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2000—2023年我国煤矿事故发生规律与时空特征研究
1
作者 熊思 梁运涛 +2 位作者 贾宝山 田富超 徐以诺 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2025年第10期121-129,共9页
为探索煤矿事故发生规律,基于重心模型理论对2000—2023年煤矿事故的时空特征进行分析,通过GIS绘制煤矿事故的重心迁移轨迹,得出事故迁移距离和方向。研究结果表明:2000—2023年间,我国煤矿事故起数下降95.81%,死亡人数下降92.36%,事故... 为探索煤矿事故发生规律,基于重心模型理论对2000—2023年煤矿事故的时空特征进行分析,通过GIS绘制煤矿事故的重心迁移轨迹,得出事故迁移距离和方向。研究结果表明:2000—2023年间,我国煤矿事故起数下降95.81%,死亡人数下降92.36%,事故起数重心向东北方向迁移211.15 km,死亡人数重心向东北方向迁移230.78 km,煤炭产量重心向西南方向迁移185.42 km,GDP重心向西南方向迁移210.56 km,空间重心的转移表明中国西南地区的煤矿安全形势得到较大改善,与东部地区的煤矿安全形势差距缩小;顶板灾害在煤矿事故中发生频率最高,占煤矿事故的50.42%,顶板事故死亡人数最多,瓦斯灾害次之。研究结果对于矿井制定和采取有针对性的灾害防控措施具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 煤矿事故 GIS 时空特征 重心迁移 统计分析
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采空区复合灾害环境下含瓦斯煤自燃特征研究进展 被引量：22
2
作者 田富超 贾东旭 +3 位作者 陈明义 梁运涛 朱红青 张同浩 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2711-2727,共17页
采空区瓦斯与煤自燃复合灾害日趋成为制约矿井安全生产的主要灾害模式,煤自燃作为瓦斯燃烧、爆炸等灾害事故的“点火源”,无疑是防范煤矿采空区复合灾害的关键。目前关于采空区遗煤残余瓦斯(吸附态为主)与风流瓦斯(游离态)对煤自燃影响... 采空区瓦斯与煤自燃复合灾害日趋成为制约矿井安全生产的主要灾害模式,煤自燃作为瓦斯燃烧、爆炸等灾害事故的“点火源”,无疑是防范煤矿采空区复合灾害的关键。目前关于采空区遗煤残余瓦斯(吸附态为主)与风流瓦斯(游离态)对煤自燃影响机理的认识还不够深入,为此探究了含瓦斯条件下煤自燃相关研究的最新进展。现阶段针对含瓦斯风流/气氛下煤自燃特性的研究内容较为丰富,但吸附态瓦斯影响条件下的煤自燃特性实验平台及相关研究成果较匮乏。研究表明,游离瓦斯易引起煤低温氧化气体产物出现明显的“滞后效应”,同时煤体放热强度减弱、活化能整体增大,这反映出氧化气氛中的瓦斯对煤自燃具有抑制作用;相应地,煤自燃过程中的官能团、自由基及煤微晶结构等微观特征参数均会随瓦斯体积分数呈现规律性演变。进一步,考虑到遗煤内部残余瓦斯与风流瓦斯的赋存状态差异,探究了瓦斯对煤自燃过程的影响机理,包括CH4对O_(2)的驱替稀释作用、CH_(4)与O_(2)的竞争吸附解吸引起的置换效应,以及高温环境下的O_(2)分子化学吸附和煤氧复合效应作用。基于此,提出了采空区遗煤在吸附态瓦斯影响下的自燃过程特性、含瓦斯煤自燃流–固–热–化多场耦合特征、含瓦斯煤自燃监测预警理论应用等亟待突破的瓶颈问题。 展开更多
关键词 煤自燃 复合灾害环境 微观特征 多场耦合 遗煤残余瓦斯 热动力灾害
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高温高压条件下含瓦斯煤解吸-自燃演化特性研究 被引量：4
3
作者 田富超 李振榕 +3 位作者 李帅魁 苏嘉豪 刘香兰 姜文忠 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期101-113,共13页
