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采空区煤自燃与瓦斯复合灾害防控研究进展及挑战 被引量:9
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作者 秦波涛 马东 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期392-408,共17页
采空区煤自燃与瓦斯复合灾害是煤矿最严重的灾害之一,往往会造成重大的人员伤亡和经济损失。为了进一步提高防控采空区复合灾害的能力,分析了采空区的漏风、瓦斯运移集聚和煤自燃火灾是发生煤自燃与瓦斯复合灾害的主要形成要素,指出了... 采空区煤自燃与瓦斯复合灾害是煤矿最严重的灾害之一,往往会造成重大的人员伤亡和经济损失。为了进一步提高防控采空区复合灾害的能力,分析了采空区的漏风、瓦斯运移集聚和煤自燃火灾是发生煤自燃与瓦斯复合灾害的主要形成要素,指出了复合灾害具有耦合性、隐蔽性、不确定性、动态性、继发性和严重性的主要特征;提出了复合灾害防控技术体系,系统阐述了目前我国在煤自燃与瓦斯复合灾害动态演化特性、复合灾害辨识与预警技术、采空区绿色高效防灭火技术、复合灾害惰化抑爆技术和复合灾害应急处置技术等方面的最新研究成果及进展。但是,随着我国煤矿开采深度和强度的增大,开采环境发生剧烈变化,采空区复合灾害问题也日趋严重复杂,采空区煤自燃诱发瓦斯爆炸的重特大事故仍时有发生。针对采空区煤自燃与瓦斯复合灾害高效防控的迫切需求,通过分析最近发生的采空区煤自燃与瓦斯复合灾害事故,凝练出复合灾害耦合致灾风险的精准预判与评估、复合灾害信息的精准获取、封闭区域的合理选择、灾害区域的精准定位和智能定向处置是当前复合灾害高效防控面临的四大挑战,并提出了相应的研究方向和内容,为防范与遏制采空区煤自燃与瓦斯复合灾害事故、保障我国煤炭安全高效开采提供借鉴。 展开更多
关键词 采空区 复合灾害 煤炭自燃 瓦斯爆炸 灾害防控
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多风机联合高效运转按需调风策略及实验研究
2
作者 蔡春城 吴征艳 +4 位作者 郝海清 祝令锦 邵昊 蒋曙光 王凯 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第2期39-49,共11页
针对煤矿多风机联合运转时存在的通风效率低、能耗高及供需不匹配等问题,分析了多风机相互扰动的影响特性,提出了矿井复杂通风网络风量协同调控策略。通过构建复杂通风管网实验平台,以风机F1所属区域的分支e_(8)和风机F2所属区域的分支e... 针对煤矿多风机联合运转时存在的通风效率低、能耗高及供需不匹配等问题,分析了多风机相互扰动的影响特性,提出了矿井复杂通风网络风量协同调控策略。通过构建复杂通风管网实验平台,以风机F1所属区域的分支e_(8)和风机F2所属区域的分支e_(13)为调控对象,风量分别降低0.05、0.10 m^(3)/s,利用复杂通风管网实验平台进行风机与通风调节设施的协同调控实验。实验结果与计算值的最大相对误差仅为5.65%,调节准确度超过85%,验证了风量智能化按需协同调控策略在复杂通风管网实验平台的可行性。 展开更多
关键词 多风机 联合运转 按需调风 复杂通风管网 调风策略
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煤矿采空区瓦斯与煤自燃复合热动力灾害多场演化研究进展 被引量:71
3
作者 林柏泉 李庆钊 周延 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1715-1726,共12页
我国是采空区复合热动力灾害最为严重的国家之一,探索采空区复合热动力灾害的演化规律对于灾害防治具有极其重要的意义。然而,目前对于复合热动力灾害各灾种间的耦合致灾机理、灾害演化规律、灾害信息探测与辨识等方面的认识尚不够深入... 我国是采空区复合热动力灾害最为严重的国家之一,探索采空区复合热动力灾害的演化规律对于灾害防治具有极其重要的意义。然而,目前对于复合热动力灾害各灾种间的耦合致灾机理、灾害演化规律、灾害信息探测与辨识等方面的认识尚不够深入,因此导致煤矿采空区复合热动力灾害的预防及治理尚缺乏有针对性的技术方法。基于此,探讨了我国采空区瓦斯与煤自燃复合热动力灾害发生的现状,分析了该领域的国内外最新研究进展,指出采空区瓦斯与煤自燃复合热动力灾害具有隐蔽性、耦合型、动态性、复杂性的主要特征,由此导致灾害表现出风险大、辨识难、预警难、防治难的特点。