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煤矸石综合利用现状及高值化利用途径探索——以中国中煤能源集团有限公司为例 被引量：1
1
作者 朱磊 古文哲 +9 位作者 何志伟 刘成勇 赵萌烨 宋天奇 张云 吴玉意 刘治成 张新福 张鹏 盛奉天 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第6期104-124,共21页
在“双碳”目标背景下,煤炭作为国家能源安全的基石,其绿色开发对我国经济建设和社会发展具有战略意义。中国中煤能源集团有限公司凭借丰富的煤炭资源储量,在保障国家能源供应中发挥重要作用。然而,煤炭资源高产高效回采的同时产生大量... 在“双碳”目标背景下,煤炭作为国家能源安全的基石,其绿色开发对我国经济建设和社会发展具有战略意义。中国中煤能源集团有限公司凭借丰富的煤炭资源储量,在保障国家能源供应中发挥重要作用。然而,煤炭资源高产高效回采的同时产生大量煤矸石,造成土壤、大气、水体等污染,煤矸石的不合理处置与非资源化利用问题已成为制约矿区绿色发展的主要瓶颈。调研了中国中煤煤矸石的分布特征、理化性质及利用方式,系统梳理了煤矸石综合利用政策,详细阐述了煤矸石在发电利用、生产建材、化工产品制备、有益矿产回收、农业应用、井下充填及土地复垦等方面的原理和技术路线,调研了中国中煤所属矿井矸石应用进展。结果表明:矿井位于8省20个矿区,受煤矿地质条件、开采技术条件和分选条件影响,矸石分布呈现范围广、结构复杂、类型多样等特征;安徽、江苏、河南和黑龙江煤矸石综合利用呈现“周边辐射型”特点,山西、陕西、内蒙古、新疆地区煤矸石综合利用呈现“自给自足型”应用特点。煤矸石以砂岩、黏土岩、铝质岩为主,其理化性质具备多元利用潜力,但是综合利用方式缺乏系统型、复合型、引领型的科学利用途径,对此提出了煤矸石梯级回收结合资源化利用、源头减量化开采及矿化CO_(2)负碳充填3项建议。研究成果对中国中煤优化煤炭产业布局、促进煤矸石高值化利用、保护矿区生态环境以及贯彻落实“双碳”目标具有重要的指导意义。 展开更多
关键词 煤矸石 分布特征 综合利用 高值利用 源头减排 负碳充填
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基于深度学习的矿井智能目标检测技术研究综述 被引量：4
2
作者 张帆 张嘉荣 程海星 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第S1期284-296,共13页
随着深度学习理论的研究与发展,基于深度学习的目标检测技术在智能化矿山领域取得了显著进展,目标检测已成为人工智能技术在煤矿应用场景的典型范式和研究热点。然而深度学习目标检测对标注数据集依赖性强,存在模型可解释性差、计算复... 随着深度学习理论的研究与发展,基于深度学习的目标检测技术在智能化矿山领域取得了显著进展,目标检测已成为人工智能技术在煤矿应用场景的典型范式和研究热点。然而深度学习目标检测对标注数据集依赖性强,存在模型可解释性差、计算复杂等问题,如何提高矿井目标检测精度、模型自适应性和计算效率,是矿山人工智能领域亟待解决的研究课题。对煤矿井下智能目标检测技术及其研究进展进行综述。首先,简要概述了目标检测技术,介绍了基于深度学习的目标检测技术演进过程和算法分类,并分析比较了基于CNN和Transformer的目标检测网络。然后,重点研究了矿井智能目标检测的数据增强、超分辨率重建、特征提取等关键技术,并围绕煤矿“人-机-环”应用需求,详细阐述了基于深度学习的目标检测在井下人员安全监测、矿井设备智能检测、工况环境感知等方面的研究进展。最后,指出了煤矿应用场景下智能目标检测技术在数据集构建、模型优化、多源异构数据融合等方面仍存在挑战,讨论了煤矿智能目标检测技术的发展趋势。并提出未来应致力于将目标检测技术与小样本学习和多模态融合、模型轻量化和边缘计算、数字孪生和具身智能等新兴技术相结合,以此促进智能检测技术与煤矿安全生产的深度融合与应用,为矿井智能目标检测技术体系构建提供理论参考。 展开更多
关键词 煤矿智能化 目标检测 深度学习 数字孪生 具身智能
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基于改进型生成对抗网络的矿井图像超分辨重建方法研究 被引量：1
3
作者 张帆 刘莹 +2 位作者 宋惠 张嘉荣 程海星 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第S1期338-345,共8页
