检索结果-内蒙古大学图书馆

煤炭学报 2024年第S01期49卷 327-339页

作者：刘永茜霍中刚李宏艳舒龙勇孙中学汪东刘学史兴旺煤炭科学技术研究院有限公司北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院) 北京100013

物理力学实验模拟是研究煤与瓦斯突出机理和发育规律的重要技术方法之一。研发一种新型煤与瓦斯突出模拟系统,旨在借助现有先进监测技术和装备,结合具体瓦斯地质模拟条件,开发出先进的实验设计方案,实现复杂场景下的煤与瓦斯突出现象模... 详细信息

物理力学实验模拟是研究煤与瓦斯突出机理和发育规律的重要技术方法之一。研发一种新型煤与瓦斯突出模拟系统,旨在借助现有先进监测技术和装备,结合具体瓦斯地质模拟条件,开发出先进的实验设计方案,实现复杂场景下的煤与瓦斯突出现象模拟,助推煤与瓦斯突出机理研究。本模拟系统由应力加载子系统、实验箱体子系统、动力牵引子系统、气压控制子系统、诱突装备子系统、模拟巷道子系统和测控子系统7部分构成,在各个子系统设计过程中都不同程度地实现了技术方法提升,整个系统形成了标志性创新成果。模拟系统有如下特点:(1)完善了三轴同步连续非均匀加载技术装备的高载荷加/卸载功能。试件加载由X、Y和Z方向的10个独立压头完成,试件尺寸为400 mm×400 mm×1200 mm,载荷强度最大25 MPa,最大密闭气压6.0 MPa,上述10个压头中的任意个体可根据指令独立或同步完成行程内的加/卸载任务,并实现了水平应力分层加卸载。(2)形成了系统制样、装样、密封、加载一体化工艺。实验箱体为新型分体式结构,由动力牵引系统辅助实验箱体完成试件成型、应力加载和模拟材料搬运,且箱体结构平移量控制精准。(3)集成多种诱突技术于同一模拟平台,完成了包括箱体、突出窗口等多项技术装备功能创新,完成了动力诱突、二级爆破片联动诱突、变径钻进诱突等多种诱突技术及装备研制,且在动力诱突和变径钻进诱突技术装备上实现了原始创新,并经过了实验模拟验证。(4)实现了关键装置结构体的设计创新。双层钢板箱体缓解了同步加载的应力集中并提高箱体结构气密性,突出口的内腔设计提高了诱突效率,模拟巷道端头结构与管道“软包硬”结构设计提高了系统安全性,变径钻头结构实现了Rouleauxs triangle理论的工程化应用。(5)多元信息监测及数据融合实现了模拟测试的精准化。采用了先进的数据采集系统(应力、气压、温度等数据)和包括声发射、高速摄像机等监控技术装备,实现了煤与瓦斯突出的多元数据精准监测。(6)工程案例模拟证实了系统应用的可靠性。通过平煤“3·22”突出案例模拟,完成了系统功能的整体检验,并发现了突出过程中断层构造对地应力、气体压力和温度的影响规律,证实了本物理力学模拟系统性能可靠,可为煤与瓦斯突出机理研究提供平台支撑作用。

关键词：煤与瓦斯突出物理模拟地质构造诱突技术控制系统装备研制

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质心径向可变球形机器人多运动模式的运动特性对比研究

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振动与冲击 2023年第3期42卷 255-269页

作者：马龙煤炭科学技术研究院有限公司北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013

质心的径向变化使球形机器人具备重摆驱动与倒立摆驱动2种驱动模式,同时质心径向移动使运动状态呈现不同特点。将质心径向变化功能与非结构化环境中的任务需求相融合,对球形机器人实用性提升有重要意义。通过开展球形机器人在不同驱动... 详细信息

质心的径向变化使球形机器人具备重摆驱动与倒立摆驱动2种驱动模式,同时质心径向移动使运动状态呈现不同特点。将质心径向变化功能与非结构化环境中的任务需求相融合,对球形机器人实用性提升有重要意义。通过开展球形机器人在不同驱动模式、不同运动速度以及不同坡度情况下的运动实验分析,根据实验结果,基于控制系统的收敛速度、超调量、稳定性与响应速度4项控制性能指标、爬坡能力与转向能力2项运动能力指标以及能耗指标,分析总结了倒立摆驱动模式对球形机器人控制性能、运动能力以及能耗水平3类型运动特性产生的影响规律,同时构建了运动特性需求与质心径向位置的关联模型,为面向不同任务需求时质心径向可变球形机器人驱动模式与质心位置的选择提供依据。

