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一流“学科+专业”下安全工程多元人才培养研究 被引量：15
1
作者 刘音 程卫民 +1 位作者 李威君 刘震 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期64-69,共6页
为实现一流学科促进一流专业、一流专业反哺一流学科的建设目标,构建“学科+专业”双驱动牵引下安全工程多元人才培养体系。首先,分析我国安全工程专业建设在课程体系、人才培养机制、教学模式等方面存在的问题,结合“双一流”建设要求... 为实现一流学科促进一流专业、一流专业反哺一流学科的建设目标,构建“学科+专业”双驱动牵引下安全工程多元人才培养体系。首先,分析我国安全工程专业建设在课程体系、人才培养机制、教学模式等方面存在的问题,结合“双一流”建设要求确立安全工程“学科+专业”协调发展机制;然后,通过构建多学科牵引的“安全+”模块化课程体系,基于平台与师资共享、知识体系互补建立“学科+专业”融合机制,基于以学生为中心的教学理念构建四位一体的循环教学模式;最后,以山东科技大学安全工程专业人才培养为例实施验证。结果表明:在“学科+专业”双驱动牵引下,构建安全工程多元人才培养体系可增强学生的创新能力,提升教师的教学水平。 展开更多
关键词 “学科+专业” 安全工程 多元人才培养 “双一流” “双万计划”
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矿用喷涂堵漏风自修复材料性能研究及工程应用 被引量：4
2
作者 胡相明 姜永茂 +2 位作者 吴明跃 张茜 杨振宇 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期83-95,共13页
喷涂堵漏风是防止煤自燃的有效手段之一。针对传统水泥基喷涂堵漏风材料脆性大、易开裂、堵漏风效果差的弊端,提出以微生物及结晶矿物为自愈合剂,研制出生物胶囊和矿物胶囊以及一种生物–矿物–纤维协同自修复材料。研究了不同养护湿度... 喷涂堵漏风是防止煤自燃的有效手段之一。针对传统水泥基喷涂堵漏风材料脆性大、易开裂、堵漏风效果差的弊端,提出以微生物及结晶矿物为自愈合剂,研制出生物胶囊和矿物胶囊以及一种生物–矿物–纤维协同自修复材料。研究了不同养护湿度和养护时间对材料裂缝自修复能力的影响。结果表明:当养护湿度为100%相对湿度、养护时间为35 d时,研制的生物胶囊和矿物胶囊可以将裂缝完全修复,裂缝最大修复宽度为1260μm。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)探究了自修复材料裂缝区域修复产物的晶型及元素组成,发现裂缝处的修复产物为球碳镁石、花瓣状的水菱镁矿以及大量由细菌矿化产生的球形方解石,这些修复产物在一定程度上起到了密闭裂缝的作用;EDS能谱分析证实了修复产物为MgCO_(3)和CaCO_(3)。当养护湿度为100%时,材料具有最高的堵漏风率(97.15%),比同养护条件的对照组试样高出73.62%。最后将自修复材料用于沿空煤柱喷涂堵漏风,结果显示该材料在6个月内未发现明显裂隙,与传统水泥砂浆相比,该材料具有更长的使用寿命和更好的预防效果。 展开更多
关键词 喷涂堵漏风材料 煤自燃 裂缝修复 愈合剂 微生物 结晶矿物
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富水环境对水泥基抗分散注浆材料水化产物黏附体系的影响 被引量：2
3
作者 孟祥喜 岳兵 +3 位作者 卢润时 孙易达 田波 潘从旺 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期4456-4472,共17页
在煤炭开采过程中,矿井巷道在穿过富水且构造发育的地层时,容易揭露导水通道进而引发突水事故。为提升水泥基注浆材料在富水环境中的工作性能,使用聚丙烯酰胺(PAM)与水玻璃作为外加剂对普通硅酸盐水泥进行改性。并采用分子动力学模拟的... 在煤炭开采过程中,矿井巷道在穿过富水且构造发育的地层时,容易揭露导水通道进而引发突水事故。为提升水泥基注浆材料在富水环境中的工作性能,使用聚丙烯酰胺(PAM)与水玻璃作为外加剂对普通硅酸盐水泥进行改性。并采用分子动力学模拟的方法,构建水泥与外加剂混合产物的界面模型,通过调整层间水分子数量用以模拟水化产物所处的不同含水量环境。进一步地,采用多种微观表征实验对模拟结果进行了论证。