随着矿井开拓水平的延深,煤岩赋存环境呈现出高瓦斯压力、高地温特征,而温度、压力是影响含瓦斯煤吸附-解吸-氧化特性的重要因素。为了探究高温高压下遗煤中瓦斯解吸特征及自燃特性的变化,选用高瓦斯易自燃矿井不同埋深的煤样作为试验对... 随着矿井开拓水平的延深,煤岩赋存环境呈现出高瓦斯压力、高地温特征,而温度、压力是影响含瓦斯煤吸附-解吸-氧化特性的重要因素。为了探究高温高压下遗煤中瓦斯解吸特征及自燃特性的变化,选用高瓦斯易自燃矿井不同埋深的煤样作为试验对象,设计不同温度和压力下煤中甲烷解吸的正交试验,并对原煤样和解吸煤样进行孔隙及表面积测试、TG-FTIR联用、程序升温试验。结果表明:在整个解吸试验过程中,温度的抑制都显著大于压力的促进作用;高温高压环境主要改变了煤中的微孔结构,致使煤体的比表面积和总孔容都出现增加;解吸后,标高320 m和标高343 m煤样的温度突变点提前了8.7%和4.9%,同时虽然煤中的官能团种类相同,但含量出现了不同程度的降低;标高320 m和标高343 m解吸煤样和原煤样CO生成的交叉温度点分别为78℃和74℃,C_(2)H_(4)、C_(2)H_(6)的浓度始终低于原煤样;同时解吸煤样的耗氧量在相同煤温下出现了下降,在170℃时差距最大,标高320 m和标高343 m解吸前后煤样的氧气含量为9.3%、13.1%和10.3%、14.3%,两者的耗氧量最大相差42.3%、41.2%。综合分析表明,煤体经过高温、高压解吸后煤样在氧化初期更易自燃,产生更多的CO,可以选择CO作为指标气体,而在高温阶段反应剧烈程度有所降低。此外推导出了煤中甲烷解吸对采空区气体环境的实时变化公式,并以1304综采工作面为模型,对“高瓦斯压力、高地温”特征下采空区遗煤中瓦斯解吸影响下的“氧化带”区域进行了更细致的划分,将范围缩小了63.5%。研究成果可为高瓦斯易自燃煤层瓦斯与火耦合灾害防控提供基础支撑。 展开更多
关键词 高温高压 煤自燃 瓦斯解吸 微观结构 氧化特征 危险区域划分 复合灾害
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基于WOA-WNN-LSTM算法的红外CO痕量气体压力补偿与时序浓度分析
4
作者 田富超 张海龙 +3 位作者 苏嘉豪 梁运涛 王琳 王泽文 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第4期994-1007,共14页
红外光谱分析是工业环境气体定量分析的重要手段,当前红外气体检测仪的测量精度受环境压力变化影响较大,导致检测数据在不同压力条件下偏离实际气体浓度。为提高红外气体传感器的精度,选择了鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm,... 红外光谱分析是工业环境气体定量分析的重要手段,当前红外气体检测仪的测量精度受环境压力变化影响较大,导致检测数据在不同压力条件下偏离实际气体浓度。为提高红外气体传感器的精度,选择了鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm,WOA)和小波神经网络(wavelet neural network,WNN)相结合的压力补偿算法,并结合长短期记忆法(long short-term memory,LSTM)对补偿后的数据进行预测。通过搭建工业环境气体压力补偿实验平台,使用高精度配气仪配置100~900 ppm标准CO气体,在80~120 kPa范围内进行数百组重复实验,发现CO气体传感器在负压条件下测量值小于标气浓度,正压条件下测量值大于标气浓度,并随压力变化呈线性关系,绝对误差最高为86 ppm。将传感器数据使用小波神经网络进行误差降低,初步补偿后的CO误差降至26 ppm,但由于参数可移植性较差,个别数据误差较大。进一步使用鲸鱼优化算法优化小波神经网络的参数后,补偿效果显著提升,传感器测量值与真值之差保持在0.004%以内且数据稳定。最终结合LSTM进行气体浓度预测,预测值与实际值之间的均方根误差(RMSE)均小于0.1,平均绝对误差(MAE)均小于0.020,实验结果表明,WOA-WNN-LSTM算法能够有效提高红外气体传感器的测量精度,成功消除环境压力对测量结果的影响,为工业环境气体检测提供了更为可靠和精准的解决方案。 展开更多