关键词：球形机器人倒立摆质心运动特性关联模型

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煤矿水害智能预警系统关键架构及模型研究

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煤炭科学技术 2023年第7期51卷 197-206页

作者：邱浩李宏杰李文李江华杜明泽姜鹏煤炭科学技术研究院有限公司北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013

为保障我国受水害威胁矿井的安全生产,加快煤矿水害预测预警技术的智能化进程,提高煤矿水害预测预警效果,基于国内水害机理与预警领域的研究现状,对煤矿水害智能预警系统建设过程中存在的预警系统建设水平与数据接入标准不统一、水害大... 详细信息

为保障我国受水害威胁矿井的安全生产,加快煤矿水害预测预警技术的智能化进程,提高煤矿水害预测预警效果,基于国内水害机理与预警领域的研究现状,对煤矿水害智能预警系统建设过程中存在的预警系统建设水平与数据接入标准不统一、水害大数据信息的分类与时空匹配管理复杂、水害大数据信息的智能处理分析不足、预警及智能决策信息发布的时效性差4类技术问题进行了详细论述。针对4类技术问题,从预警系统资源整合及数据驱动角度出发,将水害预警资源分为信息采集资源与计算资源,将水害预警大数据信息分为静态本源信息与动态监测信息,将数据处理分为基础地质模型数据处理、数值处理与计算模拟及信息融合数据处理,将煤矿灾害预警分为监测参数预警、指标分级预警、智能模型预警,提出并剖析了煤矿水害智能预警系统关键技术架构。提出满足技术需求系统软件服务架构,给出了基础设施层、数据资源层、应用支撑层、业务应用层、用户展现层的软件服务方案。结合水害预警建设流程提出了针对水害监测数据的门控循环单元算法预警模型,给出了预警模型的网络结构,研究了预警模型的前向计算、反向传播计算、权重梯度计算方法,分析了不同类型感知数据接入、存储、编码、模型的分类、智能深度学习模型的构建测试、预警信息发布的技术路径,为煤矿水害智能预警系统智能化建设提供借鉴。

关键词：矿井水害智能预警深度学习大数据处理智能计算

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弱含水层下软岩巷道“一隔三强”控制原理与技术

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煤炭科学技术 2023年第2期51卷 72-82页

作者：吴拥政郭罡业汪占领中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013

针对弱含水层下软岩巷道围岩大变形难控制的问题,以清水营煤矿110207运输巷为研究对象开展了研究工作。首先,依据现场调查与实测分析了巷道围岩的变形破坏特征,明确该巷道存在“一水三弱”的四大特征:即水与高比例黏土矿物并存、弱锚固... 详细信息

针对弱含水层下软岩巷道围岩大变形难控制的问题,以清水营煤矿110207运输巷为研究对象开展了研究工作。首先,依据现场调查与实测分析了巷道围岩的变形破坏特征,明确该巷道存在“一水三弱”的四大特征:即水与高比例黏土矿物并存、弱锚固基础、弱支护阻力扩散效能、弱围岩承载性能;其次,采用理论分析、数值模拟与现场实测的综合研究方法,揭示了巷道围岩的变形破坏机制,认为弱含水层下软岩巷道围岩变形破坏过程分为初始变形、急速变形与缓慢增长3个阶段,3个阶段的变形量占比约为10%、30%与60%,水的存在是导致该类巷道围岩后期变形缓慢增长的重要影响因素;最后,提出了针对该类巷道围岩“一隔三强”的稳定性控制原理与方法,即采取合适的方法隔断水与泥岩的接触通道,强化锚杆(索)锚固基础、强化锚杆(索)预紧力扩散表层与增强巷道围岩自身承载能力,并给出了相应的全断面“锚索+网+注浆+喷浆”的综合控制方案。将该方案付诸实践,现场实测表明:采用新方案后围岩裂隙封闭隔断了水与泥岩之间的接触通道,强化了锚索锚固力、预紧力扩散效能与围岩承载能力。矿压监测结果表明:巷道两帮最大移近量为51.9 mm,顶底板最大移近量为27.8 mm,保证了巷道的正常使用。研究成果较好解决了弱含水层下软岩巷道围岩的大变形问题,可为软岩巷道围岩稳定性控制提供一定的理论与技术参考。

关键词：弱含水层软岩巷道锚固巷道支护围岩控制

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裂隙分布对煤岩体冲击倾向性影响机制试验研究

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采矿与安全工程学报 2023年第3期40卷 554-562页