智能化无人开采是煤炭资源绿色、智能、安全、高效开采的技术发展趋势,高分辨率的矿井图像能够为煤矿智能开采和智能监控提供关键技术支撑。针对煤矿井下雾尘环境,目前采用常规的深度学习方法虽然能够提高矿井图像重建效果,但是受井下... 智能化无人开采是煤炭资源绿色、智能、安全、高效开采的技术发展趋势,高分辨率的矿井图像能够为煤矿智能开采和智能监控提供关键技术支撑。针对煤矿井下雾尘环境,目前采用常规的深度学习方法虽然能够提高矿井图像重建效果,但是受井下环境噪声影响,模型训练的稳定性较差,难以获得矿井图像的重建高频信息,导致图像重构质量欠佳,易出现矿井图像模糊和分辨率下降等问题。针对上述问题,提出一种基于生成对抗网络的矿井图像超分辨率重建方法。该方法基于SRGAN网络,对网络结构和损失函数进行改进优化,在生成器的浅层特征提取层和重建层分别采用2个5×5的卷积层,并在浅层特征提取层的每个卷积层后加入非线性激活函数,深层特征提取层采用残差结构,通过级联亚像素卷积层以实现矿井图像不同倍数的超分辨重建;采用Wasserstein距离对损失函数进行改进,并去掉判别器输出层的Sigmoid,使用RMSProp方法对网络进行优化,提高模型训练的收敛速度和稳定性;利用训练好的生成器模型,据此分别对矿井图像进行2倍和4倍超分辨重建,并对实验结果进行主观视觉分析和客观评价。结果表明,与传统的双三次插值、SRCNN、SRGAN相比,在相同缩放因子条件下,所提方法的峰值信噪比分别提升了2.68、1.50和1.59 dB,结构相似性分别提升了0.033 4、0.004 8和0.006 1,所提方法能够重建出清晰的矿井图像纹理和细节信息,在主观视觉上以及峰值信噪比和结构相似性上都实现了更好的重建效果,且整体性能优于其他几种方法,有效提高了矿井图像的分辨率。 展开更多
关键词 煤矿智能化 矿井图像 超分辨重建 生成对抗网络 SRGAN
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短壁胶结充填开采房式遗留煤柱采场结构稳定性控制研究 被引量：1
4
作者 张云 张龙 +6 位作者 来兴平 曹胜根 杨彦斌 刘永孜 詹睿 白立丞 叶昊 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第6期357-372,共16页
房式开采遗留煤柱资源的呆滞和矿山固体废弃的排放严重制约着我国煤炭行业的绿色低碳转型升级。为此,以陕北矿区板定梁煤矿为工程背景,提出了一种"时序协同−煤柱置换"的短壁胶结充填采煤回收煤柱的工艺。首先基于极限强度理论... 房式开采遗留煤柱资源的呆滞和矿山固体废弃的排放严重制约着我国煤炭行业的绿色低碳转型升级。为此,以陕北矿区板定梁煤矿为工程背景,提出了一种"时序协同−煤柱置换"的短壁胶结充填采煤回收煤柱的工艺。首先基于极限强度理论,对房式开采遗留煤柱回收的安全应力进行核算;其次采用数值模拟研究自然垮落法管理顶板回收遗留煤柱过程中的失稳特征及顶板破断对采场稳定性的影响,建立短壁胶结充填采场力学模型,求解出确保直接顶不发生破断的临界充填体强度;最终开展力学试验分析胶结充填体的力学特性、破坏特征及微观特征,并结合实际工程提出了一套完整的短壁胶结充填采煤设计方法。结果表明:板定梁煤矿遗留煤柱安全应力值为11.78 MPa,具备安全回收的条件;基于自然垮落法管理顶板回收遗留煤柱的应力、塑性区分布特征及顶板破断分析,发现在回收过程中可能会引发“多米诺”链式失稳效应,并伴随有顶板大面积破断;并进一步提出短壁胶结充填采煤技术置换遗留煤柱,计算得到采场直接顶不发生垮落的临界充填体强度为8.97 MPa;基于此,获取充填材料中煤矸石∶粉煤灰∶水泥∶水的最优配比为3∶3∶1∶1,该配比下矸石颗粒级配较优越,水化产物致密填充骨料间隙,有效减少了孔隙率,显著提升力学性能,可满足板定梁煤矿安全回收煤柱需求;并对试验回收区域的短壁胶结充填采煤工作面生产系统和关键参数进行了可行性设计,并提出确保充填效果的控制措施。研究成果为我国煤炭行业“资源回收−生态保护−固废利用”一体化绿色低碳转型发展提供了可复制的工程范式。 展开更多
关键词 短壁胶结充填采煤 煤柱稳定性 弹性地基梁 房式开采 遗留煤柱
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中国煤矸石土壤修复资源化利用研究进展与展望 被引量：1
5
作者 刘成勇 古文哲 +6 位作者 崔峰 张云 杨彦斌 秋丰岐 袁超峰 程海星 李明 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第6期125-140,共16页