从国内外关于采空区复合热动力灾害多场演化规律的研究平台、多场耦合数学模型、气体体积分数场-温度场-风压场等多场耦合演化规律及其关键影响因素、灾害信息探测技术及采空区瓦斯与煤自燃复合热动力灾害的判别方法等角度,系统综述了采空区热动力灾害多场演化规律的最新进展。以此为基础,指出采空区复合热动力灾害亟需在多灾种间的互馈耦合作用机理、多场耦合动态演化规律、复合灾害的关键致灾因素及其临界指标、采空区复合灾害监测-预警-综合防控一体化理论与技术等方面展开进一步的深入研究与探索,研究结果将为采空区复合热动力灾害致灾机理和有效防治技术的研发提供参考。 展开更多
关键词 煤矿采空区 复合热动力灾害 煤自燃 爆炸 多场演化
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煤矿瓦斯灾害风险隐患大数据监测预警云平台与应用 被引量:28
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作者 王恩元 李忠辉 +8 位作者 李保林 覃奔 徐剑坤 李楠 夏宏宇 张国锐 李阳 冯小军 刘晓斐 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期142-150,共9页
瓦斯灾害仍然是我国深部煤矿开采的主要灾害,随着采深及开采强度的加大,危险性日趋严重。瓦斯灾害影响因素及耦合关系非常复杂,灾害事故时有发生。基于安全监测大数据进行瓦斯灾害和风险隐患一体化分析预警已成为煤矿安全管理、监管和... 瓦斯灾害仍然是我国深部煤矿开采的主要灾害,随着采深及开采强度的加大,危险性日趋严重。瓦斯灾害影响因素及耦合关系非常复杂,灾害事故时有发生。基于安全监测大数据进行瓦斯灾害和风险隐患一体化分析预警已成为煤矿安全管理、监管和监察的迫切需求。分析了瓦斯灾害与风险隐患的大数据特征,提出了基于安全监测大数据的瓦斯灾害风险隐患识别与突出危险性预警方法,研发了煤矿瓦斯灾害风险隐患大数据监测预警云平台,实现了动态信息资源"一张图",并进行验证和应用。通过集成和挖掘分析所有相关实时数据、变化趋势及耦合关系实现了煤矿瓦斯灾害风险隐患大数据监测、自动识别、预警和结果分级推送等。 展开更多
关键词 瓦斯灾害 风险隐患 分析预警 云平台 “一张图”
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安全科学与工程教学实验室建设与安全管理 被引量:11
5
作者 朱建云 李庆钊 裴晓东 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2021年第1期288-292,共5页
安全科学与工程是我校“双一流”建设的重点学科之一,安全工程教学实验室的建设对于推进双一流工作具有重要意义。针对高校实验室建设与安全管理所面临的共性难题,结合我校安全科学与工程专业人才培养目标和实验课程体系设置,重点阐述... 安全科学与工程是我校“双一流”建设的重点学科之一,安全工程教学实验室的建设对于推进双一流工作具有重要意义。针对高校实验室建设与安全管理所面临的共性难题,结合我校安全科学与工程专业人才培养目标和实验课程体系设置,重点阐述了实验室在实验教学模式、实验室整体规划、仪器设备配置以及实验室安全管理四方面的探索与实践。通过创新虚实结合的实验课程体系,构建教学科研相结合的实验室设施,改善实验环境、强化安全防护装备,健全风险评估与安全准入相协同的管理制度,显著提升了实验室服务教学科研的水平。结果表明,实验室的建设只有与专业背景相结合、与人才培养目标相适应、与实验课程体系相匹配,才能更好地体现专业特色,发挥实验室在创新人才培养中的积极作用。 展开更多
关键词 双一流 安全科学与工程 实验室建设 安全管理
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基于全尺寸火灾实验的单室轰燃温升模型 被引量:5
6
作者 张磊 朱国庆 赵国祥 《消防科学与技术》 CAS 北大核心 2013年第8期821-825,共5页
基于全尺寸室内实体火灾实验,建立单室轰燃温升模型。在徐州市某化工厂一办公室内进行轰燃火灾实验,观察实验中的轰燃现象并记录室内温度变化;选取房间内烟气为研究对象,分析热量平衡关系建立单室轰燃温升模型;利用数值方法求解该模型... 基于全尺寸室内实体火灾实验,建立单室轰燃温升模型。在徐州市某化工厂一办公室内进行轰燃火灾实验,观察实验中的轰燃现象并记录室内温度变化;选取房间内烟气为研究对象,分析热量平衡关系建立单室轰燃温升模型;利用数值方法求解该模型并与实验结果比较,判定单室轰燃温升模型的准确性。结果表明:将室内烟气视为均匀体所建立的单室轰燃温升模型能够准确模拟室内火灾温升过程,为轰燃后建筑物材料和结构的受损评估提供依据。 展开更多