结果表明:PAM-水玻璃结构展现出良好的亲水性,较强的亲水性使其与C-S-H的结合具有较强的黏附性,能够更好的适应富水环境;水泥−水−PAM−水玻璃界面脱黏功的变化具有无规律性,在含水量为6%时,水泥−水−PAM−水玻璃界面脱黏功达到最大临界点为37465.715 mJ/m^(2),在更高含水量下,水分子透过孔隙结构与材料内部发生更深层次的水合反应,增强了界面稳定性;XRD图谱中的衍射峰与计算模拟中预测的C-S-H和PAM-水玻璃的存在形式相吻合,证实了聚丙烯酰胺和水玻璃会与水泥水化过程中产生的Ca^(2+)和Si^(4+)发生反应;SEM图像显示,水泥-聚丙烯酰胺和水玻璃界面上存在大量水化颗粒和微孔隙,包括针状和球状结晶,这些水化颗粒可能是聚丙烯酰胺和水玻璃参与水泥水化过程形成的增强界面黏附性的水化产物,而微孔隙的存在是导致模拟中出现相互作用能和脱黏功的变化主要原因。通过分子动力学模拟与实验结果的可以证明PAM与水玻璃形成的絮体结构具有良好的亲水性。相较于传统水泥注浆材料,PAM-水玻璃改性水泥浆液中絮体结构与水泥水化产物C-S-H的黏附性能更强,这有效锁住了水化产物层间水分,从而提高了富水环境中浆液的稳定性。 展开更多
关键词 分子动力学 C–S–H PAM 水玻璃 水分 吸附机制 界面特性
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煤层双重孔隙瓦斯输运机理及模型评估 被引量：1
4
作者 刘伟 韩冬阳 +2 位作者 徐浩 周禹军 李天男 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期151-162,共12页
瓦斯是赋存于煤层中的非常规天然气。瓦斯的输运行为是煤层气开采的核心问题,然而双重孔隙煤层的瓦斯输运机理还没有达成共识。为了明确瓦斯输运机理,可视化瓦斯动态输运过程,构建裂隙中瓦斯由压力梯度驱动、煤基质内瓦斯分别由压力梯... 瓦斯是赋存于煤层中的非常规天然气。瓦斯的输运行为是煤层气开采的核心问题,然而双重孔隙煤层的瓦斯输运机理还没有达成共识。为了明确瓦斯输运机理,可视化瓦斯动态输运过程,构建裂隙中瓦斯由压力梯度驱动、煤基质内瓦斯分别由压力梯度驱动和密度梯度驱动的2种煤层双重孔隙钻孔瓦斯渗流模型。2种模型均采用有限差分法求解。通过自主开发的数值模拟软件得到瓦斯压力分布、瓦斯涌出速度和瓦斯累计涌出量。通过对比数值解算结果与现场实测数据,探讨2种模型的准确性和差异性。结果表明:①2种模型在抽采前期均由达西流主导,其瓦斯涌出速度和累计瓦斯涌出量与现场基本保持一致,而煤基质内的气体将在后期主导气体输运。②由于游离瓦斯的存在,基质密度梯度模型的钻孔瓦斯压力变化范围比压力梯度模型的更大,更符合现场实测情况。说明煤基质中的扩散行为更符合游离瓦斯密度梯度驱动模型。③钻孔瓦斯涌出速度与原始瓦斯压力、孔隙率、裂隙渗透系数呈正相关,与基质半径负相关。所构建的裂隙瓦斯压力梯度驱动、基质游离瓦斯密度梯度驱动双重孔隙钻孔瓦斯输运模型更真实、准确地反映煤储层钻孔瓦斯输运的物理行为。 展开更多
关键词 煤层 瓦斯输运 密度梯度 双重孔隙模型 瓦斯涌出速率 参数敏感性
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煤裂隙粗糙度和开度对注水渗流影响的实验研究 被引量：1
5
作者 王刚 陈雪畅 +2 位作者 陈昊 隆清明 刘义鑫 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第1期92-101,共10页
【目的】煤层注水是矿井除尘、防治煤与瓦斯突出和冲击地压等灾害的关键技术措施,而裂隙粗糙度、开度等形态特征对煤层注水效果具有显著影响。【方法】借助砂纸和聚酰亚胺高温胶带制备了含有不同粗糙度和开度裂隙的煤样,利用激光光谱共... 【目的】煤层注水是矿井除尘、防治煤与瓦斯突出和冲击地压等灾害的关键技术措施,而裂隙粗糙度、开度等形态特征对煤层注水效果具有显著影响。【方法】借助砂纸和聚酰亚胺高温胶带制备了含有不同粗糙度和开度裂隙的煤样,利用激光光谱共聚焦显微镜精准计算裂隙粗糙度参数,测试裂隙煤样渗流量。【结果和结论】结果表明,表面高度偏差Ha、表面最大高度Hz和三维形貌分形维数Ds可以作为表征煤剖面粗糙程度的参数。煤体渗流量随Ha、Hz和Ds的升高呈指数降低趋势,随着剖面粗糙度从4.69提高到18.43,裂隙内的渗流量最高下降84.42%。裂隙开度在60~90μm时其粗糙度对渗流的阻碍效果达到最高,此后粗糙单元阻碍效果开始减弱,裂隙开度在渗流过程占据主导作用。煤体渗流量随裂隙开度的升高呈指数升高的趋势,裂隙开度由30μm提高到150μm,裂隙渗流量最高可增大355.88倍。通过对裂隙开度和粗糙度与渗流量关系的深入探究,明确了两者在煤层注水过程中的关键作用机制,强调在煤层注水实践中应充分考虑裂隙形态特征,依据不同的裂隙开度和粗糙度情况合理选择注水方式,以实现煤层注水效果的有效提升。 展开更多
关键词 煤 裂隙开度 裂隙粗糙度 裂隙粗糙度表征 渗流量 矿井除尘
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高温后砂岩真三轴加卸载力学特性演化规律 被引量：1