作者：朱志洁姚振华王来贵韩军吴云龙辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000 煤炭科学研究总院煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013

对含预制裂隙试件开展单轴压缩试验,采用声发射和数字散斑监测技术探究了不同裂隙分布试件的力学响应特征,分析了不同裂隙对试件变形破坏、冲击倾向性及能量积聚与释放的影响规律。试验结果表明:同种类型预制裂隙试件的破坏形式,随倾角... 详细信息

对含预制裂隙试件开展单轴压缩试验,采用声发射和数字散斑监测技术探究了不同裂隙分布试件的力学响应特征,分析了不同裂隙对试件变形破坏、冲击倾向性及能量积聚与释放的影响规律。试验结果表明:同种类型预制裂隙试件的破坏形式,随倾角的增加,破坏类型呈拉破坏—拉剪破坏—拉破坏—劈裂拉破坏的变化趋势,破坏剧烈程度呈现强—弱—强的变化趋势。从不同裂隙类型来看,平行双裂隙的试件产生的次生裂隙与预制裂隙形成块体结构,削弱了试件整体的完整性。单轴抗压强度、冲击能量指数等4个指标反映冲击倾向性变化规律为:随倾角增加,呈现先减小、后升高的变化趋势,其中β=30°时冲击倾向性最小。倾角相同情况下,不同类型的裂隙试件其冲击倾向性大小关系为:共面双裂隙试件>单裂隙试件>平行双裂隙试件。应力峰前阶段累计声发射能量和总累计能量之比W_(E)、峰前累计声发射事件与累计总事件之比W_(N)和声发射事件特征参数b值3个指标的变化规律与冲击倾向性的变化规律相一致。声发射信号能量-频次特征揭示了冲击倾向性变化规律的内在原因。研究成果对揭示裂隙煤岩体冲击地压发生机制具有重要理论意义。

关键词：裂隙冲击倾向性能量耗散冲击地压裂隙煤岩体

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焦化废水生物出水中可溶解性有机物的分子识别

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化工进展 2023年第9期42卷 4984-4993页

作者：王琦寇丽红王冠宇王吉坤刘敏李兰廷王昊煤炭科学技术研究院有限公司北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室北京100013

焦化废水中可溶解性有机物成分复杂、难生化降解。为从分子层次揭示焦化废水生物出水中可溶解性有机化合物的组成,首先使用二氯甲烷作为萃取剂,通过液液萃取将河北迁安宏奥工贸焦化厂的焦化废水生物出水分离成有机相和萃余相;对有机相... 详细信息

焦化废水中可溶解性有机物成分复杂、难生化降解。为从分子层次揭示焦化废水生物出水中可溶解性有机化合物的组成,首先使用二氯甲烷作为萃取剂,通过液液萃取将河北迁安宏奥工贸焦化厂的焦化废水生物出水分离成有机相和萃余相;对有机相进行四组分分离,根据四组分极性的不同,对极性较弱的饱和分和芳香分采用气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)分析,对极性较强的胶质和沥青质采用傅里叶变换离子回旋共振质谱结合电喷雾电离源(ESI FT-ICR MS)分析;对极性强的萃余相用固相萃取法得到SPE洗脱物,并进行ESI FT-ICR MS分析。结果表明:饱和分中共检测到120种化合物,焦化废水经生物处理后的难溶解有机物主要为一些分子质量较大的正构烷烃和链烷烃;芳香分中检测到34种化合物,主要检测到较高含量的醇类、酯类和酚类化合物,其中酚类主要是苯酚的烷基取代物;胶质、沥青质和SPE洗脱物分别检测到N_(x)、N_(1)O_(x)、N_(2)O_(x)、O_(x)和O_(x)S_(1)5类主要碱性有机物和非碱性有机物,胶质和沥青质中的化合物类型分布相似,且沥青质中的化合物更加丰富,SPE洗脱物的化合物类型分布与胶质和沥青质差别较大。根据碳数分布和DBE值,分别得到了主要化合物分子的结构,为焦化废水深度处理工艺的优化和改进提供了理论依据。

关键词：焦化废水生物出水可溶解性有机物分子识别

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液压支架浓缩液用咪唑啉缓蚀剂的合成与性能研究

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煤炭科学技术 2023年第8期51卷 271-278页

作者：沈栋孟征煤炭科学技术研究院有限公司矿用材料分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013

