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Effect of water on dynamic mechanical properties of coal under different depth stress conditions
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作者 LI Sheng-wei GAO Ming-zhong +2 位作者 LI Ye-xue WANG Jun ZENG Gang 《Journal of Central South University》 2025年第1期220-228,共9页
Coal seam water injection in tunnels is an effective technical measure for preventing coal mine rock bursts.This study used the improved split Hopkinson pressure bar(SHPB)to apply three equal static stresses to water-... Coal seam water injection in tunnels is an effective technical measure for preventing coal mine rock bursts.This study used the improved split Hopkinson pressure bar(SHPB)to apply three equal static stresses to water-saturated coal to simulate the initial stress environment of coal at different depths.Then,dynamic mechanical experiments were conducted on the saturated coal at different depths to investigate the effects of water saturation and depth on the coal samples’dynamic mechanical properties.Under uniaxial compression and without lateral compression,the strength of coal samples decreased to varying degrees in the saturated state;under different depth conditions,the dynamic strength of coal in the saturated state decreased compared with that in the natural state.However,compared with that at 0 m,the reduction in the strength of coal under the saturated condition at 200,400,600,and 800 m was significantly reduced.The findings of this study provide a basic theoretical foundation for the prevention and control of dynamic coal mine disasters. 展开更多
关键词 coal mining depths water saturation SHPB dynamic compressive strength
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Dynamic characteristics of coal specimens with varying static preloading levels under low-frequency disturbance load 被引量:1
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作者 WEN Xiao-ze FENG Guo-rui +5 位作者 GUO Jun YU Lu-yang QIAN Rui-peng ZHANG Jie ZHANG Peng-fei FENG Wen-ming 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第8期2644-2657,共14页
The mechanical properties of residual coal pillars under the influence of upward mining disturbances significantly affect the safety of residual mining activities on working faces.This study conducted low-frequency di... The mechanical properties of residual coal pillars under the influence of upward mining disturbances significantly affect the safety of residual mining activities on working faces.This study conducted low-frequency