6
作者 王刚 郑金叶 +3 位作者 刘义鑫 祝清傲 杨宝东 范玉林 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期124-136,共13页
煤炭地下气化、地热能开采过程中的高温环境及应力场的变化对岩石的力学性质及强度特征均会产生影响,对高温处理后的岩石在不同三轴应力作用下的强度和力学性质变化的研究,在地下工程实际应用中有着非常重要的作用。基于真三轴应力下煤... 煤炭地下气化、地热能开采过程中的高温环境及应力场的变化对岩石的力学性质及强度特征均会产生影响,对高温处理后的岩石在不同三轴应力作用下的强度和力学性质变化的研究,在地下工程实际应用中有着非常重要的作用。基于真三轴应力下煤岩水力润湿范围动态监测试验系统,开展不同温度不同三轴应力条件下砂岩的加卸载试验,分析高温后砂岩的变形特征、强度特征及能量变化规律,研究温度及三轴应力对砂岩宏观强度的影响。结果表明:砂岩的破坏以脆性破坏为主,不同温度砂岩的破坏面均沿着垂直最小主应力的方向形成,破裂角随温度的升高而增大,且趋近于垂直;砂岩的承载能力随温度的升高呈现先增强后减弱的趋势,600℃时,承载能力达到最大,1 000℃时最小;温度对砂岩的弹性模量、变形模量等变形参数的影响较为明显,三轴应力对变形参数影响相对较小;砂岩变形参数与温度大致呈负相关趋势,砂岩变形参数与三轴应力大致呈正相关趋势;1 000℃时,砂岩的弹性模量、变形模量和峰值强度均最小,极限应变最大;砂岩加卸载过程中能量密度变化趋势与峰值强度大致相同,其中弹性能占输入能比例较高对砂岩破坏影响较大;结合砂岩的矿物成分、孔裂隙结构及孔隙率的变化情况,发现砂岩的宏观强度变化与微观的结构变化表现一致。 展开更多
关键词 砂岩 热损伤 真三轴 变形特征 强度劣化
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煤层注水对煤矿灾害的防治作用机理研究
7
作者 王刚 黄启铭 +3 位作者 程卫民 于岩斌 王振洋 李木坤 《山东科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期1-12,共12页
国内外长期工程实践证实,煤层注水作为一种防控技术手段,能够从源头上有效治理煤尘、瓦斯及冲击地压等灾害,为煤矿安全生产提供了重要保障。本研究基于近年来国内外研究成果,从注水引发的煤体润湿改性、孔裂隙结构演化及力学性能调控三... 国内外长期工程实践证实,煤层注水作为一种防控技术手段,能够从源头上有效治理煤尘、瓦斯及冲击地压等灾害,为煤矿安全生产提供了重要保障。本研究基于近年来国内外研究成果,从注水引发的煤体润湿改性、孔裂隙结构演化及力学性能调控三个维度,系统梳理了煤层注水防治矿井灾害作用机理的研究成果。煤层钻孔注水在压力驱动下渗流进入煤体孔裂隙网络,通过水膜包裹煤尘颗粒、降低煤体表面能等途径抑制粉化核形成,实现粉尘污染的源头防控;水力润湿作用促使煤体强度弱化并提升煤体塑性,配合水力致裂产生的区域卸压效应,显著改善煤层应力分布状态,从而有效预防煤层冲击地压灾害。同时,注入煤层内部的水分子通过竞争吸附置换煤体孔隙内的瓦斯,结合高压水力增透机制,显著强化煤层瓦斯的流动性,大幅提升煤层瓦斯抽采效率。尽管现有研究已从多角度阐明了注水防灾机理,但在深部复杂地质条件下,注水渗润的各向异性特征、水-煤-气-应力多场耦合动态响应机制,以及地质力学环境变异对注水效果的影响等方面仍需深入探索。这些关键问题的突破将为发展适应深部开采条件的煤层注水新技术提供理论支撑,推动煤矿灾害水力化防治水平迈上新台阶。 展开更多
关键词 煤层注水 粉尘 冲击地压 煤与瓦斯突出 防治机理
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煤层注水渗流与润湿机制研究进展
8
作者 王刚 陈雪畅 +3 位作者 程卫民 刘震 孙路路 徐浩 《山东科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期1-17,共17页
近年来,随着煤炭开采不断向深部发展,矿井所面临的冲击地压、煤与瓦斯突出等灾害日益严重。煤层注水在治理煤与瓦斯突出、防冲泄压等方面具有显著优势,成为广泛应用的矿井防灾手段。为系统总结煤层注水渗流与润湿机制相关研究,本文梳理... 近年来,随着煤炭开采不断向深部发展,矿井所面临的冲击地压、煤与瓦斯突出等灾害日益严重。煤层注水在治理煤与瓦斯突出、防冲泄压等方面具有显著优势,成为广泛应用的矿井防灾手段。为系统总结煤层注水渗流与润湿机制相关研究,本文梳理了国内外煤层注水发展脉络,从孔裂隙结构、渗流过程、渗流机理及润湿机制等方面综合分析相关成果。在孔裂隙结构研究方面,借助先进的微观观测技术已成功建立起了多种孔裂隙结构的定量表征模型,并准确描述其几何参数特征,有助于针对不同煤层特性制定更具针对性的注水方案。在渗流过程研究方面,构建了考虑多因素的渗流理论模型,并通过先进测量技术获取渗流数据,揭示注水参数影响规律,同时,数值模拟技术实现了渗流场的可视化。煤体润湿机制研究方面,揭示了润湿微观原理,明确了不同煤质润湿特性差异,并筛选有效润湿剂提高注水效果。现阶段的研究还存在局限性,如孔裂隙结构研究与宏观工程结合欠缺,渗流数值模型需进一步考虑流体对煤体结构的影响进行优化等。本研究为优化煤层注水效果提供了理论基础,对保障煤矿安全、推动灾害治理技术发展及能源安全稳定有借鉴意义。 展开更多