为了有效缓解液压支架的滤芯和立柱锈蚀现象,以二甲苯为溶剂和携水剂,采用酰化-环化反应在癸二酸、L-谷氨酸的基础上引入了五元氮杂环咪唑啉基团,采用氯乙酸钠为季铵盐化试剂增强水溶性,合成了2种缓蚀性能优良的液压支架浓缩液用癸二酸... 详细信息

为了有效缓解液压支架的滤芯和立柱锈蚀现象,以二甲苯为溶剂和携水剂,采用酰化-环化反应在癸二酸、L-谷氨酸的基础上引入了五元氮杂环咪唑啉基团,采用氯乙酸钠为季铵盐化试剂增强水溶性,合成了2种缓蚀性能优良的液压支架浓缩液用癸二酸双环咪唑啉季铵盐GM-1和L-谷氨酸双环咪唑啉季铵盐LM-1缓蚀剂,通过红外光谱对其进行了结构确认,通过腐蚀失重、水接触角、电化学、量子化学方法研究了2种添加剂在质量浓度为330 mg/L的NaCl腐蚀介质中对HT300灰口铸铁的缓蚀性能,探讨了2种添加剂分子在HT300灰口铸铁表面的吸附作用方式和缓蚀机理。研究结果表明:2种添加剂均对质量浓度为330 mg/L的NaCl腐蚀介质中浸泡的HT300灰口铸铁的缓蚀性能良好,当加入质量分数为0.5%的添加剂时,GM-1和LM-1的缓蚀率分别达到了95.89%和85.79%,电化学表明2种添加剂均为阳极型缓蚀剂,抑制了电荷在石墨电极和灰口铸铁之间的转移,添加剂在铸铁表面的吸附方式满足Langmuir单分子层吸附,吉布斯自由能分别为-35.361 kJ/mol和-31.093 kJ/mol,表明是自发的物理吸附和化学吸附过程,且以化学吸附为主。当分别加入质量分数为0.5%的添加剂时,GM-1和LM-1浸泡后的HT300灰口铸铁表面水接触角分别达到了86.24°和82.34°,表明添加剂分子在HT300灰口铸铁表面形成了疏水性薄膜,隔绝了Cl-的侵蚀。量子化学表明2种添加剂通过配位键和反馈键形成吸附膜,GM相较于LM更容易给出电子金属的空3d轨道形成了配位键,吸附需要的能垒更小,因此更容易在HT300灰口铸铁表面发生吸附。

关键词：液压支架咪唑啉缓蚀剂电化学量子化学

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基于径向变形增量的煤间歇性破坏过程损伤演化分析

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岩石力学与工程学报 2023年第S01期42卷 3529-3540页

作者：卢志国鞠文君高富强孙卓越彭相愿中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭科学研究总院煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013

煤样单轴压缩条件下常发生间歇性破坏行为,复杂破坏过程的损伤评价有助于明晰伴随该过程的能量演化,对矿业工程灾害预警及防治具有重要意义。为探究间歇性破坏过程损伤演化,对标准煤样进行常规单轴加载,实时监测其变形特征发现,外载荷... 详细信息

煤样单轴压缩条件下常发生间歇性破坏行为,复杂破坏过程的损伤评价有助于明晰伴随该过程的能量演化,对矿业工程灾害预警及防治具有重要意义。为探究间歇性破坏过程损伤演化,对标准煤样进行常规单轴加载,实时监测其变形特征发现,外载荷作用下煤样局部裂隙丛集发生剧烈损伤时,轴向载荷突降,径向变形剧烈增长,且载荷越接近峰值强度,增长速率越快。损伤源于内部裂隙发育扩展,导致试样沿径向快速膨胀,据此提出基于径向变形增量的损伤表征方法,对煤等非均质介质的非线性损伤评价具有更强适用性。对比基于径向变形增量的损伤评价结果与声发射特征及裂隙发育扩展演化,三者高度一致的演化过程佐证基于径向变形评价损伤的可靠性。研究结果表明,间歇性破坏阶段,裂隙局部丛集或者沿最大主应力方向相互连接贯通形成大尺度破裂,试样径向膨胀,局部剧烈破坏导致其损伤变量激增。间歇性破坏行为源于试样内部不同区域反复发生的局部剧烈损伤,锯齿状应力-应变曲线及伴随该过程的非线性损伤演化表明煤等非均质介质在外载作用下存在损伤突变现象。

关键词：岩石力学有效承载面积径向变形损伤变量非线性损伤间歇性破坏

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煤矿实测地应力与埋深关系的回归统计与分析

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采矿与岩层控制工程学报 2023年第6期5卷 59-66页

