 1703nm]共11個波長點處的連續統去除預處理光譜值,及其灰分產率、煤巖類型,建立了支持向量煤巖灰分回歸(SVR)、支持向量煤巖分類(SVC)模型,兩種原位煤巖感知識別模型對其余25個測試煤巖試樣的預測精度分別為92%、96%,同時對單個樣本識別總耗時均小于0.1s,其中,支持向量煤巖灰分回歸模型對此25個測試煤巖試樣表面灰分產率的預測均方根誤差(RMSE)達到了5%,決定系數達到0.88。本文的原位煤巖反射光譜感知實驗和識別方法,為研制具有遠距離、準確、快速、低成本等優勢的井下煤巖識別系統提供了思路。
  • 作者(Author):姚征曹代勇魏迎春熊先鉞李寧王喆
    關鍵詞(KeyWords):煤層氣固相微粒煤層結構泥質夾層 水巖反應

    摘要:為查明復雜煤層結構對煤層氣開發中固相微粒生成規律的影響,應用單相液流巖心驅替儀開展了水巖反應物理模擬實驗,對比分析了在不同濃度的KCl溶液條件下泥質夾層與煤層生成固相微粒的數量、類型、運移特征及其對玻璃珠層導流能力的傷害程度。結果表明:與煤層相比,泥質夾層在水巖反應中易于生成更多的粘土礦物型固相微粒;KCl溶液濃度影響著泥質夾層產出固相微粒的規律,低濃度的KCl溶液與泥質夾層會發生高強度的水巖反應,從而使固相微粒的生成量和遷移率增大;固相微粒的粘滯狀態會傷害玻璃珠層的導流能力,隨著溶液濃度升高,固相微粒的生成強度和運移距離減小,滲透率降低幅度的波動變化持續時間相應變短。結合韓城區塊煤層氣開發實踐,認為以復雜結構煤層為生產開發層會使煤中夾矸的層數增加、厚度變大、巖性多樣和礦物復雜,這將導致泥質夾層等敏感巖層的組構穩定性在應力破壞和水巖反應中降低,進而加劇固相微粒的生成和運移。
  • 作者(Author):牛劍峰
    關鍵詞(KeyWords):綜采工作面煤巖識別直線度視頻巡檢自動控制無人化開采

    摘要:為解決綜采工作面煤巖識別、工作面找直等自動化技術難題,針對工作面生產過程中帶來的惡劣環境對視頻監視技術應用的影響,提出了在綜采工作面依托刮板輸送機,構建一套懸掛式軌道視頻巡檢系統技術方案。通過對煤壁拍攝的圖像進行灰度識別,計算出頂板巖層厚度,為采煤機下一刀割煤提供滾筒搖臂調高補償信息,實現了采煤機割煤過程中的煤巖識別與自動化控制。通過在工作面液壓支架上設置標簽,使用視頻巡檢裝置對工作面液壓支架和刮板輸送機拍攝的視頻進行圖像處理,測算出工作面直線度的偏移度,為液壓支架推移動作的離線補償控制提供依據,實現工作面的自動找直。通過調節巡檢裝置的工作模式,改善了視頻系統的應用環境,提高了拍攝質量。隨著綜采工作面視頻系統應用技術的提升,也必將推動綜采工作面無人化技術的發展與應用。
  • 作者(Author):王平馮濤蔣運良劉海李立新余偉健朱永建魯義
    關鍵詞(KeyWords):再生頂板破壞機理圍巖控制組合支護