关键词 单室火灾 全尺寸实验 轰燃 温升模型
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煤矿超低浓度瓦斯蓄热燃烧特性及其关键影响因素分析 被引量:5
7
作者 李庆钊 张桂韵 +2 位作者 刘鑫鑫 朱鹏飞 郑苑楠 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第23期8078-8087,共10页
为研究超低浓度瓦斯蓄热燃烧特性及其关键影响因素,搭建多孔介质燃烧测试平台,研究不同孔隙率多孔介质蓄热体及其组合条件下的超低浓度瓦斯燃烧特征,探讨烟气热量回流对燃烧稳定的影响。研究发现,基于多孔介质的超低浓度瓦斯蓄热燃烧状... 为研究超低浓度瓦斯蓄热燃烧特性及其关键影响因素,搭建多孔介质燃烧测试平台,研究不同孔隙率多孔介质蓄热体及其组合条件下的超低浓度瓦斯燃烧特征,探讨烟气热量回流对燃烧稳定的影响。研究发现,基于多孔介质的超低浓度瓦斯蓄热燃烧状态包括表面燃烧和浸没燃烧,相同工况下表面稳定燃烧的火焰传播速度小于浸没燃烧状态下的火焰传播速度,当多孔介质孔隙内火焰传播速度大于孔内的气体轴向流速时,表面燃烧将向浸没燃烧模式进行转变,以此为基础确定其燃烧模式转变的临界条件。超低浓度瓦斯蓄热燃烧所表现出的燃烧区分层、热斑及燃烧区破裂等非稳定性的燃烧特征在传输过程中相互耦合且不断演化,其形成与存在与燃烧波及热波的传播密切相关。当临界准则数(贝克莱数)Pe≥65时,多孔介质内可实现稳定传播的燃烧波。在该实验条件下,20PPI的多孔介质有利于超低浓度瓦斯的稳定燃烧,合理组合的多孔介质界面有助于燃烧火焰的稳定和温度分布的均匀。由此提出烟气逆流用于强化进气预热的自回热新思路,与无热量回流相比,烟气逆流可显著强化进气预热,有效改善超低浓度瓦斯的蓄热燃烧状态,使得床内温度场的分布更趋均匀,显著降低床内各区域间的温度梯度,有效抑制火焰倾斜、热斑、破裂等非稳定燃烧特征。 展开更多
关键词 超低浓度瓦斯 多孔介质 蓄热燃烧 稳定性 热回流
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新元煤矿瓦斯抽采系统优化 被引量:7
8
作者 赵飞 杨胜强 《河南理工大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2018年第1期15-22,共8页
针对新元煤矿瓦斯抽采系统长期存在瓦斯抽采体积分数低、抽采负压不合理等问题,优化并建立了一套瓦斯抽采系统评价指标体系及模型。通过测定矿井瓦斯抽采系统参数,并基于实测参数分析,总结出该矿井瓦斯抽采系统的运行规律,同时运用层次... 针对新元煤矿瓦斯抽采系统长期存在瓦斯抽采体积分数低、抽采负压不合理等问题,优化并建立了一套瓦斯抽采系统评价指标体系及模型。通过测定矿井瓦斯抽采系统参数,并基于实测参数分析,总结出该矿井瓦斯抽采系统的运行规律,同时运用层次分析法、模糊评价法建立了评价指标体系及模型,并对矿井进行评价。最后结合矿井的评价结果及运行状态、规律的分析提出了相应的优化措施,成功解决了煤矿瓦斯抽采系统存在瓦斯抽采体积分数较低、处于爆炸极限范围等问题,提高了瓦斯抽采的效率及安全性。 展开更多
关键词 瓦斯抽采系统 瓦斯参数测定 评价体系 系统优化
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煤自燃气体特征及其对瓦斯爆炸下限影响实验研究 被引量:7
9
作者 顾周杰 刘贞堂 +3 位作者 刘浩雄 钱继发 林松 李晓亮 《工矿自动化》 北大核心 2019年第11期59-64,69,共7页