disturbance dynamic uniaxial compression tests on coal specimens using a self-developed dynamic-static load coupling electro-hydraulic servo system,and studied the strength evolutions,surface deformations,acoustic emission(AE)characteristic parameters,and the failure modes of coal specimens with different static preloading levels were studied.The disturbance damage is positively correlated with the coal specimen static preload level.Specifically,the cumulative AE count rates of the initial accelerated damage stage for the coal specimens with static preloading level of 60%and 70%of the uniaxial compressive strength(UCS)were 2.66 and 3.19 times that of the 50%UCS specimens,respectively.Macroscopically,this behaviour manifested as a decrease in the compressive strength,and the mean strengths of the disturbance-damaged coal specimens with 60%and 70%of UCS static preloading decreased by 8.53%and 9.32%,respectively,compared to those of the specimens under pure static loading.The crack sources,such as the primary fissures,strongly control the dynamic response of the coal specimen.The difference between the dynamic responses of the coal specimens and that of dense rocks is significant. 展开更多
关键词 low-frequency disturbance dynamic response coal specimens static preloading level
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Nonlinear multi body dynamic modeling and vibration analysis of a double drum coal shearer 被引量:2
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作者 ZHANG Xiao-li YAO Guo ZHANG Yi-min 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第7期2120-2130,共11页
The double drum coal shearer is widely applied for the underground coal exploration in the mining industry.The vibration and noise control are significant factors for the stability design of the double drum coal shear... The double drum coal shearer is widely applied for the underground coal exploration in the mining industry.The vibration and noise control are significant factors for the stability design of the double drum coal shearer.In this paper,the vibration properties of a double drum coal shearer are firstly investigated.The horizontal,transverse and torsional vibrations of the motor body and the angle displacements of the rockers are taken into account.The walking units and the hydraulic units are modeled by the stiffness-damping systems.The nonlinear equation of motion of the double drum coal shearer is established by applying the Lagrange’s equation.The nonlinear vibration response of the system is calculated by using the Runge Kutta numerical method.The effects of the shearing loads,the equivalent damping and stiffness of the walking units,the inclination angels of the rockers and the equivalent damping and stiffness of the hydraulic units on the vibration properties of the system are discussed. 展开更多