    摘要:針對軟弱再生頂板巷道圍巖大變形問題,結合現場調研、室內試驗、理論分析等手段研究了軟弱再生頂板圍巖失穩機理,并提出了針對該類圍巖的控制原理、支護原則和支護技術。研究表明:軟弱再生頂板具有自穩平衡拱結構,但極其不穩定。在擾動作用下快速松散、破碎,表現出局部到整體的連鎖失穩特征。基于再生頂板圍巖條件提出再生頂板“拋物線-半雙曲線”擴展力學模型,即再生頂板平衡拱邊界在縱向上以“拋物線”形式向上擴展,橫向上以“半雙曲線”形式延伸。根據該模型計算發現,巷道底鼓使得兩幫整體下沉或兩幫肩角處破壞造成再生頂板自穩平衡拱結構不斷地向圍巖深部轉移。此時棚架上的載荷增加更快。再生頂板松散范圍的非線性增加使得棚架上的荷載急劇增加,圍巖變形量增大,最終導致巷道整體失穩。因此,提出了“護底→固幫→控頂”的軟弱再生頂板圍巖控制基本原理。結合州景煤礦再生頂板巷道實際情況,通過疏干排水防止底鼓、改善棚架結構加強幫、頂支撐,形成了“強化整體約束、優化棚架結構和架間協同控制”的支護原則,具體形成了“雙層金屬網+預支撐囧型棚架+可縮性縱向連接器”的組合支護技術,經工程試驗表明該支護技術可有效控制軟弱再生頂板巷道圍巖初期的穩定,后期回采時建議采用“三支一體”支護體系進行加強支護,控制再生頂板圍巖回采期間的穩定。
  • 作者(Author):王市委陳松降陶秀祥石開儀陳鵬陳文輝
    關鍵詞(KeyWords):低階煤疏水力常數水化膜油泡誘導時間non-DLVO理論

    摘要:浮選實驗表明油泡對低階煤顆粒的捕收能力要遠強于傳統浮選過程的起泡。這主要是由于油泡表面被捕收劑覆蓋,其表面疏水性要遠高于氣泡表面的疏水性。因此,在油泡浮選礦化過程中,低階煤顆粒-油泡間水化膜的薄化速度要遠快于煤顆粒-氣泡間的薄化速度。誘導時間測試發現,隨著DAH溶液濃度從10-7 mol/L增加到5×10-5 mol/L時,低階煤顆粒-氣泡間的誘導時間從93 ms下降到12 ms。隨著DAH溶液濃度從5×10-5mol/L增加到10-3 mol/L時,低階煤顆粒-氣泡間的誘導時間從12 ms增加到35 ms。當DAH濃度由10-7 mol/L(純去離子水溶液)增加到5×10-5 mol/L,低階煤顆粒-油泡間的誘導時間由35 ms降低到10 ms。隨著DAH濃度的進一步增加到10-3 mol/L時,低階煤顆粒-油泡間的誘導時間由10 ms增加到25 ms。為了從微觀尺度下去表征油泡表面較氣泡表面所具有的強疏水性,本文通過低階煤顆粒-油/氣泡間的誘導時間,利用non-DLVO理論及Stefan-Reynolds水化膜薄化模型,擬合出初始水化膜厚度(h)與疏水性常數(K132)之間的關系,進而得到了低階煤顆粒-油/氣泡間的疏水力常數(K132)與十二烷胺鹽酸鹽(DAH)溶液濃度的關系。疏水力常數(K132)擬合結果表明,當DAH溶液的濃度為5×10-5mol/L時,低階煤顆粒-油泡間的疏水力常數(K132)約為低階煤顆粒-氣泡間的疏水力常數(K132)的3倍;當DAH溶液的濃度為10-6mol/L時,前者是后者的15倍。因此,油泡表面較氣泡具有更強的疏水性質。從而解釋了低階煤-油泡浮選礦化過程優于傳統浮選過程的本質特征。
  • 作者(Author):馬雙忱向亞軍陳嘉寧萬忠誠張凈瑞柴晉
    關鍵詞(KeyWords):脫硫廢水水泥固化抗壓強度結合氯離子能力