现有研究大多从煤自燃单组分气体或部分组分混合气体角度对瓦斯爆炸极限进行分析,而对煤自燃过程中不同阶段产生的混合气体对瓦斯爆炸极限的影响分析不足,对煤自燃与瓦斯爆炸的耦合致灾开展的实验研究较少。针对上述问题,通过模拟煤自... 现有研究大多从煤自燃单组分气体或部分组分混合气体角度对瓦斯爆炸极限进行分析,而对煤自燃过程中不同阶段产生的混合气体对瓦斯爆炸极限的影响分析不足,对煤自燃与瓦斯爆炸的耦合致灾开展的实验研究较少。针对上述问题,通过模拟煤自燃实验装置研究了煤自燃过程中气体生成特征规律;采用20L球形爆炸装置对瓦斯混合煤自燃各个阶段生成气体进行实验,研究了煤自燃气体对瓦斯爆炸下限的影响。实验结果表明,实验煤样自燃过程中产生的可燃性气体主要为CH4,CO,C2H4,C2H6,C2H2等,其中CH4和CO体积分数最高,最高体积分数分别为0.75%和0.37%;煤自燃不同阶段产生的可燃性气体含量随自燃时间的增加和温度的升高均呈现增大趋势,煤自燃加热初期,温度小于80℃主要产生了CH4,CO可燃性气体,CO可以作为煤自燃缓慢氧化阶段的标志气体;随着自燃时间的持续,温度超过80℃后,开始产生C2H4和C2H6,随后逐渐产生C3H8气体,C2H4的出现表明煤氧化进入了加速阶段;煤氧化自燃后期,大约到220℃时出现C2H2,此时煤进入激烈氧化阶段;低体积分数的CO能抑制瓦斯爆炸,高体积分数CO能促进瓦斯爆炸,导致爆炸压力变大,爆炸下限降低;煤自燃过程中产生的混合气体增大了瓦斯爆炸压力,爆炸下限最大降低了0.55%,瓦斯爆炸的危险性变大。 展开更多
关键词 煤自燃气体特征 煤自燃与瓦斯爆炸耦合致灾 瓦斯爆炸极限 瓦斯爆炸压力 瓦斯爆炸下限
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不同变质程度煤体瓦斯解吸迟滞特征实验研究 被引量:8
10
作者 陆壮 王亮 +1 位作者 聂雷 高瑾 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2020年第1期88-95,132,共9页
煤体瓦斯解吸过程与吸附过程相比不具有完全可逆性,解吸相对吸附存在迟滞特征,需要对瓦斯解吸迟滞特征及其相关影响因素进行系统研究。在合理选择拟合模型的基础上,利用煤体瓦斯吸附与解吸动力学实验装置分别开展了煤样在不同变质程度... 煤体瓦斯解吸过程与吸附过程相比不具有完全可逆性,解吸相对吸附存在迟滞特征,需要对瓦斯解吸迟滞特征及其相关影响因素进行系统研究。在合理选择拟合模型的基础上,利用煤体瓦斯吸附与解吸动力学实验装置分别开展了煤样在不同变质程度、不同含水率、不同温度和不同粒径下的瓦斯吸附和解吸实验,得到了瓦斯吸附和解吸曲线,计算了不同条件下煤体瓦斯的解吸迟滞系数。结果表明:随着变质程度增加,瓦斯解吸迟滞系数和迟滞面积先减小后增大,解吸迟滞程度呈现“U”型变化;随着煤样水分含量增大,瓦斯解吸迟滞系数和迟滞面积减小,瓦斯解吸迟滞程度减弱;随着实验温度升高,瓦斯解吸迟滞系数和迟滞面积减小,瓦斯解吸迟滞程度减弱;随着煤样粒径减小,瓦斯解吸迟滞系数和迟滞面积减小,瓦斯解吸迟滞程度减弱。解吸迟滞特征会对瓦斯含量直接法测定和吸附常数测定产生负面影响。 展开更多
关键词 吸附 解吸 迟滞特征 变质程度 孔隙结构
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含瓦斯煤受载损伤演化声发射特性实验研究 被引量:2
11
作者 钮月 李忠辉 +5 位作者 王红浩 王佳丽 刘帅杰 殷山 孔艳慧 洪森 《工矿自动化》 北大核心 2016年第6期37-41,共5页
搭建了含瓦斯煤单轴压缩信息采集系统,测试了煤样受载破坏过程中声发射及力学特性参数的变化,并对煤岩损伤演化模型及声发射特性进行了深入的分析研究。研究结果表明,含瓦斯煤在受载破坏过程中能够产生声发射信号,在受载前期声发射信号... 搭建了含瓦斯煤单轴压缩信息采集系统,测试了煤样受载破坏过程中声发射及力学特性参数的变化,并对煤岩损伤演化模型及声发射特性进行了深入的分析研究。研究结果表明,含瓦斯煤在受载破坏过程中能够产生声发射信号,在受载前期声发射信号较少,受载后期较多,载荷峰值附近声发射信号达到最大值;声发射脉冲数及能量与载荷的变化趋势一致,能够直观地反映含瓦斯煤损伤程度;基于声发射特性参数的损伤演化模型,根据声发射脉冲数及能量所计算的损伤值与实测值变化趋势基本一致;作为前兆信息,声发射信号能够表征煤岩损伤演化规律,反映煤岩受载破坏状态。该研究成果将为现场煤岩瓦斯动力灾害的监测及预防提供参考。信号能够表征煤岩损伤演化规律,反映煤岩受载破坏状态。该研究成果将为现场煤岩瓦斯动力灾害的监测及预防提供参考。 展开更多
关键词 含瓦斯煤 受载损伤 声发射特性 演化规律 力学参数 监测预警
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煤层渗透性对煤与瓦斯突出的影响规律及控制机理 被引量:5
12
作者 张超林 刘明亮 +3 位作者 王恩元 王培仲 姜巧真 曾伟 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期4842-4854,共13页