关键词 coal shearer VIBRATION multi body dynamics transient response
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深部开采煤矿典型动力灾害孕灾主控因素与机制研究进展 被引量:3
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作者 杨科 郭鹏慧 +4 位作者 袁亮 曹安业 张永将 马衍坤 李家卓 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3466-3487,共22页
煤炭资源的开采逐渐进入深部开采阶段,煤岩的非线性行为、大范围高能级灾害、多物理场耦合等现象加剧,冲击地压和煤与瓦斯突出二者相互诱导、相互激励,煤矿典型动力灾害危险性和危害性渐趋严重,已成为制约我国深部煤炭资源安全高效生产... 煤炭资源的开采逐渐进入深部开采阶段,煤岩的非线性行为、大范围高能级灾害、多物理场耦合等现象加剧,冲击地压和煤与瓦斯突出二者相互诱导、相互激励,煤矿典型动力灾害危险性和危害性渐趋严重,已成为制约我国深部煤炭资源安全高效生产的绊脚石,防治煤矿典型动力灾害的前提和基础是深入研究其发生机理。因此,需要掌握我国煤矿冲击地压、煤与瓦斯突出和煤岩瓦斯复合动力灾害机理研究领域的整体进展以及孕灾主控因素与机制。文中总结了前人及研究团队已有研究成果,利用CiteSpace软件梳理文献,并通过关键词共现和突现知识图谱分析,阐述了煤矿典型动力灾害领域发展历程中每个阶段的研究热点以及未来的发展态势;厘清了不同孕灾条件对煤与瓦斯突出和冲击地压影响的差异性;探讨了煤矿典型动力灾害孕育的“五效应”机制。分析认为,围绕煤矿典型动力灾害领域的研究均以其发生机理及孕灾因素为基点,其中孕灾因素以天然地质条件为主、开采技术条件为辅,不同的孕灾环境形成的典型动力灾害表现形式不同,典型动力灾害孕育机制包括物质内在效应、应力超载效应、能量驱动效应、结构异变效应和煤岩体时变效应,五者相互作用、相互影响。根据当前深部开采面临的问题和亟需攻克的关键难题提出了研究展望,亟待深入研究煤矿典型动力灾害全生命周期孕育特征、演化特征、致灾机理,深部强扰动作用下煤矿典型动力灾害前兆信息智能辨识、预警指标融合,以及多灾种链生灾害联防联控体系,从而有效保障深部煤炭资源安全高效开采。 展开更多
关键词 深部开采 煤与瓦斯突出 冲击地压 煤岩瓦斯复合动力灾害 孕灾机制
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基于深度学习的钻孔冲煤量智能识别方法 被引量:1
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作者 李小军 赵明炀 李淼 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第1期257-270,共14页
【目的】为解决人工统计钻孔冲煤量不准确以及效率低等问题,提出一种YOLOv8n、Res-Net34和PP-OCRv4算法相结合的智能识别方法。【方法】该方法首先使用YOLOv8n算法完成一级检测,同时并行级联ResNet34算法与PP-OCRv4算法进行二级处理,并... 【目的】为解决人工统计钻孔冲煤量不准确以及效率低等问题,提出一种YOLOv8n、Res-Net34和PP-OCRv4算法相结合的智能识别方法。【方法】该方法首先使用YOLOv8n算法完成一级检测,同时并行级联ResNet34算法与PP-OCRv4算法进行二级处理,并结合基于追踪帧数的分类状态判别方法,建立了冲煤量自动计算的算法框架。其次,在YOLOv8n的C2f模块中引入可变形卷积DCNv2模块,以削弱点状强光照对特征采集的影响,并将其默认的检测头替换为Dynamic Head检测头模块,以强化算法在尺度,空间和通道维度的特征提取能力,以及将CIoU损失函数替换为SIoU损失函数,以加速预测框与真实框的匹配,并利用自建的数据集对改进后的YOLOv8n算法进行验证。【结果和结论】结果表明:(1)与原算法相比,平均类别检测精度提高了7.6%,召回率提高了3.5%,精确率提高了6.4%,验证了改进策略对提升模型性能的有效性和稳定性。(2)对4个不同的瓦斯抽采水力冲孔钻场的实时视频进行测试,识别准确率分别为100.0%、93.3%、95.7%和93.1%,平均达到95.5%,满足了水力冲孔钻孔冲煤量自动识别的精度要求。(3)采用追踪帧数确定ResNet34分类状态的方法,解决了分类状态单次识别结果不可靠的问题。研究成果为YOLO系列算法与其他深度学习技术的融合和广泛应用提供了技术与实践基础,对促进瓦斯抽采钻场等煤矿井下复杂场景的智能化进步具有参考价值。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 冲煤量 YOLOv8n ResNet34 PaddleOCR 可变形卷积 动态检测头 智能识别 煤矿
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陕西省煤电企业绿色低碳转型路径研究 被引量:2