    摘要:脫硫廢水零排放背景下,常規的蒸發和結晶工藝無法有效避免二次污染,提出了一種脫硫廢水煙氣濃縮及水泥化固定的技術路線。在煙氣濃縮塔中,利用部分電除塵器后的煙氣對脫硫廢水進行蒸發濃縮,濃縮后的脫硫廢水與水泥、粉煤灰等材料拌合后制得固化體,從而實現污染物的水泥化固定。實驗將模擬高鹽水與水泥、粉煤灰和河砂拌合,制得固化體,養護至特定齡期后,對其抗壓強度和結合氯離子能力進行檢測。通過控制單變量的方法,實驗探究了不同組分材料的配比對固化體的抗壓強度和結合氯離子能力的影響,并利用XRD對固化體粉末進行了產物表征。結果表明:在水泥配比為1.08時固化體的抗壓強度最高,粉煤灰配比大于0.25后固化體的抗壓強度提升明顯,模擬高鹽水配比越大,固化體的抗壓強度越低,河砂量對固化體的抗壓強度影響小。實驗中制得的固化體在養護28天后,其抗壓強度值在30 MPa以上,能達到《混凝土路緣石》標準中路緣石的最低抗壓強度要求。隨著水泥配比的增大,固化體的結合氯離子能力增大21.7%,且受水泥水化所需水量的限制,其增大趨勢漸緩;由于粉煤灰在水化過程中的產物與氯離子生成的Friedel’s鹽量較少,隨著粉煤灰配比的增大,固化體的結合氯離子能力僅增大4.9%。XRD的結果驗證了水泥固化過程中Friedel’s鹽的存在。
  • 作者(Author):何源福夏毅敏趙先瓊喬碩寧波
    關鍵詞(KeyWords):截齒耐磨層殘余應力工作過程釬焊接頭應力釬料層厚度

    摘要:為了探究鎬型截齒的硬質合金頭脫落現象,針對普通截齒與耐磨截齒,研究鎬型截齒工作過程中的釬焊接頭應力分布情況以及釬料層厚度對接頭應力的影響特征。利用ANSYS軟件,分別建立普通截齒與耐磨截齒的彈塑性熱力學模型,對兩種鎬型截齒進行熱-結構順序耦合分析,得到其釬焊殘余應力分布,用實驗驗證模型正確性。將截齒破巖時的工作溫度及外部載荷施加到釬焊殘余應力模型上,仿真得到鎬型截齒工作時釬焊接頭的應力分布規律。分析結果表明:(1)未工作狀態下,兩種鎬型截齒的釬料層與硬質合金頭交界面處均出現最大釬焊殘余應力,容易發生因熱應力過大導致的釬縫開裂。(2)工作狀態下,截齒的徑向路徑上,普通截齒與耐磨截齒的釬焊接頭應力最大值近乎相等,均達到210MPa左右,但其最大應力出現的位置不同,分別位于釬料層與刀體的交界面以及釬料層與硬質合金頭的交界面處;軸向路徑上,兩種鎬型截齒的應力最大值相差不大,且均出現在釬焊接頭外表面處。耐磨層對鎬型截齒整體應力的分布影響不大,但卻使得鎬型截齒最大應力出現的位置發生了偏移,使得鎬型截齒硬質合金頭脫落的危險位置發生變化。(3)普通截齒與耐磨截齒均在釬料層厚度為0.1 mm時得到接頭應力最小值,此時鎬型截齒釬焊接頭的連接性能最好。
  • 作者(Author):邢耀文桂夏輝韓海生孫偉曹亦俊劉炯天
    關鍵詞(KeyWords):顆粒-氣泡粘附疏水力AFMDWFA

    摘要:為探索顆粒氣泡體系疏水力的長程及短程來源機制,分別采用原子力顯微鏡(AFM)和浮選動態潤濕膜分析儀(DWFA)對氣泡與同一疏水玻璃基板間的疏水力進行測試。AFM發現氣泡與親水性玻璃基板間的相互作用力為單調斥力作用,親水性玻璃氣泡間的范德華作用力和靜電力均表現為排斥力,體系不存在誘發液膜失穩的引力作用項。疏水性顆粒氣泡間的液膜是不穩定的,當負載力到達19.3 nN時,力曲線中觀察到了明顯的跳入粘附現象。疏水玻璃與氣泡間的疏水力以3.50 nm的衰減長度按單指數模型衰減,液膜在32.96 nm臨界破裂厚度處破裂。該疏水力傾向于一種短程力(
  • 作者(Author):董書寧王皓張文忠
    關鍵詞(KeyWords):華北型煤田奧灰頂部注漿改造底板破壞深度新預測模型