煤与瓦斯突出是矿井灾害中一种破坏性巨大的瓦斯动力现象,严重威胁煤矿安全生产。煤层渗透性是综合反映煤层特性的重要参数,利用自主研发的多功能煤与瓦斯突出模拟试验系统,开展了不同渗透率条件下(1.38×10^(−15)、6.69×10^(−... 煤与瓦斯突出是矿井灾害中一种破坏性巨大的瓦斯动力现象,严重威胁煤矿安全生产。煤层渗透性是综合反映煤层特性的重要参数,利用自主研发的多功能煤与瓦斯突出模拟试验系统,开展了不同渗透率条件下(1.38×10^(−15)、6.69×10^(−15)、7.34×10^(−15)和9.10×10^(−15) m^(2))煤与瓦斯突出物理模拟试验。结果表明:随着煤层渗透率的增加,突出两相流运移形态逐渐由栓流演变为分层流和沙丘流,且煤粉运移速度及其峰值逐渐降低,由1.38×10^(−15) m^(2)条件下31.98 m/s减小为9.10×10^(−15) m^(2)条件下20.10 m/s;伴随突出两相流运移产生的冲击波呈现阶段式演化特征,对应负相压区间冲击波超压谷值的最大绝对值大于正相压区间冲击波超压峰值,且在巷道前端随煤层渗透率的增加而下降;4次试验对应相对突出强度分别为75.63%、44.65%、38.01%、10.97%,拟合得到相对突出强度随煤层渗透率增大呈指数下降关系。理论分析认为,瓦斯压力梯度是以渗透力的形式作用于煤体,而煤层渗透性主要是通过影响瓦斯渗透力动态变化,进而影响煤与瓦斯突出强度以及突出两相流运移状态;随着煤层渗透率的增加,瓦斯流动受到的阻力减小,瓦斯压力下降较快,难以形成高瓦斯压力梯度,同时暴露面附近的瓦斯渗透力较低,并快速向远处转移,无法进一步破坏暴露面煤体,导致突出强度下降,甚至不发生突出。最后,从瓦斯压力梯度和瓦斯渗透力的角度系统探讨了煤与瓦斯突出全过程演化特征,得出煤层渗透率在突出各个阶段均占据重要作用,结合我国煤与瓦斯突出预测现状及难题,认为煤层渗透率有望成为突出预测新指标,关键在于如何结合煤矿现场实际条件确定其临界值,分别从试验研究、理论分析和工程实践等方面提出了未来展望。 展开更多
关键词 煤与瓦斯突出 煤层渗透率 突出两相流 瓦斯压力梯度 瓦斯渗透力
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煤矸石在绿色矿山建设中的规模化利用技术研究进展 被引量:3
13
作者 史全林 龙力华 +2 位作者 杨前 王少辉 谢大伟 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第3期113-125,共13页
【背景】我国煤矸石固废产量大、堆存量持续增加,长期堆放会造成土地资源的浪费且污染矿区环境。利用煤矸石制备高附加值化工产品、提取有用元素等固废处理方式,存在消纳能力不足等问题,难以满足大宗固废规模化处置利用和绿色矿山建设... 【背景】我国煤矸石固废产量大、堆存量持续增加,长期堆放会造成土地资源的浪费且污染矿区环境。利用煤矸石制备高附加值化工产品、提取有用元素等固废处理方式,存在消纳能力不足等问题,难以满足大宗固废规模化处置利用和绿色矿山建设要求。【进展】煤矸石在矿区复垦、井下充填等领域综合利用,是实现其规模化处置利用的重要发展方向。系统总结了煤矸石的物理化学特性及其资源属性,并分析了煤矸石长期堆放对矿区大气、土壤、水体等影响;以绿色矿山建设为出发点,重点介绍了煤矸石作为塌陷区复垦、地聚物注浆、固体充填、膏体充填及似膏体充填等材料的固废规模化处置与利用技术的原理、发展及应用效果。发现煤矸石复垦材料能够改善土壤性质、促进植物生长,但存在短期内重金属迁移污染环境等问题;煤矸石作为地聚物注浆材料实现了煤矸石重金属物质的有效固化,降低了重金属元素释放对环境的危害;煤矸石固体充填技术具有煤矸石处理工艺简便、辅助材料使用少的优势,但面临充填效果不均匀、污染地下水等挑战;归纳了煤矸石膏体充填材料、似膏体充填材料的原料配方及流动性优势,分析了材料的微观水化机理与流动特性,为矿井充填开采提供了关键技术支撑。最后提出目前煤矸石存在活性难以充分激发并利用、应用缺乏前期分类预处理、井下充填注浆利用成本高以及规模化利用缺乏激励性政策支持等问题。【展望】为进一步推动煤矸石在矿区的安全高效、风险可控及规模化利用,未来将重点围绕煤矸石低成本复合活化方法、煤矸石固废利用过程环境友好性评估、煤矸石矿化封存CO_(2)与负碳利用等开展研究,为煤矸石“绿色−高效−高值”综合利用路径发展提供思路,提高煤矸石的规模化利用和风险防范能力,促进固废利用与绿色矿山建设的协同发展。 展开更多