关键词 深部开采 煤层注水 孔裂隙结构 注水渗流 润湿机制
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“测氡-磁”法探测小窑自然发火技术的应用研究
9
作者 胡相明 洪海博 +4 位作者 董浩 吴佰谦 孙自超 王伟 张茜 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期200-210,共11页
山西小窑煤矿自然发火区域存在火源多且分布范围较广、火源位置隐蔽难以准确探测、漏风通道多、难以防治的实际问题。为了准确探测火源位置及范围,首先,从自然发火区域探测手段的探测机理开展研究,基于测氡法与磁法探测火区基础理论,提... 山西小窑煤矿自然发火区域存在火源多且分布范围较广、火源位置隐蔽难以准确探测、漏风通道多、难以防治的实际问题。为了准确探测火源位置及范围,首先,从自然发火区域探测手段的探测机理开展研究,基于测氡法与磁法探测火区基础理论,提出了地面“测氡-磁”联合技术探测原理对小窑火源的位置与范围进行精确探测;其次,使用FD213α能谱氡测量仪和GSM-19T磁力仪现场采集小窑隐蔽火源数据,采用地面“测氡-磁”联合技术对采集数据处理分析,综合圈定小窑隐蔽火源的位置与范围,并利用井下测温与测气钻孔,结合初步探测结果和井下巷道分布情况,对火源位置进行了核实;最后采用钻孔注浆技术进行火区治理,并采取束管气体监测和复测氡法联合技术对火区治理效果进行检测。试验结果发现:井下测温与测气钻孔结果成功验证“测氡-磁”联合技术圈定的隐蔽火源的位置与范围,本次试验共圈定隐蔽火区面积约213 m^(2);钻孔注浆火区治理工作累积充填材料约1 862 m~3;治理效果检测表明圈定火区内部指标气体CO体积分数降为0,氡浓度趋于正常水平,治理工作取得良好的效果。 展开更多
关键词 小煤窑隐蔽火区 火源测探 磁法与测氡联用法 钻孔注浆技术 束管监测
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流量控制式脉动水力压裂裂缝扩展特征试验研究
10
作者 李全贵 王明杰 +6 位作者 余旭 倪冠华 宋明洋 程志恒 孙万杰 陈亮 赵政舵 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期178-189,共12页
脉动水力压裂技术在瓦斯抽采、页岩气开发及地热开发等储层改造领域中展现出起裂压力低、缝网复杂等优势。目前,通过控制流量实现脉动水力载荷输出是工程中的常用方法,但其裂缝扩展机制还不够明确。为此,以砂岩试件为对象,开展了真三轴... 脉动水力压裂技术在瓦斯抽采、页岩气开发及地热开发等储层改造领域中展现出起裂压力低、缝网复杂等优势。目前,通过控制流量实现脉动水力载荷输出是工程中的常用方法,但其裂缝扩展机制还不够明确。为此,以砂岩试件为对象,开展了真三轴流量控制式脉动水力压裂试验,分析了泵注频率和泵注速率对泵注压力、声发射能量、裂缝断裂类型及宏观破裂形态特征的影响。结果表明:流量控制式脉动水力压裂的起裂压力、跌落压力及起裂瞬态能量随泵注频率及泵注速率的增加而增大,裂缝扩展面积随泵注频率的增大而减小,随泵注速率的增大而先增大再减小。相较于常规水力压裂,其声发射能量更密集,起裂压力更低,起裂压力最大降低了21.9%,剪切裂纹占比增加5.6%~17.8%,裂缝扩展面积最大增加2.3倍。其脉动水力载荷变化复杂,起裂阶段表现为固定频率、升压力均值和幅值的坡形载荷,裂缝扩展时为固定压力上限、频率和幅值的水平循环形载荷;压力上限、下限和均值与泵注频率及泵注速率呈正相关,压力幅值与泵注频率呈负相关,随泵注频率的增大而先增大再减小。输出的脉动水力载荷类型不同,压裂产生的裂缝扩展特征差异明显。为了提高压裂效果,压裂参数设计要保证输出的脉动水力载荷具有足够的强度和幅值。 展开更多
关键词 脉动水力压裂 流量控制 脉动载荷特征值 能量响应 裂缝断裂类型
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煤炭地下气化顶板砂岩高温致裂规律实验研究
11