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作者 陆秋琴 路旭亮 《安全与环境学报》 北大核心 2025年第2期779-789,共11页
煤电企业化石能源消耗高、污染排放量大,在环境和能源政策的影响下,实现“双碳”目标以及企业发展都要求煤电企业实现绿色低碳转型。陕西省煤电企业规模和数量均大,煤电企业绿色低碳转型任务艰巨。为此,必须探索陕西省煤电企业绿色转型... 煤电企业化石能源消耗高、污染排放量大,在环境和能源政策的影响下,实现“双碳”目标以及企业发展都要求煤电企业实现绿色低碳转型。陕西省煤电企业规模和数量均大,煤电企业绿色低碳转型任务艰巨。为此,必须探索陕西省煤电企业绿色转型路径。通过陕西省煤电企业绿色低碳内涵界定,运用文献分析法和灰色关联度等方法确定陕西省煤电企业绿色低碳转型的关键影响因素;对系统进行分析,以管理、能源、生产、经济和创新5个子系统构建系统动力学仿真模型,通过Vensim PLE软件模拟煤电企业绿色低碳转型路径。结果显示,各调整路径对煤电企业绿色低碳转型均具有正向影响,但影响程度存在差异。通过加强绿色转型投入以构建绿色管理,降低生产能耗,积极参与碳市场交易,积极创新和技术引进等可以有效提高能源转换效率的绿色转型路径对煤电企业具有明显效果。 展开更多
关键词 环境工程学 煤电企业 绿色转型 低碳发展 关联度分析 系统动力学
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煤气化渣一步重构碳/P沸石及其吸附结晶紫机制
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作者 吴玉花 刘彩珠 +4 位作者 马玉龙 孙永刚 吉文欣 朱莉 白红存 《煤炭学报》 北大核心 2025年第5期2658-2670,共13页
煤气化渣的高效资源化利用是当前能源、环保和可持续发展领域亟待解决的关键问题。作为煤气化过程的主要副产物,煤气化细渣的年排放量巨大。但其传统处理方法存在炭灰分离困难、原子利用率低、二次污染严重等技术瓶颈,严重制约了其资源... 煤气化渣的高效资源化利用是当前能源、环保和可持续发展领域亟待解决的关键问题。作为煤气化过程的主要副产物,煤气化细渣的年排放量巨大。但其传统处理方法存在炭灰分离困难、原子利用率低、二次污染严重等技术瓶颈,严重制约了其资源化利用效率。本研究创新性地开发了一种煤气化细渣原位活化一步法重构技术,成功制备了碳/P型沸石复合材料(CPCMs),实现了温和条件下细渣中硅、铝及碳元素的高效协同活化。复合材料具有花状多级孔结构,比表面积为107 m^(2)/g,以介孔为主。此外,通过调控碱溶出时间与煅烧条件,CPCMs中的P型沸石可定向转化为钠十字沸石。CPCMs对水中结晶紫染料表现出优异吸附性能,在303 K时最大吸附量为454.6 mg/g。其吸附行为符合准二级动力学模型,R^(2)>0.995,表明化学吸附主导。等温吸附数据与Langmuir模型高度吻合,证实单层均匀吸附特性。热力学分析显示,吸附过程为自发吸热,ΔG<0,ΔH=33.92 kJ/mol,ΔS>0。机理研究表明,吸附作用源于多机制耦合:P型沸石的介孔限域效应和静电吸引,pH>7时吸附量显著提升;残碳组分的π-π共轭作用;复合材料中金属离子与结晶紫阳离子的离子交换以及络合作用。值得注意的是,CPCMs在宽盐度范围内保持稳定吸附性能,展现出良好的抗干扰能力。该研究不仅实现了煤气化细渣的高值化资源利用,还为工业废水处理提供了经济高效的吸附材料,具有重要的环境与经济效益。 展开更多
关键词 煤气化细渣 原位转化 硅铝酸盐多聚体 多孔材料 动力学模型
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实时温度下煤系泥岩动态力学特性及微观破裂特征研究
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作者 张连英 吴鹏 +2 位作者 李明 郑亚东 李兵 《煤炭学报》 北大核心 2025年第S1期192-204,共13页
我国露天煤矿普遍存在老窑采空区,区域内煤层自燃发火将对周围岩体的宏观力学特性及微观结构产生显著影响,爆破冲击载荷是诱发煤火燃烧区围岩失稳的关键因素,极易造成工作帮台阶崩塌、火灾等安全事故,对露天煤矿生产安全构成严重威胁。... 我国露天煤矿普遍存在老窑采空区,区域内煤层自燃发火将对周围岩体的宏观力学特性及微观结构产生显著影响,爆破冲击载荷是诱发煤火燃烧区围岩失稳的关键因素,极易造成工作帮台阶崩塌、火灾等安全事故,对露天煤矿生产安全构成严重威胁。因此,开展实时温度下煤系泥岩动态力学特性及微观破裂机制研究,对露天煤矿工作帮台阶及安全开采具有重要意义。借助自主研制的高温分离式霍普金森压杆(H-SHPB)试验装置,开展常温(25℃)和实时温度100、200、300、400、500℃条件下煤系泥岩试样动态压缩试验,结合扫描电镜、能谱分析和组分测试试验,对煤系泥岩动态力学特性及宏细观断裂特征进行了系统的研究。研究结果表明:煤系泥岩动态峰值强度、弹性模量和峰值应变随应变率的增加而增大,表现出显著的应变率强化效应;固定应变率下,动态峰值强度和弹性模量随温度的增加呈现先增加后降低的变化趋势,在25~200℃温度区间呈波动上升趋势,200~500℃温度区间呈单调降低趋势;煤系泥岩破坏程度与应变率呈正相关,但其随温度增加表现为明显的区间效应;随应变率增加,煤系泥岩破坏后断口形貌逐渐由剪切断裂形貌向拉伸断裂形貌转化,且在高应变率下,钠长石和正长石晶粒骨架的破坏模式由沿晶破坏逐渐转变为穿晶破坏模式,这是煤系泥岩破坏程度增大的主要原因;温度对煤系泥岩的影响可分为2个阶段,25~200℃下煤系泥岩内部黏土矿物受热膨胀,填补骨架颗粒与黏土矿物间的空隙,使煤系泥岩整体更为密实,其破坏程度逐渐降低,表现为强化作用;200~500℃下煤系泥岩受高温热应力影响,内部裂隙增加,晶粒尺寸减小,导致其整体强度降低,破坏程度逐渐增加,表现为劣化作用。 展开更多