关键词 绿色矿山 煤矸石 固废利用 复垦 充填 活化 负碳
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深部高突煤层典型特征、诱突机制及防治对策 被引量:1
14
作者 林柏泉 杨威 刘统 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期311-325,共15页
我国煤炭开采已逐渐进入深部,随着采深的不断增加,煤层的突出风险显著升高,突出发生的频率和强度均明显增大,给深部煤炭资源的安全高效开发带来巨大挑战。首先剖析了深部不同深度下煤层开采面临的复杂应力环境,并系统研究了深部高突煤... 我国煤炭开采已逐渐进入深部,随着采深的不断增加,煤层的突出风险显著升高,突出发生的频率和强度均明显增大,给深部煤炭资源的安全高效开发带来巨大挑战。首先剖析了深部不同深度下煤层开采面临的复杂应力环境,并系统研究了深部高突煤层的典型特性,阐明了深部开采诱突机制,最后提出了深部开采突出灾害防治的对策建议。结果表明:对突出煤层开采而言,深部没有一个固定深度值,而是应力、瓦斯压力和煤体强度等因素综合影响下煤层所表现出的非线性力学状态。深部煤层应力高,采动煤体呈强塑性破坏;突出煤的孔隙率低且连通性差、高应力下煤层渗透率极低;高压瓦斯高饱和赋存、低压吸附能力强;煤的基质尺度大且通达性差、瓦斯跨尺度运移难;深部煤层最大水平主应力增大,强构造应力作用下构造煤破碎程度高,在构造应力集中带内形成高压瓦斯包,导致突出风险激增。当深部开采工作面前方遇到构造软煤时,工作面附近硬煤内更容易形成强应力集中,对构造软煤内高压瓦斯的封闭作用显著增强,造成工作面前方瓦斯压力高、梯度大,煤体内的瓦斯膨胀能显著高于浅部;同时高应力下工作面前方煤体更容易发生强塑性流变破坏,诱发变形能的猛烈释放。构造煤煤体发生大变形损伤,孔裂隙空间增大;基质尺度急剧减小,被封闭的大量瓦斯快速解吸。二者共同造成游离瓦斯存储空间和压力的同步迅速增大,引发游离瓦斯膨胀能的迅速升高,当瓦斯膨胀能高于突出阈值时,大量瓦斯将破碎并抛出煤体,导致突出事故发生。基于此提出深部突出灾害防治应通过合理化采掘布置,从整体上降低采掘过程中的局部应力集中;通过超前探测准确获取煤层隐蔽构造、煤岩力学参数以及瓦斯参数等关键信息,超前识别突出风险进而施行精准防控;强调了要通过深度卸压充分释放应力,降低煤层应力集中,提高煤层渗透率,同时诱导大量低压吸附瓦斯脱附解吸,通过强力造缝增透减小基质尺度并活化基质孔隙,加速瓦斯运移如有必要采用物理化学联合增透方法,构建基质孔隙-裂隙跨尺度流动通道,提高瓦斯抽采效果,充分降低煤层气含量,最终达到超前、精准和均匀消突的目的,实现深部煤层安全高效开采。 展开更多
关键词 深部开采 突出煤层 高应力 诱突机制 突出防控
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超声处理辅助粉煤灰浸出钙离子矿化CO_(2)及其产物防灭火特性 被引量:1
15
作者 史全林 秦波涛 孙永江 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1034-1046,共13页
利用粉煤灰浆液矿化捕集CO_(2),并利用矿化浆液防控采空区煤自燃,能够实现减污降碳与灾害治理的双重效果。针对当前粉煤灰矿化CO_(2)过程钙离子浸出速率慢、矿化量小等问题,提出利用超声波加速粉煤灰浸出钙离子、强化粉煤灰矿化CO_(2)... 利用粉煤灰浆液矿化捕集CO_(2),并利用矿化浆液防控采空区煤自燃,能够实现减污降碳与灾害治理的双重效果。针对当前粉煤灰矿化CO_(2)过程钙离子浸出速率慢、矿化量小等问题,提出利用超声波加速粉煤灰浸出钙离子、强化粉煤灰矿化CO_(2)效能的思路,利用离子色谱仪研究低钙粉煤灰和高钙粉煤灰浆液中钙离子的浸出规律,采用低温N2吸附法和SEM-EDS技术分析超声波对粉煤灰颗粒结构的改变作用,借助CO_(2)吸附与矿化反应实验系统测定超声波对粉煤灰矿化CO_(2)的强化效果,探究超声波强化粉煤灰钙离子浸出的原理。试验结果表明:粉煤灰直接浸出Ca^(2+)速率十分缓慢,直至30 d达到浸出平衡;经过超声波强化处理后,30 min时Ca^(2+)浓度即可达到静置状态30 d时的浸出水平,表明超声波显著提高了粉煤灰Ca^(2+)的浸出速率。此外,经过超声波强化处理后,低钙和高钙粉煤灰的比表面积分别增加了23.71%和184.71%,表明超声波的空化效应能够破坏粉煤灰颗粒之间的聚集和粘附,使得颗粒被细化、孔隙结构发育,促进了粉煤灰与水之间的Ca^(2+)浸出等传质过程;矿化试验结果表明:低钙和高钙粉煤灰经超声波处理改性后,与未处理的原始粉煤灰相比矿化量分别增长了410%和22%,达到7.66 g/kg和82.02 g/kg,表明超声波增强了粉煤灰对CO_(2)的矿化效果。在此基础上,利用粉煤灰浆液矿化CO_(2)产物防控采空区煤自燃,与原始粉煤灰处理煤样的放热量相比,矿化产物处理煤样的放热量分别降低3.32%和14.24%,表明矿化产物具有更优异的煤自燃抑制特性。 展开更多