    摘要:隨著我國華北型煤田開采深度逐年增加,大部分礦井已面臨由上組煤轉向深部及下組煤開采階段,奧陶紀灰巖巖溶水害威脅呈上升趨勢,底板突水危險逐年增加,而目前規范和規程中的底板突水系數法雖然應用較廣泛,但并未充分考慮到奧灰頂部實際阻水能力,其評價方法存在一定的局限性。故此,本文在現有奧灰頂部地質及水文地質條件認識的基礎上,提出了部分礦區奧灰頂部存在阻水性能較好的風化充填帶可作為隔水層利用的理念,將煤系隔水層厚度、風化充填帶厚度、注漿改造段厚度和底板擾動破壞深度視為底板突水系數判別式的影響因素,建立了改造奧灰頂部巖層段厚度的判別準則,論述了底板破壞深度在判別準則中的重要性,并以韓城礦區桑樹坪煤礦11號煤層3105工作面開采為典型案例,通過構建的17組數值模擬方案,分析得出了煤層開采深度對底板擾動破壞深度影響最大、開采厚度最小、開采寬度則存在尺寸效應等結論;同時將模擬數據與全國相似礦區實測樣本結合,給出了采深、采寬和采高三因素影響的預測模型,并對其進行了驗算和適用性分析,結果表明新模型擬合方程的誤差均值、百分比、方差和均方差均優于統計公式,具有預測精度高、誤差小、適用性廣等特點,基本滿足工程實際需要。其研究成果可用于奧灰頂部含水段的注漿改造實際工程中,對深部下組煤安全帶壓開采提供有利的技術保障。
  • 作者(Author):萬麗榮陳博楊揚曾慶良
    關鍵詞(KeyWords):放頂煤液壓支架尾梁動態響應剛柔耦合固液彈簧耦合Hertz接觸

    摘要:綜合機械化放頂煤開采過程中煤巖垮落產生的沖擊載荷會導致放頂煤液壓支架的運動狀態發生變化,嚴重時會導致綜放設備的沖擊破壞。為研究放頂煤液壓支架尾梁受到煤巖沖擊后的動態響應及受力情況,利用機械系統動力學分析軟件Adams建立放煤機構的剛柔耦合模型,通過固液彈簧耦合理論計算出尾梁平衡千斤頂的剛度并用彈簧阻尼系統進行等效替換。采用“煤巖直沖”的方式對尾梁進行加載,并引入Hertz接觸理論確定接觸參數。基于此模型,模擬煤巖顆粒沖擊承載區不同位置以及在不同放煤角條件下沖擊尾梁的動態過程,最后通過與剛體沖擊方式下的仿真結果對比,驗證了所用方法的可靠性。結果表明,煤巖沖擊承載區不同位置時,尾梁的動態響應量及碰撞接觸力有差異,沖擊位置位于尾梁-彈簧連接處附近區域時,碰撞接觸力較小,而尾梁的最大速度、加速度、振幅較大,在所有動態響應量中,最大振幅的變化規律最明顯,隨著沖擊點位置遠離尾梁-掩護梁鉸接處附近區域,最大振幅穩定上升;當放煤角逐步增大時,尾梁的動態響應量及接觸力均減小,尾梁的振動特性變弱,當放煤角較小時,煤巖沖擊尾梁后會產生數值巨大的碰撞接觸力。可選取尾梁的振幅響應作為反饋量對尾梁進行動態監測,同時應針對碰撞接觸力較大的情況在放煤機構的設計制造中對其進行強度校核及結構優化,避免尾梁及其連接處沖擊破壞情況的出現。
  • 作者(Author):張宏偉劉長江李云鵬劉昆輪趙象卓榮海
    關鍵詞(KeyWords):巷道變形開采影響錨桿支護方案優化

    摘要:為解決神新公司寬溝煤礦巷道支護問題,綜合利用理論分析、數值模擬和現場實測方法,對巷道錨桿支護方案進行優化。工作面開采過程中,運輸巷道受到超前垂直應力升高影響的范圍約為55m,回風巷道受到超前垂直應力升高影響的范圍約為70m,鄰近工作面回采造成運輸巷道應力升高明顯,回風巷道圍巖應力較低;針對兩條巷道的應力狀態及塑性區分布,分別設計了支護方案;優化支護方案較原支護方案,回風巷道與運輸巷道頂板下沉量減小了20%和27%,工作面幫位移量減小了44%和37%,煤柱側位移量減小了3%和15%。優化方案提高了巷道支護效果,且支護材料總成本降低10.1%,為神新能源公司寬溝煤礦的安全高效生產提供技術支撐和安全保障。
  • 作者(Author):張盛王小良趙文峰王猛吳自強趙龍剛
    關鍵詞(KeyWords):D型聚能管預裂爆破沿空留巷切頂卸壓 鉆孔窺視