关键词 露天煤矿 煤火燃烧区 实时温度 动态力学特性 微观破裂机制
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三轴蠕变扰动作用下含瓦斯煤岩损伤模型研究
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作者 王波 马世纪 +7 位作者 田志银 任永政 高翔宇 孙宏旭 季渤 于克祥 王军 黄万朋 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第4期187-200,共14页
为研究不同应力状态下蠕变煤岩在开采扰动下的瓦斯渗流变化规律,采用自主研发的RRTS-IV型岩石蠕变扰动效应试验系统,开展三轴蠕变扰动渗流试验,基于扰动损伤影响下的Burgers蠕变模型和改进的加速蠕变元件,建立煤岩蠕变模型,并进一步推... 为研究不同应力状态下蠕变煤岩在开采扰动下的瓦斯渗流变化规律,采用自主研发的RRTS-IV型岩石蠕变扰动效应试验系统,开展三轴蠕变扰动渗流试验,基于扰动损伤影响下的Burgers蠕变模型和改进的加速蠕变元件,建立煤岩蠕变模型,并进一步推导应力−渗透率关系公式。试验结果表明:①瓦斯压力不变时,围压增大使渗透率降低,轴压超过应力阈值后渗透率迅速增大,该阈值介于稳定与加速蠕变阶段之间,低于长期强度;②围压不变时,随着初始瓦斯压力增大,煤样初始渗透率降低,此时应力对渗透率的影响弱于煤样的解吸、吸附对煤样内部膨胀变形的作用,但随着有效应力的增大,有效应力的作用将会占据主导作用;③静态应力不变时,持续扰动引起煤岩损伤并最终破坏,并经历减速蠕变、稳定蠕变、加速蠕变3个阶段,且静载应力水平影响初始蠕变状态及抗扰动能力;④基于蠕变扰动试验,将Burgers体模型与改进的加速蠕变模型元件串联,考虑扰动损伤,联立渗透率−应变关系,建立了一种包含损伤的应力−渗透率模型(蠕变模型),通过拟合数据对比R^(2)均在0.9以上,验证了模型的合理性。 展开更多
关键词 动力灾害 含瓦斯煤岩 渗流性质 扰动损伤 蠕变模型
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结构瞬变激励下覆岩应变能场和重力势能场的演变机理
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作者 罗生虎 高佳波 +7 位作者 闫壮壮 伍永平 解盘石 韩刚 王红伟 田程阳 王同 孙明明 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期768-780,共13页
揭示覆岩能量场的聚集与释放机理,是煤岩动力灾害防治的理论基础。采用模拟试验、数值计算和理论分析相结合的方法,通过构建坚硬岩层破断前、后2个稳态时的力学模型,对比分析了结构瞬变前、后采场煤岩受载的阶变特征,研究了结构瞬变激... 揭示覆岩能量场的聚集与释放机理,是煤岩动力灾害防治的理论基础。采用模拟试验、数值计算和理论分析相结合的方法,通过构建坚硬岩层破断前、后2个稳态时的力学模型,对比分析了结构瞬变前、后采场煤岩受载的阶变特征,研究了结构瞬变激励下覆岩应变能和重力势能聚集与释放的演变机理。结果表明:受自重应力场和采动卸荷效应影响,采动影响范围内的各岩层相互作用、相互制约,存在紧密且复杂的力学联系。坚硬岩层破断诱发的结构瞬变,打破了岩层间原有旧秩序的平衡,导致岩层间的力学联系发生瞬变,覆岩载荷传递路径亦发生瞬变,覆岩的应变能场和重力势能场随之改变。并且覆岩载荷传递路径的瞬变,会对采场空间不同区域的煤岩形成不同的瞬时加、卸载,造成不同区域覆岩能量的演变特征存在差异。这其中,下位坚硬岩层破断后,破裂面内力的瞬时卸载和覆岩载荷传递路径瞬变形成的瞬时加载,使其邻近采空区的部分区域瞬时向上回弹、释放应变能,回弹区以里的部分区域瞬时下沉、释放重力势能。与此同时,结构瞬变区域支撑载荷的瞬时卸载,使上位坚硬岩层瞬时下沉、变形量骤增,重力势能释放而应变能聚集。本质上,结构瞬变激励下采场煤岩的动力学响应过程,是采场煤岩原有时空结构被打破后向新时空结构演化的动力学过程,存在应变能、重力势能和动能的相互转换,并伴随有应变能和重力势能的聚集与释放。且整体而言,覆岩应变能的释放区域较小,主要集中在瞬时卸载区,其余区域瞬时增大;而重力势能的释放范围较大,仅在下位坚硬岩层的回弹区域略有增大。 展开更多
关键词 结构瞬变 应变能 重力势能 聚集与释放 煤岩动力灾害
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煤矿隐蔽致灾因素内涵及普查要点辨析
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作者 连会青 王旭 +8 位作者 尹尚先 夏向学 曹敏 李启兴 吴晓明 张斌 王阳雨 张庆 王国安 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第9期99-110,共12页