关键词 煤自燃 粉煤灰 矿化 超声波 强化
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煤中吸附态与游离态甲烷的串联扩散特征及理论表征
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作者 程远平 易明浩 王亮 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期326-339,共14页
厘清煤中孔隙结构对甲烷吸附以及扩散的内在联系是定量评价甲烷解吸量和解吸速度的基础。运用低压氮气和低压二氧化碳吸附法对煤中多尺度孔隙进行了定量表征,获得吸附态和游离态甲烷的赋存场所和运移通道分别为0.38~1.5 nm的填充孔和1.5... 厘清煤中孔隙结构对甲烷吸附以及扩散的内在联系是定量评价甲烷解吸量和解吸速度的基础。运用低压氮气和低压二氧化碳吸附法对煤中多尺度孔隙进行了定量表征,获得吸附态和游离态甲烷的赋存场所和运移通道分别为0.38~1.5 nm的填充孔和1.5~100 nm的扩散孔,在此基础上建立了填充孔吸附态扩散和扩散孔游离态扩散的双孔串联扩散模型,并通过对甲烷解吸实验数据的拟合获得了甲烷扩散参数和孔隙结构参数。结果表明:基于多尺度孔隙甲烷吸附模型计算的甲烷极限吸附量与实测值匹配程度较好,其中90%以上的吸附态甲烷以微孔填充形式赋存于填充孔内,表明煤对甲烷的吸附能力取决于填充孔结构;解吸过程中填充孔内发生吸附态甲烷扩散,并不断流入扩散孔中以游离态扩散的形式流出,其中吸附态和游离态甲烷扩散系数分别处于10^(-13) m^(2)/s和10^(-6) m^(2)/s量级,而填充孔和扩散孔当量孔长分别为0.109~2.855μm和0.525~3.106 mm,对应的当量孔数分别为10^(16)~10^(17)个/g和10^(10)~10^(12)个/g;由于填充孔数量更多、孔长更短,吸附态甲烷浓度更高,煤中吸附态甲烷的质量传输速度要远大于扩散孔内的游离态甲烷,煤中甲烷的解吸主要受到扩散孔中游离态甲烷扩散过程的控制。 展开更多
关键词 孔隙结构 微孔填充 扩散模型 甲烷赋存 煤粒解吸
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竖井间距对烟囱效应极限高度的影响研究
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作者 刘洪永 武昕宇 +1 位作者 罗劭翔 张佳庆 《消防科学与技术》 北大核心 2025年第1期62-67,73,共7页
为深入研究火灾发生时竖井间距对竖井烟囱效应极限高度的影响规律,通过FDS软件对5 MW下的隧道火灾进行模拟,共设置4种不同的竖井截面尺寸和5种不同的竖井间距,模拟竖井间距对烟囱效应极限高度的影响。结果表明,随着竖井间距的增大,烟囱... 为深入研究火灾发生时竖井间距对竖井烟囱效应极限高度的影响规律,通过FDS软件对5 MW下的隧道火灾进行模拟,共设置4种不同的竖井截面尺寸和5种不同的竖井间距,模拟竖井间距对烟囱效应极限高度的影响。结果表明,随着竖井间距的增大,烟囱效应极限高度逐渐减小;此外,随着竖井截面尺寸增加,竖井间距对烟囱效应极限高度的影响显著增大。基于模拟数据得到了竖井烟囱效应极限高度z与竖井间距x和竖井截面边长y的数学模型,并进行模拟验证。该数学模型可以估算相同环境下,60 m≤x≤240 m,0.5 m≤y≤2.5 m时竖井烟囱效应的极限高度。研究结果不仅可以为自然通风竖井设计提供指导,同时也为相关领域自然通风系统排烟口的设计提供重要参考。 展开更多
关键词 安全工程 竖井间距 烟囱效应 极限高度 数值模拟
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辐射与明火作用下导线铜芯表面变色特征研究