煤炭开发产生的矸石固废呈现出集中化、高产化和规模化发展趋势,严重制约了煤炭绿色开发与生态环境协调发展。在此背景下,煤矸石固体废弃物生态修复资源化利用,不仅是推动循环经济发展的重要依托,更是实现减污降碳协同增效目标的必经之... 煤炭开发产生的矸石固废呈现出集中化、高产化和规模化发展趋势,严重制约了煤炭绿色开发与生态环境协调发展。在此背景下,煤矸石固体废弃物生态修复资源化利用,不仅是推动循环经济发展的重要依托,更是实现减污降碳协同增效目标的必经之路。在分析煤矸石固废土壤化利用的可行性、有价有害成分多态分离方法和技术、煤矸石土壤化利用技术路径的基础上,梳理了煤炭企业煤矸石固废资源化利用基本进展,凝练了煤矸石固废有价有害成分多态分离关键技术,探讨了煤矸石土壤化利用的工程化应用模式及对土壤生态功能的影响机制。研究表明:煤矸石经过合理的改性与活化处理,可优化土壤理化结构,提高保水保肥能力,促进有益微生物群落的稳定,并在增强土壤碳汇、降低温室气体排放方面展现出重要生态价值。煤矸石中部分有害元素通过矿物钝化、微生物固定及物理分离等技术手段可实现煤矸石有益部分的资源化利用,从而降低环境污染风险,为农业土壤改良及矿区生态修复提供可行路径。然而,煤矸石土壤化利用仍面临改性成本高、重金属长期稳定性不足、区域适配性受限等技术瓶颈,制约了其大规模推广应用。未来应围绕煤矸石土壤化利用的技术瓶颈,重点突破集成化应用、低成本改性、跨区域协同、动态监测修复效果等关键环节。构建“分级分质—定向转化—协同增效”的全链条利用模式。同时,应加强政策引导与标准体系建设,推动煤矸石土壤化利用的规模化、产业化发展,为固废资源化、土壤生态修复及“双碳”目标实现提供科学支撑。 展开更多
关键词 煤矸石 土壤修复 生态利用 活化改性 土壤改良
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我国煤矸石固废高附加值利用研究进展
6
作者 赵萌烨 宋伟 +3 位作者 何志伟 李佳容 丁自伟 李尚颖 《现代化工》 北大核心 2025年第8期62-67,73,共7页
通过总结分析近年来我国煤矸石的综合利用研究现状,重点对煤矸石在材料改性、合成地质聚合物、沸石和其他多孔硅酸盐材料、陶瓷材料等方面的高附加值利用途径和微观机理进行归纳阐述。通过这些途径,煤矸石首先被研磨、干燥处理,以提高... 通过总结分析近年来我国煤矸石的综合利用研究现状,重点对煤矸石在材料改性、合成地质聚合物、沸石和其他多孔硅酸盐材料、陶瓷材料等方面的高附加值利用途径和微观机理进行归纳阐述。通过这些途径,煤矸石首先被研磨、干燥处理,以提高反应活性,随后煤矸石粉末或与其他原料的混合物在激发剂作用下经水热或煅烧处理后被分解为硅、铝等元素单体,最后在不同温度条件下再通过重结晶作用被制备成多种高附加值材料。同时提出,可回收煤矸石高附加值利用过程中溶出的重金属元素,以减少煤矸石综合利用对环境的污染。 展开更多
关键词 煤矸石 高附加值利用 改性材料 地质聚合物 沸石 陶瓷材料
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不同尺寸充填体力学特性与能量演化规律研究
7
作者 赵萌烨 朱磊 +6 位作者 刘成勇 古文哲 刘治成 何志伟 丁自伟 邱华富 李宇航 《煤炭工程》 北大核心 2025年第8期146-152,共7页
基于3种粉煤灰含量(15%、20%、25%)和3种水泥含量(6%、8%、10%),制备边长40、50、70.7和100 mm的立方体试件,探讨尺寸大小对充填体破坏特征和能量演化规律的影响。结果表明:当充填体尺寸一定时,粉煤灰含量20%、水泥含量10%的充填体强度... 基于3种粉煤灰含量(15%、20%、25%)和3种水泥含量(6%、8%、10%),制备边长40、50、70.7和100 mm的立方体试件,探讨尺寸大小对充填体破坏特征和能量演化规律的影响。结果表明:当充填体尺寸一定时,粉煤灰含量20%、水泥含量10%的充填体强度最大,充填体的抗压强度随尺寸的增大呈现“先增大后减小”的规律,在尺寸为70.7 mm时达到峰值,为19.85 MPa,充填体弹性模量与尺寸呈正相关关系,且随着试件尺寸的增大,破坏形式由拉伸破坏变为X型剪切破坏。不同尺寸充填体在单轴压缩条件下能量特征相似,弹性能在达到最大应力前占主导地位,达到最大应力后耗散能上升,且随着尺寸的增大,充填体的储能极限与承载能力均呈先增大后减小趋势,弹性能耗比曲线由稳定转为上升趋势,可作为充填体发生破坏的依据。 展开更多
关键词 矸石胶结充填体 单轴压缩 破坏特征 材料配比 能量演化
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我国CO_(2)地质封存审批监管体系关键问题研究
8