作者 辛林 王欣 +5 位作者 牛茂斐 杨敏 李华龙 徐伟豪 尚振杰 刁垌彤 《煤炭工程》 北大核心 2025年第2期163-170,共8页
煤炭地下气化过程中,随着气化工作面的扩展,燃空区产生的高温会对顶板岩石造成不同程度的结构损伤。为了研究不同温度(100、200、300、400、500、600℃)造成的热损伤对砂岩声发射特征及破裂机制的影响,利用自主研发的单向加热实验设备,... 煤炭地下气化过程中,随着气化工作面的扩展,燃空区产生的高温会对顶板岩石造成不同程度的结构损伤。为了研究不同温度(100、200、300、400、500、600℃)造成的热损伤对砂岩声发射特征及破裂机制的影响,利用自主研发的单向加热实验设备,对试验过程中声发射信号进行采集分析,研究表明:累计声发射事件数与内部裂纹数的正相关性能够较好地反映砂岩宏观破坏规模,400~500℃砂岩破裂最为明显。微观上,试样各个温度快速升温阶段裂纹发展速度快,随温度升高,低频占比减少56.02%,高频占比增加57.1%,主频由低频为主转为高频为主,即砂岩破坏由晶间滑移主导转变为裂隙扩展主导。砂岩热破裂是膨胀变形、裂纹的萌生、快速发展以及裂纹持续贯通到破坏的过程。砂岩裂纹萌生,裂纹发育及裂纹非稳定发育分别对应分形维数数值变化≥0.35、-0.15~0.35、≤-0.15,分形维数曲线不规则波动阶段和突降阶段之间的突变点,可作为预测岩石热破裂时内部宏观裂隙形成的信号,为煤炭地下气化设计合理的采宽提供理论支持。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 砂岩 单向加热 声发射 裂隙演化 分形维数
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煤自燃过程中声波效应及前兆特征研究进展
12
作者 孔彪 钟建辉 +5 位作者 陆伟 胡相明 高李阳 庄则栋 孙晓磊 时林超 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期211-221,共11页
基于声波技术感知煤自燃温度的方法具有应用场景广、实时连续性强等优势,但煤自燃过程中声波信号的前兆特征还未有揭示,进行煤自燃过程中声波效应和前兆特征的研究,为声波法探测预警煤自燃提供理论基础。首先理论分析煤岩热损伤破裂演... 基于声波技术感知煤自燃温度的方法具有应用场景广、实时连续性强等优势,但煤自燃过程中声波信号的前兆特征还未有揭示,进行煤自燃过程中声波效应和前兆特征的研究,为声波法探测预警煤自燃提供理论基础。首先理论分析煤岩热损伤破裂演化过程、声波传输特征,在此基础上建立了3种尺寸煤自燃声波信息测试系统,测试了煤升温及燃烧过程中次声波、声发射及声波声速信息,利用线性拟合、多重分形理论、傅里叶变换等方法,围绕声波信号的时序特征、与温度相关性、空间特征、非线性特征及频谱等方面进行分析,揭示煤自燃过程中声波信号前兆特征规律。结果表明:煤自燃过程中,随着温度升高,次声波声压值阵发性增长,声发射信号的振铃计数、能量值及声波声速与温度正相关;煤自燃前期次声波信号、声波声时变化更为明显,声发射信号在100℃之后的增大变化更显著;声波信号具有空间特征,随着热源距离增加,振铃计数、能量发生降低变化,温度升高不同距离下的声速值均不断增加,声速与温度拟合方程R2均超过0.9;煤升温过程中次声波、声发射信号具有多重分形特征并与煤自燃热破裂具有较好对应性;此外,煤升温过程中次声波主频发生迁移、主频幅值不断增加。最后对煤田高温异常区进行声发射测试,温度异常区域声发射信号变化明显。 展开更多
关键词 煤自燃 次声波 声发射 时空演化 频域特征
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煤自燃初期低温氧化产热特性及关键结构演变特征
13
作者 刘浩 李增华 +2 位作者 王刚 牛会永 谭波 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3518-3533,共16页
煤自燃初期氧化产热是导致煤自燃的根源,也是衡量煤自燃危险性最直接的评价指标。为了测定煤在自燃初期消耗单位氧气产生的氧化热,创新性地通过六通阀与定量环组合,精确控制向煤样罐中通入的空气量,并基于煤氧化热理论构建计算模型,测... 煤自燃初期氧化产热是导致煤自燃的根源,也是衡量煤自燃危险性最直接的评价指标。为了测定煤在自燃初期消耗单位氧气产生的氧化热,创新性地通过六通阀与定量环组合,精确控制向煤样罐中通入的空气量,并基于煤氧化热理论构建计算模型,测定煤在自燃初期不同条件下的单位耗氧氧化热。结果表明:在50℃恒温氧化条件下,LJ、WD、ZZ、XT 4种煤样消耗单位氧气产生的氧化热分别为66.94、40.76、42.82、23.31 kJ/mol。这一发现表明,煤自燃初期产生的氧化热远低于数值模拟中常用的氧化热数值300 kJ/mol,且变质程度最低的LJ煤氧化放热量最大,4种煤样都在氧化时间为40 s左右时达到了最大产热速率。为了分析自燃初期不同煤样的产热量呈现差异性的原因,通过低温氮气吸附试验测试煤样的孔隙结构,结果发现煤的孔隙结构不是决定煤氧化放热量差异的主导性因素,孔隙结构更发育只是有效促进了煤氧复合反应。而电子顺磁共振试验结果表明煤自燃初期氧化产热是由反应位点控制的动力学行为,煤样原生反应位点的数量是决定产热量的主导因素。初始氧化温度的升高使得煤中初始反应位点增多,也使得煤产生反应位点的速率加快。反应位点的本质为自由基,自由基浓度的增加速率决定了煤氧化反应的速率。 展开更多