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作者 刘洪永 罗劭翔 +2 位作者 武昕宇 张佳庆 王苾钰 《消防科学与技术》 北大核心 2025年第3期293-298,305,共7页
铜导线特征在火灾事故调查中应用广泛。采用GSL-1100X型管式炉辐射加热和正庚烷明火加热两种工况,将铜导线加热至100~1000℃的温度,通过炉冷、自然冷却和水冷却的方式降至常温。运用MATLAB软件,基于前景辅助K均值算法聚类识别照片中的... 铜导线特征在火灾事故调查中应用广泛。采用GSL-1100X型管式炉辐射加热和正庚烷明火加热两种工况,将铜导线加热至100~1000℃的温度,通过炉冷、自然冷却和水冷却的方式降至常温。运用MATLAB软件,基于前景辅助K均值算法聚类识别照片中的导线的L*a*b*颜色,定量分析导线铜芯表面颜色与受热、冷却条件的关系。结果表明:导线铜芯表面颜色随温度升高先由暗金色变为黑色,再变为红色,最后变为深灰色;明火加热工况相较于辐射加热工况整体颜色变化存在滞后;明火加热工况中,水冷却的颜色相较于自然冷却的颜色偏青色且变化较小。通过上述分析,提出一种基于导线铜芯表面颜色的火灾现场事故调查的思路,为火灾快速勘验提供参考。 展开更多
关键词 火灾物证 辐射加热 明火加热 铜导线 变色特征
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综掘工作面干式过滤除尘技术实验研究及实践 被引量:47
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作者 周福宝 李建龙 +1 位作者 李世航 王飞 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期639-645,共7页
煤矿粉尘易诱发严重的矿工尘肺病和煤尘爆炸,然而现有的湿式除尘技术净化效率普遍不高。针对煤矿综掘工作面环境条件特点,分析认为应用于综掘工作面的干式除尘技术的主要影响因素为空气喷雾、清灰均匀性以及清灰策略等。为此,构建了干... 煤矿粉尘易诱发严重的矿工尘肺病和煤尘爆炸,然而现有的湿式除尘技术净化效率普遍不高。针对煤矿综掘工作面环境条件特点,分析认为应用于综掘工作面的干式除尘技术的主要影响因素为空气喷雾、清灰均匀性以及清灰策略等。为此,构建了干式过滤除尘实验系统和样机,测试发现适度的喷雾量(2 200 m L/min)有利于提高过滤性能;滤筒内安装正椎体或柱锥体可以改善喷吹流场;而正序和逆序清灰策略则分别更有利于改善清灰效果和降低粉尘排放浓度。研制了KCG-200D干式除尘器并应用于葛泉煤矿,现场全尘和呼尘除尘效率分别为97.39%和96.41%。 展开更多
关键词 综掘工作面 干式除尘 过滤 喷雾 清灰均匀性 清灰策略
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高瓦斯易自燃煤层瓦斯与自燃复合致灾机理研究 被引量:59
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作者 杨胜强 秦毅 +2 位作者 孙家伟 蒋春林 伦嘉云 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期1094-1101,共8页
为解决高瓦斯易自燃煤层安全生产过程中的关键难题,结合阳泉矿区石港矿实际情况,利用实验室试验、理论分析和现场实测相结合的方法对高瓦斯易自燃煤层瓦斯与自燃复合致灾机理进行研究。结果表明:高瓦斯易自燃煤体在含瓦斯风流不同瓦斯... 为解决高瓦斯易自燃煤层安全生产过程中的关键难题,结合阳泉矿区石港矿实际情况,利用实验室试验、理论分析和现场实测相结合的方法对高瓦斯易自燃煤层瓦斯与自燃复合致灾机理进行研究。结果表明:高瓦斯易自燃煤体在含瓦斯风流不同瓦斯体积分数条件下,氧化产物总体上呈现"滞缓效应",而在等温条件下,随着CH4体积分数的增加煤自燃氧化产物总体上呈现"抑制效应";立体抽采条件下采空区漏风使得自燃"三带"范围变宽,同时利用高抽巷和尾巷CO体积分数可进行采空区自然发火预测,将自然发火划分为两个阶段;高瓦斯易自燃采空区立体抽采条件下散热带可采用氧气氮气体积比等于0.221来进行划分,自燃带仍可采用氧气体积分数5%来进行划分。 展开更多
关键词 高瓦斯易自燃煤层 滞缓效应 抑制效应 自然发火预测 自燃“三带”
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