关键词 红外光谱分析 环境压力补偿 鲸鱼优化算法 小波神经网络 时序浓度预测
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不同温度和吸附压力下含瓦斯煤自燃微观分形特征
5
作者 李振榕 田富超 +2 位作者 王刚 谭波 秦玉金 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期213-232,共20页
采空区瓦斯与煤自燃复合灾害日趋成为制约矿井安全生产的主要灾害模式,为研究瓦斯与煤自燃复合灾害致灾机理,通过低温液氮吸附、扫描电镜和TG-FTIR测试方法开展不同CH4吸附压力下煤低温氧化微观结构及热分析测试试验,并基于分形理论建... 采空区瓦斯与煤自燃复合灾害日趋成为制约矿井安全生产的主要灾害模式,为研究瓦斯与煤自燃复合灾害致灾机理,通过低温液氮吸附、扫描电镜和TG-FTIR测试方法开展不同CH4吸附压力下煤低温氧化微观结构及热分析测试试验,并基于分形理论建立孔隙分形计算模型,探究吸附态CH4对煤孔隙结构和热稳定性的影响。结果表明:吸附态CH4抑制氧化对微孔的热损伤破坏,因此相较于以中、大孔为主的原煤,含瓦斯煤存在大量微孔,且孔隙形态发生变化;随着吸附压力的升高,失水脱附阶段煤样质量损失分别为4%、2.9%、3.2%和3.2%,CH4占据煤氧反应吸附位点导致参与氧化反应的化合物减少,氧化增重阶段参与氧化反应的活性物质减少,煤样氧化增重分别为0.67%、0.41%和0.31%,并且含瓦斯煤自燃各阶段的特征温度点随着吸附压力升高而滞后;构建了基于孔径分布及CH4吸附/解吸过程的分形模型,低CH4压力氧化前期煤表面形态不均一化增大,煤表面吸附气体能力升高,发生氧化反应的可能性增大,煤自燃风险增加,低瓦斯抑制煤自燃的能力较弱,且与原生孔隙的比表面积相关。研究成果探究了不同残余瓦斯含量对煤自燃特性的影响,进一步验证了不同吸附压力、温度下含瓦斯煤竞争吸附-解吸-氧化全过程连续物理模拟平台的准确性,为采空区复合灾害环境下瓦斯与火耦合灾害防治提供了基础支撑。 展开更多
关键词 含瓦斯煤 低温氧化 微观结构 热重-红外联用 分形特征
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脱碳煤气化渣对混凝土强度的影响 被引量：1
6
作者 李鹏 杜阳 张军飞 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2024年第5期892-900,共9页
为解决煤气化产生高含碳气化细渣引起土地、水体污染及造成资源极大浪费等问题,以脱碳煤气化渣作掺合料,对其微观结构和表面官能团特性进行扫描电子显微镜与傅立叶变换红外光谱技术分析;设计4因素5水平的正交试验,制备掺脱碳煤气化渣混... 为解决煤气化产生高含碳气化细渣引起土地、水体污染及造成资源极大浪费等问题,以脱碳煤气化渣作掺合料,对其微观结构和表面官能团特性进行扫描电子显微镜与傅立叶变换红外光谱技术分析;设计4因素5水平的正交试验,制备掺脱碳煤气化渣混凝土试件,分析脱碳煤气化渣掺量对不同龄期混凝土抗压强度的影响,并探讨掺脱碳煤气化渣混凝土最佳配比下硬化产物的水化机理。结果表明:掺脱碳煤气化渣混凝土配比水胶比为0.18、硅灰掺量为20%、粉煤灰掺量为10%、脱碳煤气化渣掺量为5%时,混凝土具有较好性能;10%以内的掺量对混凝土强度具有较为明显的提升作用,可作为掺料用于高强度混凝土制备;水化初期,研磨后脱碳煤气化渣内非晶态矿物质与水泥水化产生的氢氧化钙反应生成大量低结晶性水化硅酸钙凝胶;脱碳煤气化渣表面含有较多的含氧官能团,具有较强亲水性,一定程度上加快了水化反应的进程;水化后期生成了高结晶性钙矾石等针棒状晶体,使其强度得以增强。 展开更多
关键词 脱碳煤气化渣 高强度混凝土 抗压强度 最佳配比 水化机理
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