【背景】为系统规范煤矿隐蔽致灾因素普查工作,国家矿山安全监察局于2024年颁布了《矿山隐蔽致灾因素普查规范》。当前煤矿企业在实施过程中仍面临隐蔽致灾因素内涵界定模糊、普查范围宽泛、实施阶段不明确、勘查与普查脱节、结论表述... 【背景】为系统规范煤矿隐蔽致灾因素普查工作,国家矿山安全监察局于2024年颁布了《矿山隐蔽致灾因素普查规范》。当前煤矿企业在实施过程中仍面临隐蔽致灾因素内涵界定模糊、普查范围宽泛、实施阶段不明确、勘查与普查脱节、结论表述不当等突出问题,严重制约了隐蔽致灾因素普查工作的科学性和可操作性。【方法】回顾了隐蔽致灾因素普查的研究历程,梳理总结了各发展阶段的主要技术成果,剖析存在问题,凝练关键技术和科学问题,展望业界未来所面临的挑战,指出迎接挑战的关键技术及理论方向。【进展】在此基础上,界定隐蔽致灾因素内涵仅包括地质类因素和采矿类因素,进一步划分为5大类,煤层储存条件、地质体、地质构造、采矿及其他因素;普查实施阶段应摒弃传统的“3年周期普查”模式,采用建井前区域探查、生产前补充勘探、采区设计前精细勘查、采掘前综合探治、采掘过程中动态补充的递进式普查治理方法,突出隐蔽致灾因素普查与治理的动态演化特征,实现灾害防控与采掘工程的动态协同;建立隐蔽致灾因素资料评估机制,即已经查明直接引用、部分存疑局部验证、尚未查明全面探查,实现勘查与普查的高效协同,避免重复探查;提出“一般规定−资料分析−现场探查−危险性评价−结论建议”的标准化普查流程。【展望】我国复杂的地质构造决定了隐蔽致灾因素在采掘过程中的重要地位,在未来隐蔽致灾领域将跟随科学脚步,面向智能、透明化矿山需求,构建“区域−矿井−煤层”的隐蔽致灾评估体系,推动灾害防控和采掘活动的动态协同,为煤矿安全开采提供地质保障,为煤矿隐蔽致灾因素普查提供科学指导,对提升矿山灾害防控能力具有重要意义。 展开更多
关键词 煤矿 隐蔽致灾 因素分类 普查难点 动态探查 普查 研究进展
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煤矿冲击地压数值物理模拟方法与应用研究
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作者 齐庆新 王守光 +7 位作者 王美美 崔春阳 刘化广 王嘉敏 穆鹏宇 朱小景 李海涛 许学伟 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第1期1-13,共13页
由于冲击地压现场试验危险性高、监测困难、难以控制触发机制等局限,建立有效的物理相似模拟和数值模拟方法是冲击地压机理与防治研究的重要手段。针对冲击地压物理相似模拟,介绍了相似模拟实验材料的研发进展,在静力相似准则基础上发... 由于冲击地压现场试验危险性高、监测困难、难以控制触发机制等局限,建立有效的物理相似模拟和数值模拟方法是冲击地压机理与防治研究的重要手段。针对冲击地压物理相似模拟,介绍了相似模拟实验材料的研发进展,在静力相似准则基础上发展了煤岩体动力相似准则,提出了惯性力相似条件,在此基础上开展材料研发和相似模型设计,研究表明:由高聚物、石英砂等组成的相似材料与煤岩动力破坏过程的强度和破坏模式等均具有较好的相似性;结合冲击地压应力波场物理相似模拟试验台,开展了波场传播诱冲过程相似模拟实验,发现应力波在顶底板间相互干涉、叠加,形成煤层槽波,应变场整体上也逐步汇聚在煤层,形成局部化带,最终导致冲击破坏。针对冲击地压数值模拟,介绍了有限元法等连续介质力学方法、离散元法等不连续变形模拟方法,以及连续介质力学-不连续变形耦合方法在冲击地压数值模拟中的研究进展,分析了非线性有限元与不平衡力理论在研究冲击地压潜在风险中的应用前景,围绕煤岩体弹射的势动能瞬态转换力学机制,分别阐述了弹射前期高弹性能体形成、弹射中期岩体瞬间脆断和块体形成的非平衡条件、弹射后期块体运动的模拟思路。最后,介绍了近场动力学与有限元耦合模拟算法在模拟煤岩冲击地压连续-非连续转换中的初步应用,取得了预期效果。本研究有望为煤矿冲击地压模拟提供新思路,对于煤矿安全生产具有重要意义。 展开更多
关键词 冲击地压 物理相似模拟 动力相似准则 数值模拟 弹射理论模型
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基于CFD的燃煤锅炉协同处置含油污泥方案设计
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作者 张凡志 郑德水 +3 位作者 张海丹 李卫平 方仙明 张光学 《锅炉技术》 北大核心 2025年第2期23-30,共8页
针对含油污泥产量高、危害大及处理困难等特点,设计了采用燃煤锅炉进行协同焚烧处置的技术方案,对含油污泥进行加热、除杂、配比及均匀化后,由喷枪雾化后形成50~150μm的液滴,送入炉膛燃烧。采用计算流体力学对设计方案进行验证及优化... 针对含油污泥产量高、危害大及处理困难等特点,设计了采用燃煤锅炉进行协同焚烧处置的技术方案,对含油污泥进行加热、除杂、配比及均匀化后,由喷枪雾化后形成50~150μm的液滴,送入炉膛燃烧。采用计算流体力学对设计方案进行验证及优化。结果表明:当喷枪布置在主燃区中下位置时,油泥液滴能够穿透至炉膛内部,避免贴壁燃烧引起的壁面温度高、还原性气氛强等问题。由于掺烧比例低、油泥热值与煤粉接近,因此不同的布置方案均不会影响整体炉膛内温度场分布特性。当喷枪布置在主燃区中间位置时,四周水冷壁表面的氧气体积分数较高,避免了高温腐蚀风险。从煤粉燃尽率来看,掺烧含油污泥后,不同的方案均能够降低飞灰含碳量,当喷枪布置在主燃区中间位置时,不同负荷下油泥对煤粉燃尽率的影响均较小。经过数值模拟分析后认为,采用大型燃煤锅炉进行含油污泥协同处置,最优方案是将雾化喷枪布置在主燃区中部二次风喷口附近。 展开更多
关键词 含油污泥 燃煤锅炉 协同处置 掺烧 计算流体力学
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煤矸分拣机器人的煤矸动态称重方法
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作者 曹现刚 刘依哲 +2 位作者 吴旭东 王鹏 张烨 《工矿自动化》 北大核心 2025年第6期8-14,54,共8页