关键词 煤自燃初期 产热特性 产热机理 孔隙结构 自由基
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隧道内非对称双火源火焰特性及顶棚烟气最高温度研究
14
作者 孟娜 杜晓燕 《安全与环境学报》 北大核心 2025年第1期50-57,共8页
针对自然通风下隧道火灾非对称双火源协同作用下火焰特性和顶棚射流烟气最高温度开展研究。在缩尺寸隧道火灾模拟试验平台开展试验,结果表明,随着火源间距的增大,非对称双火源由完全融合到间歇融合,最后完全分离。火焰完全融合且火源热... 针对自然通风下隧道火灾非对称双火源协同作用下火焰特性和顶棚射流烟气最高温度开展研究。在缩尺寸隧道火灾模拟试验平台开展试验,结果表明,随着火源间距的增大,非对称双火源由完全融合到间歇融合,最后完全分离。火焰完全融合且火源热释放速率不同时,火焰呈现非对称形态,存在一个火焰高度,火焰高度主要由较大热释放速率火源决定。随着火源间距的增大,存在两个火焰高度,火焰高度最大值均大于对应工况火焰完全融合时的火焰高度。双火源一侧接收到的辐射热流随离开火源距离的增大而减小,固定水平位置处接收到的热辐射随着火源间距的变化会有波动,但整体变化不大。非对称双火源火羽流顶棚射流烟气最高温度整体随火源间距的增大而减小。当S/D<0.5时,烟气最高温度主要受两个火源热释放速率的影响,火源间距对烟气最高温度的影响较小;而当S/D≥0.5时,烟气最高温度主要受对应侧火源热释放速率的影响,而受临近火源热释放速率的影响较小。在此基础上,建立了非对称双火源顶棚射流烟气最高温度分段预测模型。 展开更多
关键词 安全工程 隧道火灾 非对称双火源 火焰形态 火焰高度 热辐射 烟气最高温度
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煤炭地下气化燃空区动态演变下多场演化特征
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作者 尹大伟 苑啸天 +3 位作者 周广磊 辛林 周泽森 王子涵 《煤炭学报》 北大核心 2025年第6期3100-3114,共15页
煤炭地下气化作为一种洁净煤综合利用技术,已成为“双碳”背景下煤炭无害化开采技术创新战略方向。为研究煤炭地下气化过程覆岩温度场、位移场及损伤场多场耦合变化规律,以山东某煤矿煤炭地下气化工程区域地质和生产条件为研究背景,首... 煤炭地下气化作为一种洁净煤综合利用技术,已成为“双碳”背景下煤炭无害化开采技术创新战略方向。为研究煤炭地下气化过程覆岩温度场、位移场及损伤场多场耦合变化规律,以山东某煤矿煤炭地下气化工程区域地质和生产条件为研究背景,首先开展了煤炭地下气化区域岩石力学特性试验,获得了不同岩性岩石试样的物理力学参数及热力学参数;其次开发了煤炭地下气化覆岩多场耦合数值模拟方法,该方法以最大拉应力准则及摩尔库仑准则作为损伤破坏准则,考虑了煤炭地下气化过程中燃烧点移动、燃空区形成过程应力平衡及燃空区降温的特点,给出了煤炭地下气化覆岩移动及损伤破坏过程数值求解方法;基于此方法研究了气化方向和垂直于气化方向覆岩温度场、位移场和损伤场耦合演化规律。结果表明:煤炭地下气化过程中,随着气化过程的进行高温影响范围先增大后减小,传播速率减慢,高温最终影响范围顶底板为5.4m,巷道两帮为4.9m;工程开始后,直接顶发生上移,表明了高温对气化巷道顶板承载能力具有一定程度的强化作用,地层冷却至室温后,煤层直接顶垂直位移达257.18mm;随着气化工程的进行,气化巷道顶板发生明显拉伸损伤,顶板处的损伤破坏范围大于底板和两帮处,当工程进行至第150d时,巷道围岩损伤区总体上呈近似“蝶形”分布;煤炭地下气化结束时,1号气化巷道顶板损伤高度为12.38m,2号巷道顶板损伤高度为11.14m,工程理论设计的15m宽煤柱可保证气化采场的稳定性。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 多场耦合 损伤演化 温度场 覆岩移动
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矿用PET基梯度复合纤维膜制备及滤尘−透湿性能研究