作者：伊丙鼎吕华文张晓雷顺胡滨中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013

为深入研究煤矿地应力与埋深的关系,以“中国煤矿应力环境数据库”为数据统计来源,经过数据的转换和筛选,最终选取1147组地应力数据作为研究对象,采用数理统计和力学的方法重点对主应力、三向侧压比、水平剪应力等参数随埋深的变化进行... 详细信息

为深入研究煤矿地应力与埋深的关系,以“中国煤矿应力环境数据库”为数据统计来源,经过数据的转换和筛选,最终选取1147组地应力数据作为研究对象,采用数理统计和力学的方法重点对主应力、三向侧压比、水平剪应力等参数随埋深的变化进行了分析。研究结果表明:(1)1147组实测数据中,逆断型应力状态(σ_(H)>σ_(h)>σ_(V))占25%,走滑型应力状态(σ_(H)>σ_(V)>σ_(h))占55%,正断型应力状态(σ_(V)>σ_(H)>σ_(h))占20%;中低应力区数据较多,占65%以上。煤矿井下三向应力在埋深0~148 m时,为逆断型应力状态;在埋深148~1089 m时为走滑型应力状态;埋深超过1089 m时为正断型应力状态。(2)埋深越小,侧压比分布越离散,取值越大;埋深越大,侧压比越小并最终趋于固定值,平均主应力侧压比K_(av)趋近0.6,最大主应力侧压比K_(H)趋近0.8,最小主应力侧压比K_(h)趋近0.4。(3)K_(av)=1时对应的煤矿“临界深度”为329 m,即平均水平主应力与垂直应力相等时对应的埋深为329 m。(4)得到了水平剪应力相对大小μ_(m)随埋深变化的拟合公式,μ_(m)主要集中在0.15~0.35,平均为0.25左右;μ_(m)值越大,断层越容易滑动失稳,μ_(m)超过0.35的煤矿区域应重点监测其大型断层的稳定性。

关键词：煤矿地应力埋深回归统计

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坚硬覆岩预裂弱化改性效应及导水裂缝带控制机理

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煤炭科学技术 2024年第4期52卷 105-118页

作者：张玉军李友伟肖杰张志巍李嘉伟中煤科工开采研究院有限公司北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 煤炭科学研究总院开采研究院北京100013

针对深部煤层开采坚硬覆岩条件下导水裂缝带控制问题,充分借鉴坚硬顶板预裂弱化技术,提出预裂弱化坚硬主控覆岩控制导水裂缝带高度的新方法。综合采用实验室试验、理论分析、数值模拟等方法,研究了坚硬主控覆岩预裂弱化改性效应,详细阐... 详细信息

针对深部煤层开采坚硬覆岩条件下导水裂缝带控制问题,充分借鉴坚硬顶板预裂弱化技术,提出预裂弱化坚硬主控覆岩控制导水裂缝带高度的新方法。综合采用实验室试验、理论分析、数值模拟等方法,研究了坚硬主控覆岩预裂弱化改性效应,详细阐述了不同弱化层位对导水裂缝带的控制机理,并进行了实测验证。研究结果表明:预制裂缝可以使坚硬岩石往强度低的方向进行转变,并将完整岩样的劈裂破坏特征转变为以预制裂缝为主控的张拉剪切破坏,坚硬岩石的破坏程度由剧烈趋于缓和;揭示了预制裂缝对坚硬岩体的弱化改性效应,计算得到应力与裂缝耦合的损伤变量,定性的分析了弱化程度与岩性转变的关系,改性后岩体能量存储能力降低,耗散能力增强;数值模拟了不同弱化层位对导水裂缝带的控制效果,综合对比覆岩破坏形态、裂隙数量及破坏高度动态演化规律,发现“马鞍形”破坏形态随着弱化层位的升高而逐渐减弱,覆岩裂隙数量演化基本呈现“缓增−突增”的演化趋势,未弱化以及中、高位弱化覆岩破坏高度动态演化近似呈现“S”形,而中位弱化呈“半抛形”,综合分析得出低位弱化对导水裂缝带的控制效果最好;在分析高、中、低位坚硬岩层破坏特征的基础上,揭示了不同预裂弱化层位控制导水裂缝带发育机理;钻孔实测孟村矿顶板压裂条件下的“两带”发育高度,对比发现预裂弱化条件下裂采比降低,初步验证了顶板预裂弱化对导水裂缝带发育的抑制性。研究成果将为深部矿区耦合灾害防控、水资源及生态保护等领域提供理论和科学依据。

关键词：坚硬覆岩预裂弱化岩层控制导水裂缝带高度改性效应

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