作者 朱磊 周尚哲 +3 位作者 王帅 王龙飞 吴林强 孙月 《中国矿业》 北大核心 2025年第9期85-92,1,共9页
二氧化碳(CO_(2))地质封存作为实现“双碳”目标的关键负排放技术,其产业化发展亟需健全的审批监管体系支撑。本文系统研究了我国CO_(2)地质封存审批监管体系面临的关键问题。研究结果表明,相较于欧美已建立较为完善的专项法规和全生命... 二氧化碳(CO_(2))地质封存作为实现“双碳”目标的关键负排放技术,其产业化发展亟需健全的审批监管体系支撑。本文系统研究了我国CO_(2)地质封存审批监管体系面临的关键问题。研究结果表明,相较于欧美已建立较为完善的专项法规和全生命周期监管框架,我国在该领域还存在显著的制度空白。核心问题包括:①许可与监管框架缺失,缺乏针对CO_(2)地质封存项目的准入、勘探和封存许可等制度;②深部地下孔隙空间法律属性不明,深部咸水层等封存空间既非传统地下空间也非矿产资源,导致其地质勘查活动“无法可依”;③深部地下孔隙空间物权归属困境,现行法律未明确其所有权与用益物权设定规则;④矿业权排他性与开发优先权冲突,现有矿业权制度阻碍非矿业权主体进入重叠区域进行封存,且缺乏解决权利冲突的优先顺位规则;⑤监测、报告与核查(MRV)标准缺位,现有指南缺乏量化标准,阻碍项目融资与国际认证;⑥场地封闭与责任移交制度缺失,缺乏长期监护与责任转移机制。针对上述问题,本文提出应立足国情、借鉴国际经验,分阶段构建监管体系:短期内明确项目准入流程与主管部门,中期破解权属与优先权等核心瓶颈,长期完善闭场责任制度并推动专项立法,为CO_(2)地质封存产业化提供系统性制度保障。 展开更多
关键词 CO_(2)地质封存 审批监管 封存空间 法律属性 空间确权
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炮孔壁缺陷对爆破效果影响试验研究
9
作者 靳俊晓 苏洪 +4 位作者 孙明明 岳文豪 邵亚武 赵毅 李皓 《工程爆破》 北大核心 2025年第3期32-38,共7页
为探究炮孔壁缺陷对爆破裂纹扩展行为与能量释放方向性的影响,采用数字激光动态焦散线系统联合超高速相机,对含缺陷与无缺陷炮孔模型进行实验研究。通过对比分析不同工况下裂纹扩展形态与应力演化过程,揭示了缺陷对爆破行为的调控机制... 为探究炮孔壁缺陷对爆破裂纹扩展行为与能量释放方向性的影响,采用数字激光动态焦散线系统联合超高速相机,对含缺陷与无缺陷炮孔模型进行实验研究。通过对比分析不同工况下裂纹扩展形态与应力演化过程,揭示了缺陷对爆破行为的调控机制。结果表明,相较于普通圆孔爆破,缺陷炮孔在缺陷方向产生明显的定向裂纹,裂纹长度显著增加,而非缺陷方向裂纹数量和长度则明显减少,表现出能量释放的高度方向性。炮孔壁缺陷根部存在裂纹抑制区,可有效屏蔽该区域爆生裂纹的形成,增强裂纹扩展集中性。缺陷爆破裂纹扩展过程可分为3个阶段:爆炸应力波与气体联合作用阶段、原生裂纹与缺陷反射拉应力作用阶段、以及卸载波促进阶段,其中后两阶段中的反射拉伸波与卸载波叠加效应显著提升了裂纹尖端应力强度因子与扩展速度。研究成果为含缺陷岩体条件下的定向控裂爆破提供了实验依据与理论支撑。 展开更多
关键词 爆破 缺陷 动焦散 裂纹 应力强度因子
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基于双炮孔轴向割缝爆破的试验研究
10
作者 靳俊晓 苏洪 +2 位作者 韩刚 岳文豪 李照军 《振动与冲击》 北大核心 2025年第7期194-200,246,共8页
针对轴向割缝爆破中双炮孔间距合理取值的问题,在总结国内外割缝爆破破岩机理的基础上,开展了双炮孔间距为60、80、100、120、140、160 mm的有机玻璃室内对比爆破试验,采用数字激光焦散线方法,展现炮孔割缝爆破裂纹扩展及焦散斑演化过程... 针对轴向割缝爆破中双炮孔间距合理取值的问题,在总结国内外割缝爆破破岩机理的基础上,开展了双炮孔间距为60、80、100、120、140、160 mm的有机玻璃室内对比爆破试验,采用数字激光焦散线方法,展现炮孔割缝爆破裂纹扩展及焦散斑演化过程,揭示了炮孔间距及割缝对岩体爆生裂纹扩展影响的规律。研究结果表明:随着双炮孔间距的增加,割缝爆破裂纹扩展长度、主裂纹扩展速度均呈现先增加后降低的趋势,而应力强度因子变化规律呈现先增大后减小再增大再减小的复杂振荡变化规律。双炮孔内侧割缝方向上裂纹呈现出相互“勾连”的现象,但勾连的现象随着炮孔间距的增长逐渐衰减,双炮孔内侧主裂纹的裂纹扩展速度在裂纹扩展初始均出现了速度提升的现象。在割缝条件下双炮孔间距为120~140 mm的试件定向断裂效果最优。研究结果可为厚硬关键层割缝爆破参数设计提供参考。 展开更多