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作者 周刚 徐卓 +4 位作者 姜力玮 陈冠双 马云龙 柳茹林 王勇梅 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1017-1033,共17页
井下湿热高尘环境中粉尘颗粒物对作业人员的身心健康造成了巨大危害,其中细颗粒粉尘易吸入后到达呼吸道深部肺泡区,是诱发煤矿行业职业性尘肺病的主要原因。为此,基于静电纺丝技术调控微纳米纤维材料结构,层合纺丝制备一种兼具高效捕尘... 井下湿热高尘环境中粉尘颗粒物对作业人员的身心健康造成了巨大危害,其中细颗粒粉尘易吸入后到达呼吸道深部肺泡区,是诱发煤矿行业职业性尘肺病的主要原因。为此,基于静电纺丝技术调控微纳米纤维材料结构,层合纺丝制备一种兼具高效捕尘与强化透湿性能的复合材料,利用超亲水纤维增强高湿条件下对水分子的吸附,利用疏水纤维避免材料中产生毛细水,引入润湿性介于疏水和超亲水之间的多级导流层,构筑多层梯度润湿型聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基复合纤维滤料,解决现有滤料制备难度大,佩戴亲肤性较差及热舒适性不足的问题。实验以PET为基材,引入羟基化石墨烯增强扩散和静电吸附效应以捕获粉尘,选择聚乙烯吡咯烷酮调节亲水梯度,提高复合纤维滤料的润湿性。微观表征和性能测试结果表明:所制备纤维膜具有微纳米尺度的直径、良好的结构规整性和相对光滑的表面形貌,实现了纤维直径和形态的较好调控,各纳米纤维膜的表面元素和官能团分布与其特性相符。对比实验表明,多层复合膜具有较好的滤尘防护性能,品质因子高达0.439 Pa^(−1),孔径分布于2.15~4.61μm,同时接触角测试表明多层复合膜具有从超亲水(0°)到疏水(135.2°)渐变的润湿梯度,水蒸气透过量为5434.503 g/m^(2)·24 h,比单独的亲水膜和疏水膜分别高出1.37倍和2.04倍。此外,通过太赫兹扫描成像分析的方法,开展纤维材料内部液态水的定量分析,阐明了纳米纤维膜对水分子的传输机制。因此,构筑的多层梯度润湿纤维滤料在工矿湿热高尘环境呼吸防护领域具有广阔的应用前景,同时为废弃物的资源化利用提供一种有效的途径。 展开更多
关键词 聚对苯二甲酸乙二醇酯 静电纺丝 梯度式复合膜 滤尘透湿 太赫兹成像
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虚拟冲击分离效能的多因素影响机制研究
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作者 于海明 程煜 +3 位作者 程卫民 王玉环 董慧 徐荣萧 《材料导报》 北大核心 2025年第7期126-133,共8页
为了有效解决煤矿呼吸粉尘分离效率低的问题,基于Euler-Lagrange方法建立了描述虚拟冲击分离器内部风流-粉尘耦合运移的数学模型。采用精准3D打印技术实现了分离器三维结构实体化,并进行分离效能实验研究,实验结果与模拟结果的分离效率... 为了有效解决煤矿呼吸粉尘分离效率低的问题,基于Euler-Lagrange方法建立了描述虚拟冲击分离器内部风流-粉尘耦合运移的数学模型。采用精准3D打印技术实现了分离器三维结构实体化,并进行分离效能实验研究,实验结果与模拟结果的分离效率最大偏差为6.32%。进而分析了粉尘密度、弱流比及采样流量多种影响因素对分离效能的影响机制。研究发现,随着粉尘粒径的增加,各粒径点的分离效能曲线均呈现下降趋势,密度为1 610 kg/m~3的分离效能曲线相对最接近BMRC曲线;弱流比模拟组中,在1/16~1/10范围内的弱流比条件下可获得最佳分离效能,同时发现采样流量控制在1.8~4.5 L/min之间时,可有效减少采样流量对各粒径分离效能的影响。研究结果可为虚拟冲击分离技术的开发和应用提供理论参考。 展开更多
关键词 粉尘监测 呼吸性粉尘 虚拟冲击 分离效能
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小窑隐蔽火源精准探测及帷幕注浆高效治理研究
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作者 胡相明 吴佰谦 +4 位作者 董浩 张国庆 乔亮 梁强强 陈圣贺 《工矿自动化》 北大核心 2025年第7期44-51,共8页