基于图像识别的煤矸分拣机器人是煤矸分拣领域的研究热点。针对实际复杂工况下煤矸图像易受灰尘附着、光照变化、水渍粘黏、煤泥水覆盖等因素影响而导致煤矸识别准确率低的问题,提出了一种融合拉力传感器和加速度传感器的煤矸动态称重方... 基于图像识别的煤矸分拣机器人是煤矸分拣领域的研究热点。针对实际复杂工况下煤矸图像易受灰尘附着、光照变化、水渍粘黏、煤泥水覆盖等因素影响而导致煤矸识别准确率低的问题,提出了一种融合拉力传感器和加速度传感器的煤矸动态称重方法,以实现煤矸二次识别。通过分析煤矸分拣机器人机械臂高速运动过程中三轴加速度对拉力传感器的影响机理,建立了基于三轴加速度补偿的煤矸动态称重模型;进一步引入四分位距(IQR)算法构建异常值剔除机制,以抑制动态称重模型中的随机噪声。搭建了煤矸分拣机器人的煤矸动态称重实验平台进行实验,结果表明:未融合三轴加速度补偿时称重误差达66.43%,引入z轴和x,y轴加速度补偿后误差分别降至12.97%,8.69%,加入IQR算法后的煤矸动态称重模型的称重误差进一步降至4.69%,较未融合三轴加速度补偿和IQR算法时降低了61.74%;该模型能对密度差异大于0.35 g/cm3的煤和矸石实施二次识别,有效解决了实际复杂工况下煤矸识别准确率过低的问题。 展开更多
关键词 煤矸分拣机器人 煤矸动态称重 煤矸二次识别 加速度补偿 四分位距算法
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深部强动压软弱煤层沿空煤巷煤柱宽度及非对称控制研究
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作者 吕风 《煤炭工程》 北大核心 2025年第1期120-128,共9页
针对深部强动压软弱煤层沿空掘巷留设煤柱及其围岩支护系统极易发生大范围失稳破坏难题,以东庞矿深部水平沿空煤巷作为研究对象,采用理论分析方法获得了上覆基本顶岩层断裂线位置,明晰了煤柱尺寸与内、外应力场及极限平衡区宽度之间的... 针对深部强动压软弱煤层沿空掘巷留设煤柱及其围岩支护系统极易发生大范围失稳破坏难题,以东庞矿深部水平沿空煤巷作为研究对象,采用理论分析方法获得了上覆基本顶岩层断裂线位置,明晰了煤柱尺寸与内、外应力场及极限平衡区宽度之间的数值关系;引入偏应力分析指标,模拟研究了不同煤柱宽度下的沿空掘巷围岩偏应力与塑性破坏场响应特征,确定了深部强动压软弱煤层沿空掘巷窄煤柱合理宽度为7 m。基于7 m煤柱宽度情况下,模拟研究了回采期间超前工作面不同位置处的巷道围岩偏应力及塑性区分布状态,确定了超前工作面单体支柱加强范围;得出了掘巷稳定后其顶板、实体煤及煤柱帮塑化程度与偏应力峰值带边界线位置;明确了沿空巷道煤柱侧是围岩控制的关键区,阐述了掘巷支护设计时需将锚索穿过围岩偏应力峰值带边界线于围岩深部较完整区内的围岩控制对策,提出了“巷帮非对称槽钢桁架锚索网+顶板槽钢桁架锚索联合点锚索+局部破碎区注浆改性+单体液压支柱超前支护”的围岩综合治理技术。工程实践表明,研究所确定的7 m宽煤柱及围岩综合治理技术可有效控制围岩变形,保障深部强动压软弱煤层工作面的安全回采。 展开更多
关键词 软弱煤层 强动压 沿空掘巷 窄煤柱 非对称控制
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阴⁃非离子复合溶液对烟煤润湿性影响及微观机理研究
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作者 荆德吉 鲍春花 +3 位作者 葛少成 孟祥曦 杨殿才 刘晓南 《煤炭转化》 北大核心 2025年第5期61-69,共9页
为了探讨阴-非离子复合溶液对烟煤的润湿性影响和微观机理,选择阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和非离子表面活性剂椰子油脂肪酸二乙醇酰胺(CDEA)为研究对象,通过润湿实验对单一表面活性剂和复合表面活性剂溶液的润湿性进行研究... 为了探讨阴-非离子复合溶液对烟煤的润湿性影响和微观机理,选择阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和非离子表面活性剂椰子油脂肪酸二乙醇酰胺(CDEA)为研究对象,通过润湿实验对单一表面活性剂和复合表面活性剂溶液的润湿性进行研究;利用分子动力学计算水/煤、水/表面活性剂/煤体系的相互作用,并对模拟结果展开相对浓度分布、均方位移和相互作用能分析。结果表明:溶液表面张力及其在煤上的润湿角随溶液质量分数增大而减小,两种单一表面活性剂均在质量分数为0.05%后趋于稳定,0.05%质量分数下SDBS-CDEA复配溶液的表面张力及润湿角均低于单一表面活性剂;相较于单一表面活性剂体系,SDBS-CDEA体系中水分子相对浓度分布起点最靠前,水与煤的相对浓度分布曲线重叠面积最大,表面活性剂在煤表面的相对浓度最高,且此体系下水分子扩散系数降低了27.87%,体系中水与煤的相互作用能也最大,为-406.273 kJ/mol,有效地解决了烟煤亲水性差、润湿困难的问题。研究结果可为抑尘剂的选择和研发提供理论参考。 展开更多
关键词 分子动力学 烟煤 阴-非离子复合溶液 润湿性 表面活性剂
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基于链式基站坐标融合的采煤机定位方法
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作者 杨艺 孙英杰 +2 位作者 常亚军 刘斌斌 王科平 《工矿自动化》 北大核心 2025年第5期49-56,共8页