关键词 炮孔间距 割缝 有机玻璃 裂纹扩展 应力强度因子
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三维高熵合金的合成及其电解水应用研究进展
11
作者 王帅 任李萍 +5 位作者 陈春迎 王龙飞 王奇 陈新 范金鹏 陈杰 《现代化工》 CAS 北大核心 2025年第1期17-23,共7页
概述了三维高熵合金材料的合成方法及其在电催化分解水领域的应用研究进展。重点介绍了脱合金法和湿化学法合成三维高熵合金,以及多孔结构、凸立方型结构、介孔球的三维高熵合金在电催化分解水方面所取得的突破性进展。最后指出,三维高... 概述了三维高熵合金材料的合成方法及其在电催化分解水领域的应用研究进展。重点介绍了脱合金法和湿化学法合成三维高熵合金,以及多孔结构、凸立方型结构、介孔球的三维高熵合金在电催化分解水方面所取得的突破性进展。最后指出,三维高熵合金的可控合成方法及其电催化水分解机制方面仍缺少系统性的梳理,在实际应用方面亟待寻找简易、高效的宏量制备方法。 展开更多
关键词 高熵合金 三维形貌 析氢反应 析氧反应 协同效应
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传统净化工艺下矿井水溶解性污染物净化效果及改善措施研究
12
作者 史元腾 朱磊 +3 位作者 邴喆 向轶 李瑞华 王文东 《煤炭工程》 北大核心 2025年第5期99-106,共8页
针对煤矿矿井水日益严格的排放要求,采用山西西南部某煤矿现有净化工艺,系统评价了传统矿井水净化技术对溶解性污染物的去除效果。结果表明,矿井水经沉淀预处理、混凝气浮和砂滤处理后,不仅可有效去除高浓度颗粒物,还对其中的有机物、... 针对煤矿矿井水日益严格的排放要求,采用山西西南部某煤矿现有净化工艺,系统评价了传统矿井水净化技术对溶解性污染物的去除效果。结果表明,矿井水经沉淀预处理、混凝气浮和砂滤处理后,不仅可有效去除高浓度颗粒物,还对其中的有机物、总磷、氟化物、硫化物和总汞等溶解性污染组分有着不同程度的去除作用;采用活性炭吸附和微滤强化净化措施,可确保矿井原水中污染物浓度大幅波动环境下,除总氮和氟化物外,所有溶解性污染物指标稳定达到地表水Ⅲ类标准。进一步研究发现,矿井水颗粒物和活性炭的吸附作用以及微滤膜的机械截留作用是溶解性污染物得以净化去除的发生机制。为改善总氮和氟化物净化效果,建议在现有处理工艺的基础上增加反硝化脱氮单元和氟化物吸附单元,研究成果可为煤矿矿井水净化工艺选择和升级改造提供理论支撑。 展开更多
关键词 矿井水 溶解性 污染物 活性炭 过滤 膜
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固废生态修复材料种植实验研究
13
作者 张新福 潘浩 +5 位作者 苟科学 敬毅 李明 付世雄 杨军军 王若帆 《中国煤炭》 北大核心 2025年第9期187-198,共12页
煤矸石等大宗固废占用大量土地并引起环境破坏,规模化处置需求迫切,将煤矸石用于贫瘠土壤改良及矿区土壤修复,可以实现以“废”治“荒”的资源化利用。因此,研究了4种固废结构性质、酸碱性及种植效果,明确了各固废对植被生长影响规律,... 煤矸石等大宗固废占用大量土地并引起环境破坏,规模化处置需求迫切,将煤矸石用于贫瘠土壤改良及矿区土壤修复,可以实现以“废”治“荒”的资源化利用。因此,研究了4种固废结构性质、酸碱性及种植效果,明确了各固废对植被生长影响规律,研究发现,加工后的煤矸石与黄土密度比重接近,孔隙结构满足植被生长需求,对植被生长具有促进作用,可作为土壤改良基本材料;粉煤灰、脱硫石膏、污泥依据其毛管孔隙丰富保水性的特性以及植被生长影响规律,可作为低掺量添加剂调控土壤结构。研究同时发现,针对榆林矿区贫瘠土壤不能采用简单的优质土壤覆盖方式,而需针对当地土壤及环境条件进行生态修复。 展开更多
关键词 大宗固废 煤矸石 土壤改良 生态修复 综合利用
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计及[火用]分析的矿山综合能源系统多目标运行方法
14
作者 宋宜凯 申炜杰 +3 位作者 曾博 王源 巩敦卫 王帅 《太阳能学报》 北大核心 2025年第9期650-660,共11页