小窑火源位置隐蔽、难以准确识别,单一的煤自燃隐蔽火源探测方法难以精准判定火源位置,且隐蔽火源无法有效扑灭。针对上述问题,以内蒙古小窑煤矿南采区为工程背景,提出采用自然电位法和测氡法联合探测隐蔽火源:通过自然电位法圈定出自... 小窑火源位置隐蔽、难以准确识别,单一的煤自燃隐蔽火源探测方法难以精准判定火源位置,且隐蔽火源无法有效扑灭。针对上述问题,以内蒙古小窑煤矿南采区为工程背景,提出采用自然电位法和测氡法联合探测隐蔽火源:通过自然电位法圈定出自然电位异常区域,利用测氡法圈定出氡浓度水平高的区域,综合分析2种方法探测结果的空间分布特征,据此判定隐蔽火源的空间位置与分布范围。结合自然电位和氡浓度探测结果,综合解释划定了高温燃烧区域、增温发展区域、强干扰区域及正常区域的范围:自然电位异常区域与氡浓度异常区域的重叠部分为高温燃烧区域;自然电位异常区域的非重叠部分为增温发展区域或强干扰区域;氡浓度异常区域的非重叠部分为强干扰区域或正常区域。针对探测出的火源区域,采用帷幕注浆技术对隐蔽火区进行施工:在火区边界布置帷幕孔,对其注入水泥、水玻璃混合浆形成连续密闭隔离带以阻断漏风;在火区中心钻孔并灌注粉煤灰、泥浆进行灭火。结果表明,注浆治理后采空区温度与CO浓度大幅下降,实现了隐蔽火源的高效治理。 展开更多
关键词 煤自燃 小窑火 火源定位 自然电位法 测氡法 帷幕注浆
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综掘面外喷雾三相耦合降尘规律分析
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作者 于海明 王培贝 +1 位作者 叶宇希 程卫民 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第S1期201-213,共13页
由于矿井掘进技术逐渐实现机械化、智能化,导致综掘面的粉尘污染问题愈发严重。为了研究综掘面外喷雾系统在不同排布方式下的降尘规律,基于气相(风流)-固相(粉尘)-液相(雾滴)三相耦合方法,对不同喷嘴排布方案下雾滴与粉尘扩散规律进行... 由于矿井掘进技术逐渐实现机械化、智能化,导致综掘面的粉尘污染问题愈发严重。为了研究综掘面外喷雾系统在不同排布方式下的降尘规律,基于气相(风流)-固相(粉尘)-液相(雾滴)三相耦合方法,对不同喷嘴排布方案下雾滴与粉尘扩散规律进行模拟分析。模拟结果表明:在不改变喷雾压力的前提下,随着喷嘴数量的增加,截割头周围的风流受雾滴的影响加剧,但巷道整体风流场结构受雾滴的影响较小。巷道压风侧雾滴在巷道顶板区域聚集,抽风侧因轴向和径向风流的碰撞作用而使雾滴集中在截割面区域与抽风口间,雾滴粒径在风幕区域明显减小;巷道截割面粉尘质量浓度分布受喷嘴布置方案影响较大,随着喷雾数量增加,巷道截割面顶部和压风侧区域的粉尘聚集现象逐渐减弱,雾滴对粉尘控制作用逐渐增强,巷道呼吸道高度粉尘质量浓度在6~8个喷嘴时粉尘污染情况得到有效控制;当喷嘴布置方案在6个喷嘴以下时,雾滴对截割面覆盖效果不足,粉尘控制效果较差,呼吸道高度雾滴质量浓度较小,当喷嘴布置方案达到6个喷嘴时,巷道呼吸道高度粉尘污染控制效果不足。当喷嘴排布方案为7个喷嘴时,巷道整体雾滴覆盖效果最佳,巷道抽风侧区域截割面最高粉尘质量浓度为38.5 mg/m^(3),沿程粉尘质量浓度均低于20.0 mg/m^(3),呼吸道高度粉尘质量浓度低于15.0 mg/m^(3),雾滴对巷道整体覆盖效果最佳,大幅的降低了巷道的粉尘污染,为综掘面外喷雾系统的优化设计提供理论依据。 展开更多
关键词 综掘工作面 外喷雾 粉尘污染 喷雾降尘 喷嘴排布
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基于光催化降解的综合实验教学案例研究
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作者 周广柱 张子矜 +1 位作者 王翠珍 尹雪莹 《实验室研究与探索》 北大核心 2025年第7期165-169,共5页
为满足新时期环境类专业实验的教学改革需求,以光催化降解四环素综合实验为载体,构建面向高年级本科生的创新性实验教学体系。通过整合文献分析、催化剂制备及污染物降解等模块,建立"理论指导—实验操作—数据分析"的沉浸式... 为满足新时期环境类专业实验的教学改革需求,以光催化降解四环素综合实验为载体,构建面向高年级本科生的创新性实验教学体系。通过整合文献分析、催化剂制备及污染物降解等模块,建立"理论指导—实验操作—数据分析"的沉浸式科研训练教学模式,着重提升学生知识整合能力。在教学实践中引入响应曲面法,系统探究催化剂投加量、过硫酸盐浓度与污染物初始浓度等关键因子对降解效率的协同影响,引导学生在实验设计优化过程中掌握多变量分析方法,强化其思维与创新能力。问卷调查表明,学生认为该综合实验项目充分整合了基础理论与实践技能,实验内容具有挑战性,对教学方法满意度较高。本案例可为相关综合实验的改革提供参考。 展开更多
关键词 光催化降解 综合实验 响应面设计 创新能力培养
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