在采煤工作面狭长的空间中,超宽带(UWB)基站呈链式分布,通信信号传输的散射、绕射和衰减等扰动和基站间动态坐标融合机制的缺乏均降低了采煤机定位精度。为提高采煤机在工作面UWB基站下的定位精度,提出了一种基于链式基站坐标融合的采... 在采煤工作面狭长的空间中,超宽带(UWB)基站呈链式分布,通信信号传输的散射、绕射和衰减等扰动和基站间动态坐标融合机制的缺乏均降低了采煤机定位精度。为提高采煤机在工作面UWB基站下的定位精度,提出了一种基于链式基站坐标融合的采煤机定位方法。建立了适应采煤过程中UWB基站位置动态变化的采煤机运动模型,采用无迹卡尔曼滤波(UKF)处理UWB测量偏转角,建立了基于UWB基站空间分布特征的链式基站坐标融合模型,以减少时变扰动的影响,采用梯度下降法对采煤机和液压支架群间的位置误差进行迭代优化,提升绝对坐标系下采煤机定位精度,并利用卡尔曼滤波(KF)对基站坐标数据进行滤波,消除梯度下降造成的误差叠加,实现高精度定位。实验结果表明:在±40°范围内,UWB测量偏转角经UKF处理后误差为±5°;在基站间天线平行、非平行情况下,KF链式基站坐标融合方法的均方误差(MSE)较传统刚性基站坐标融合分别降低了91.3%,95.8%,均方根误差(RMSE)分别降低了70.5%,95.5%;在基站间无遮挡、部分遮挡及全遮挡条件下,KF链式基站坐标融合方法实现了较高的采煤机定位精度和稳定性。 展开更多
关键词 采煤机定位 超宽带 链式基站坐标融合 动态定位 无迹卡尔曼滤波
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环保税下燃煤电厂CCUS技术投资动态控制
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作者 王新平 查鑫鑫 苏畅 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第4期735-743,共9页
为深入探究环保税背景下燃煤电厂碳捕集、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)技术投资决策,构建基于环保税的燃煤电厂CCUS技术投资的动态控制模型,分析利润最大化条件下和社会福利最大化条件下系统稳态均衡以... 为深入探究环保税背景下燃煤电厂碳捕集、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)技术投资决策,构建基于环保税的燃煤电厂CCUS技术投资的动态控制模型,分析利润最大化条件下和社会福利最大化条件下系统稳态均衡以及投资决策,并且进行数值模拟。结果表明:电价随着环保税的增加而增加,环保税的取值也决定了电价与CCUS技术之间的关系;燃煤电厂合理配置资源和环保税政策的合理设计,能使技术发展和环保税更好地发挥协同作用,进行减排;利润最大化条件下,初始碳排放量和技术之间的大小会影响均衡投资随环保税的变化趋势,当f>3d(t)时,均衡投资随着环保税的增加而减小;当d(t)<f<3d(t)时,均衡投资随着环保税的增加而增加;利润最大化下的燃煤电厂CCUS技术投资量高于社会福利最大化下的投资量;社会福利相较于利润更有力地促进技术创新;2种条件下控制系统都能具有鞍点稳定性。研究结果可为燃煤电厂在环保税政策下采取CCUS技术投资决策提供依据。 展开更多
关键词 环保税 燃煤电厂 碳捕集、利用与封存 技术投资 动态控制
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改进YOLOv7的高效煤矿烟火检测算法
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作者 刘春霞 张凯强 +2 位作者 潘理虎 龚大立 谢斌红 《计算机工程与设计》 北大核心 2025年第6期1832-1840,共9页
为解决煤矿烟火检测中速度缓慢和图像背景干扰问题,提出一种基于YOLOv7改进的检测算法。通过设计SlimNeck结构重构颈部网络实现模型轻量化;采用WIoUv3减轻低质量训练集的影响;在ELAN结构融入EMA模块,减少信息转换过程中的损失;引入具备... 为解决煤矿烟火检测中速度缓慢和图像背景干扰问题,提出一种基于YOLOv7改进的检测算法。通过设计SlimNeck结构重构颈部网络实现模型轻量化;采用WIoUv3减轻低质量训练集的影响;在ELAN结构融入EMA模块,减少信息转换过程中的损失;引入具备多种感知能力的动态检测头提升模型表现力。实验结果表明,改进后的模型mAP提升了3.2%,同时模型的参数量和计算量分别减少了0.59 MB和2.2 G。检测速度达到了18.1 ms,保证了高精度,满足实时监测的需求。 展开更多
关键词 目标检测 空间语义信息转换 注意力机制 边界框回归函数 动态检测头 煤矿烟火 轻量化网络
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基于系统动力学的煤炭供应链节能减排路径分析
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作者 吴悦 门敏刚 何龙龙 《煤炭工程》 北大核心 2025年第4期202-209,共8页
“双碳”背景下,如何减少碳排放、提高能源利用效率是我国工业发展现阶段面临的主要问题。为了寻求煤炭供应链的节能减排最优路径及利润最大化路径,基于系统动力学方法及原理,通过实践研究建立了煤炭供应链碳排放与供应链总利润的系统... “双碳”背景下,如何减少碳排放、提高能源利用效率是我国工业发展现阶段面临的主要问题。为了寻求煤炭供应链的节能减排最优路径及利润最大化路径,基于系统动力学方法及原理,通过实践研究建立了煤炭供应链碳排放与供应链总利润的系统动力学模型,并进行动态仿真实验,针对性地提出了利用煤层气、煤矸石发电以及增加环保投资三种减排路径,且利用模型进行了效果检验与敏感性分析。结果表明:三种路径都可以减少碳排放量,煤矸石发电占比对碳排放量影响最大;在一定范围内提高煤层气利用率可以增加总利润,煤矸石发电占比和环保投资比例的提升都会使总利润减少。 展开更多
关键词 煤炭供应链 节能减排 系统动力学 敏感性分析
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