首先构建矿山综合能源系统(MIES)基本架构,其中包括涌水、乏风、瓦斯等衍生能源利用设备的基础模型;其次,对系统供给侧和需求侧的能源进行物质流-[火用]流耦合的分析,使用能质系数来量化MIES中包括衍生能源在内的各品类能源的品质差异,... 首先构建矿山综合能源系统(MIES)基本架构,其中包括涌水、乏风、瓦斯等衍生能源利用设备的基础模型;其次,对系统供给侧和需求侧的能源进行物质流-[火用]流耦合的分析,使用能质系数来量化MIES中包括衍生能源在内的各品类能源的品质差异,实现系统能量的高品质、梯级利用;然后构建了以[火用]效率和经济性为目标函数,考虑设备特性、能量平衡等约束条件的多目标优化运行模型,并采用NSGA-Ⅱ算法对该模型进行求解。最后,选取山西太原某矿区案例对所提方法进行验证,证明了所提优化模型的有效性。 展开更多
关键词 矿山综合能源系统 [火用]效率分析 矿山衍生能源 多目标优化 灵活性负荷
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煤矿井下移动机器人激光标靶定位方法研究 被引量：4
15
作者 马宏伟 苏浩 +7 位作者 薛旭升 李超 郭逸风 王星 周文剑 崔闻达 喻祖坤 成佳帅 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期60-73,共14页
针对煤矿井下巷道中移动机器人受环境影响,位姿感知难、定位精度低等难题,提出了一种以激光标靶作为定位基准的移动机器人精确定位方法。根据巷道环境特征与激光追踪检测原理,提出激光标靶网络分布式部署策略,构建基于激光标靶网络与激... 针对煤矿井下巷道中移动机器人受环境影响,位姿感知难、定位精度低等难题,提出了一种以激光标靶作为定位基准的移动机器人精确定位方法。根据巷道环境特征与激光追踪检测原理,提出激光标靶网络分布式部署策略,构建基于激光标靶网络与激光追踪器的机身定位检测平台;依据已知巷道空间信息与激光标靶位置信息,构建巷道坐标系及位置信息数据库并内置于激光标靶,利用定位检测平台解算激光标靶在激光发射器坐标系下的实际位置信息,建立激光标靶在巷道坐标系与机身坐标系的关联关系;通过提取数据库中激光标靶的4个特征点坐标信息,将其作为输入数据引入激光发射器与激光标靶定位模型,通过EPnP (Efficient Perspective-n-Point)算法求解机身位置信息,并以激光标靶巷道坐标与实测坐标最小残差平方和表征机身位置误差,构建机身位置误差模型,利用列文伯格-马夸尔特(Levenberg-Marquardt, L-M)算法最小化机身位置误差,通过空间坐标转换得到移动机器人在巷道坐标系的精确位置信息。经试验验证:移动机器人沿巷道方向、宽度方向和高度方向位置测量最大误差小于11.33、8.12、8.57 mm;动态轨迹测量试验的实际位置与理论位置误差在巷道方向、宽度方向、高度方向最大误差率为2.74%、3.14%、2.36%,且保证了在转弯的复杂巷道中机身定位的稳定测量,满足煤矿井下移动机器人定位精度要求。 展开更多
关键词 煤矿井下 移动机器人定位 激光标靶 EPnP Levenberg–Marquardt(L-M)算法
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深部大采高综采面厚硬岩层-煤柱结构失稳诱冲机理研究 被引量：4
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作者 张翔 朱斯陶 +7 位作者 姜福兴 刘金海 朱权洁 史先锋 韩刚 魏晓虎 曹京龙 曲效成 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期2570-2579,共10页
厚硬岩层-煤柱结构失稳诱发型冲击地压是鄂尔多斯深部矿区典型的冲击地压模式,其发生机理尚不清晰,以鄂尔多斯深部矿区某矿30202工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场实测等方法,研究了深部大采高综采面厚硬岩层-煤柱结构失... 厚硬岩层-煤柱结构失稳诱发型冲击地压是鄂尔多斯深部矿区典型的冲击地压模式,其发生机理尚不清晰,以鄂尔多斯深部矿区某矿30202工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场实测等方法,研究了深部大采高综采面厚硬岩层-煤柱结构失稳诱冲机理,得出结论:探讨了深部大采高综采面厚硬岩层-煤柱结构的空间运动特征,建立了厚硬岩层-煤柱结构的力学模型并推导了其失稳诱冲的工程判据。揭示了厚硬岩层-煤柱结构失稳诱冲机理:区段煤柱承载基础应力来源于面内厚硬岩层组和临侧采空区铰接加载岩层自重,当面内厚硬岩层达到强度极限时发生“W”型破断并传递附加应力,区段煤柱承载的叠加应力超过其破坏阈值后发生局部甚至整体失稳冲击。数值模拟发现区段煤柱承载应力随厚硬岩层组的破断运动发生阶段性突增现象,厚硬岩层组“W”型两次破断运动传递的载荷是工作面附近区段煤柱失稳冲击的主要应力来源,其中二次破断释放的能量远高于初次破断。设计并实施了深部大采高综采面厚硬岩层-煤柱结构失稳诱冲的控制体系,包括承载煤柱强卸载、扰动区域强支护和推进速度强管控,效果评价验证了防冲体系能够保障工作面安全回采。 展开更多