    摘要:為了得到D型聚能爆破管合理的爆破參數,結合云煤一礦22204運輸順槽沿空留巷的條件,對影響預裂爆破效果的影響因素,包括裝藥量、封孔長度、裝藥結構以及爆破孔間距等,進行了井下爆破試驗,提出采用隔孔爆破的方式,利用非爆破導向孔聯結相鄰爆破孔的裂縫,并采用井下鉆孔窺視技術對爆破效果進行監測,最終確定了云煤一礦沿空留巷中合理的預裂爆破參數,在切頂卸壓孔深度9m,孔徑48mm,爆破孔傾斜角度為15°條件下,爆破孔單孔裝藥量不低于450g/m,封孔長度不低于2m,采用隔孔爆破方式,兩爆破孔間距不大于800mm,對于同類條件下礦井聚能預裂爆破參數的選擇有一定的工程參考價值。
  • 作者(Author):王鵬飛譚烜昊劉榮華王海橋李泳俊田暢
    關鍵詞(KeyWords):氣水噴霧出口直徑流量特性霧化粒徑降塵效率

    摘要:為了掌握噴嘴出口直徑對氣水噴霧降塵的影響,基于自行設計的氣水噴霧降塵實驗平臺,對不同出口直徑的空氣霧化噴嘴流量、霧化特性及降塵性能進行了實測,并對實驗結果作對比分析。研究結果表明:隨著出口直徑的增加,噴嘴耗水量幾乎保持線性增長,而耗氣量呈現指數增長的變化趨勢;噴霧射程和霧滴體積分數均隨著出口直徑的增大不斷增大,而霧化角先增大后減小;出口直徑為2.0 mm的噴嘴霧化質量最好,所形成的霧滴索太爾平均直徑D[3, 2]最小,且霧滴粒徑呈現正態分布,霧滴尺寸較為集中;霧滴速度沿噴嘴軸線方向不斷衰減,且噴嘴直徑越大霧滴速度衰減越緩慢;隨著噴嘴直徑的增加,霧滴速度呈現先增大后減小的變化規律;全塵和呼吸性粉塵降塵效率隨著噴嘴出口直徑的增加均有所提高,但增幅較小;綜合考慮噴嘴降塵性能、耗水量和耗氣量等因素,在采掘作業場所進行氣水噴霧降塵時,選擇出口直徑為2.0~3.0 mm的空氣霧化噴嘴較為合適。
  • 作者(Author):孫鵬鄭斌毛明明楊化震高召強
    關鍵詞(KeyWords):熱逆流氧化蜂窩陶瓷內置換熱器H型翅片管換熱特性

    摘要:基于熱逆流氧化床內置翅片換熱器的取熱過程,自行搭建陶瓷填充床內置翅片換熱器穩態取熱實驗臺,實驗研究陶瓷多孔介質圍成的狹小空間內H型翅片管的換熱特性,并通過外壁鍍銀的方法分析傳熱方式對H型翅片管換熱系數的貢獻。結果表明:H型翅片管邊緣的溫度隨入口溫度增加最大增長264℃,隨入口雷諾數增加最大僅增長35℃,且靠近基管管壁處溫度隨入口溫度和入口雷諾數變化不大;蜂窩陶瓷的存在強化了H型翅片管外壁面的熱輻射作用,同時減小了29.80%的散熱量,但在一定程度上抑制對流傳熱;輻射傳熱貢獻度隨入口溫度增加從48.17%增至60.34%,隨入口雷諾數增加從57.2%降至55.35%。對試驗數據進行歸納分析,得到陶瓷氧化床內H型翅片管換熱特性的試驗關聯式。

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