关键词 冲击地压 厚硬岩层 区段煤柱 微震监测
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不耦合系数对割缝爆破效果影响试验研究 被引量：1
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作者 靳俊晓 赵志强 +3 位作者 苏洪 将启鹏 岳文豪 孙智硕 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第23期260-269,共10页
为探究炮孔装药不耦合系数对爆破裂纹扩展规律的影响,通过在有机玻璃板(polymethyl methacrylate,PMMA)上预制不同炮孔直径,采用数字激光动态焦散线试验系统,进行相关爆炸试验。结果表明:爆炸对于炮孔非割缝方向的损伤效果随着炮孔直径... 为探究炮孔装药不耦合系数对爆破裂纹扩展规律的影响,通过在有机玻璃板(polymethyl methacrylate,PMMA)上预制不同炮孔直径,采用数字激光动态焦散线试验系统,进行相关爆炸试验。结果表明:爆炸对于炮孔非割缝方向的损伤效果随着炮孔直径变大逐渐减弱。耦合装药时炮孔周围粉碎区最大,当炮孔直径为12 mm及以上时炮孔周围几乎无粉碎区。从侧面说明直径为10 mm时,在空气层中的冲击波还有一定的强度,可致裂周围板材。随着不耦合系数递增,爆炸冲击波对于炮孔壁的冲击作用减弱,爆生气体膨胀压缩作用逐渐加强。在不耦合系数1.67时这种“削弱-加强”作用对裂纹扩展的促进作用最佳。分形维数的结果和动焦散试验结果相符,主裂纹的扩展长度符合先上升再下降的趋势。研究成果为实际工程中割缝爆破装药参数提供了一定的指导意义。 展开更多
关键词 不耦合 割缝 动焦散 裂纹 动态强度因子 分形理论
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基于煤岩煤质多元指标的BP神经网络焦油产率预测方法研究 被引量：4
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作者 乔军伟 王昌建 +5 位作者 赵泓超 师庆民 张煜 范琪 王朵 袁丹丹 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期108-118,共11页
【目的】焦油产率是煤低温干馏利用最重要的煤质参数,决定着富油煤的清洁利用方向。但由于多方面的原因,在煤炭地质勘查阶段对煤焦油产率的测试数据十分有限,极大地制约了富油煤的精细评价和高效利用。【方法】为了提高富油煤精细评价... 【目的】焦油产率是煤低温干馏利用最重要的煤质参数,决定着富油煤的清洁利用方向。但由于多方面的原因,在煤炭地质勘查阶段对煤焦油产率的测试数据十分有限,极大地制约了富油煤的精细评价和高效利用。【方法】为了提高富油煤精细评价的科学性和准确性,以陕北侏罗纪煤田以往测试1073组煤岩煤质数据为基础,并筛选出显微组分、工业分析、元素分析、灰成分分析等20项煤岩煤质参数齐全的141组数据,利用BP神经网络算法分别建立了20项煤岩煤质指标的焦油产率预测模型和以4项工业分析为基础的焦油产率预测模型,并对预测模型的准确性和合理性进行分析评价。【结果和结论】结果表明:以20项煤岩煤质指标为特征建立的预测模型最终训练均方误差为0.30,测试集数据预测结果平均绝对误差为0.65;以4项工业分析指标为特征建立的预测模型最终训练均方误差为1.07,测试集数据预测结果平均绝对误差为1.35;扩展集数据在两个模型中预测结果平均绝对误差分别为0.84和1.34,显示出20项煤岩煤质指标比4项工业分析煤质指标建立的预测模型具有更高的拟合优度和泛化性能。利用SHAP算法进一步对预测模型中20项煤岩煤质指标的重要性进行量化分析,显示出镜质组、氢元素、三氧化二铁、水分、挥发分、碳元素、壳质组、氧元素含量是焦油产率的正向影响因素,三氧化二铝、惰质组、固定碳、灰分、二氧化硅含量是焦油产率的负向影响因素,模型中煤岩煤质与焦油产率之间的内在联系很好地契合了地质上对焦油产率影响因素的基本认识,该焦油产率预测模型可以很好地应用于陕北侏罗纪煤田的焦油产率预测,为陕北地区富油煤的清洁高效利用提供支撑。 展开更多
关键词 焦油产率 BP神经网络 机器学习 富油煤 陕北侏罗纪煤田
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煤基固废矿化封存CO_(2)技术研究进展 被引量：12
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作者 朱磊 古文哲 +2 位作者 宋天奇 何志伟 刘治成 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期309-328,共20页
“碳达峰、碳中和”目标是中国维护全球生态安全的大国责任担当,也是实现高质量发展和生态文明建设的重要途径,CO_(2)减排势在必行。“相对富煤、贫油、少气”的能源资源禀赋格局导致中国主体能源仍以碳排放强度较高的煤炭为主,煤炭作... “碳达峰、碳中和”目标是中国维护全球生态安全的大国责任担当,也是实现高质量发展和生态文明建设的重要途径,CO_(2)减排势在必行。“相对富煤、贫油、少气”的能源资源禀赋格局导致中国主体能源仍以碳排放强度较高的煤炭为主,煤炭作为电力、钢铁、煤化工等高耗能行业的重要能源与原料,在“双碳”目标实现过程中占有重要地位,煤炭工业通过低碳转型实现碳达峰,既是煤炭工业高质量发展的内在要求,也是落实国家“双碳”战略目标的重要抓手。相对于传统天然矿化原料,煤基固废矿化封存CO_(2)具有原料丰富、产物友好、能耗较低、反应迅速等优点,同时可以产出高附加值产物用于化工、建筑等领域,受到了广泛的关注。介绍了我国主要煤基固废煤矸石、粉煤灰、脱硫石膏、气化渣、炉底渣的特点,分析了我国主要CO_(2)排放源及产生量;回顾了按照矿化封存位置不同的原位和非原位CO_(2)矿化技术及按照矿化机理不同的直接碳酸化和间接碳酸化技术;综述了以煤基固废作为原料进行CO_(2)矿化封存技术的研究进展,发现该技术反应条件苛刻,成本较高,处理规模小,研究尚停留在实验室阶段;简述了以煤基固废作为载体,利用采空区作为储源矿化封存CO_(2)技术,主要包括构筑功能性充填体及制备负碳型充填材料2种技术;分析了煤基固废矿化封存CO_(2)现存问题及未来研究方向。煤基固废为原料的CO_(2)矿化技术,未来应优化工艺流程,降低反应成本,进一步加强工业化推广的研究;针对以煤基固废作为载体,利用采空区作为储源的CO_(2)矿化封存技术,未来应加强对深度矿化机理、封存风险评价及长期稳定性的研究,提高CO_(2)封存规模和长期稳定性。在此基础上,利用煤基固废制备浆体充填材料,以水为载体,以泵为动力,以管路为通道,将充填材料及CO_(2)输送至采空区进行矿化反应,同时结合微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术,封闭岩体采动裂隙,实现CO_(2)矿化封存。 展开更多
关键词 “双碳”目标 碳排放 煤基固废 矿化封存 源头减排
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大埋深煤层开采覆岩离层发育层位定位方法研究 被引量：5
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作者 吴永辉 秦伟 +3 位作者 苏士杰 丁湘 武振 贺晓浪 《中国矿业》 北大核心 2024年第7期191-201,共11页
离层注浆是减少开采后地面沉降,以及防治离层水害的重要手段,其中,确定注浆层位作为注浆工程的首要难题,影响着地面减沉和水害防治效果,在离层形成过程中,不同的覆岩结构对离层的发育影响至关重要。本文以门克庆煤矿11-3101工作面地质... 离层注浆是减少开采后地面沉降,以及防治离层水害的重要手段,其中,确定注浆层位作为注浆工程的首要难题,影响着地面减沉和水害防治效果,在离层形成过程中,不同的覆岩结构对离层的发育影响至关重要。本文以门克庆煤矿11-3101工作面地质条件为工程研究背景,基于Winkler弹性地基上的薄板理论,推导了岩板竖向挠度计算公式,结合“关键层”理论,建立了覆岩离层发育层位及其空间特征预计模型。同时,利用三维离散元技术研究了工作面覆岩离层的发育规律。通过在11-3101工作面开展离层注浆工程,应用钻孔冲洗液漏失量观测和钻孔彩色电视成像技术对离层发育层位进行现场实测,将模型预计成果和数值模拟结果与实测结果对比,验证了理论预计和模拟模型预测结果的可靠性。同时,通过观测注浆前后地表沉降情况可知,下沉速率减少了58.6%,注浆减沉效果显著。该模型可为后续该地区离层注浆和离层水害防治提供更加精确的层位选择。 展开更多
关键词 离层 关键层 薄板理论 冲洗液漏失量 钻孔彩色电视成像
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