我国煤矿开采工作面顶板灾害及防治技术研究现状

从岩层控制理论、监测预警技术及装备、矿压规律及数据分析、防控手段等方面系统地阐述了当前我国煤矿开采工作面顶板灾害方面的研究现状。当前工作面顶板灾害依然是制约我国煤矿安全生产的重要因素,近两年来无论是顶板灾害起数还是伤亡人数,均呈明显上升的趋势,顶板灾害防控依然严峻。在矿压基础理论研究方面,国内科研人员相继提出了“砌体梁”、“传递岩梁”、“组合悬臂梁–铰接岩梁”、“切落体”和“分区支撑理论”等力学结构模型,明确了不同岩层赋存条件下顶板灾害致灾机理;在顶板灾害监测预警方面,我国煤矿已经开始摆脱传统单一的近场矿压监测,逐步向工作面近、远场顶板状态联合实时监测、动态感知、协同预警发展,实现矿压监测系统监测近场支架工作阻力、顶板下沉量、煤体应力等,微震监测系统监测工作面远场上覆岩层顶板断裂位置和能量大小;在矿压规律及数据分析方面,总结了浅埋深、坚硬顶板、非坚硬顶板不同围岩赋存状态下工作面矿压规律,明确了各条件下支架工作阻力的增阻特性;在顶板灾害防治方面,针对不同围岩赋存条件下易发生的顶板灾害类型,形成了相对应的顶板灾害防治技术,针对矿压显现较强烈,容易发生顶板灾害的坚硬顶板矿井,通过顶板深孔爆破、浅孔水力压裂、井下定向区域水力压裂、地面水力压裂等技术,有效地预防了顶板灾害的发生。总体而言,我国工作面顶板灾害防控理论及技术体系仍在不断完善,随着新技术的不断发展和智能化矿井的建设,顶板灾害的智能预警及联动防控将获得更大的发展。

不同厚度降解地膜对坡耕地溶解态氮磷流失的影响

[目的]为探究降解地膜覆盖对径流及溶解态氮磷流失的影响。[方法]利用野外原位径流小区,以覆膜垄作花生种植为研究对象,设置0.003 mm厚聚乙烯普通地膜覆盖处理(PF)和厚度为0.006 mm(BF1),0.008 mm(BF2),0.010 mm(BF3),0.012 mm(BF4)的降解地膜覆盖处理及未覆膜处理(CK),测定不同处理在自然降雨条件下的径流量及径流中铵态氮(NH_(4)^(+)-N)、硝态氮(NO_(3)^(-)-N)、速效磷(PO_(4)^(3-)-P)浓度,分析不同厚度降解地膜覆盖条件下径流及养分流失特征。[结果](1)降解地膜降解所需时间随地膜厚度的增加而增加。(2)各处理的累积径流量由小到大为BF1<BF2<BF3<PF<CK<BF4,BF1与BF4之间差异显著(p<0.05)。(3)与CK相比,各覆膜处理均能不同程度减少氮磷累积流失量。其中,BF1处理对NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N流失量的削减效果较好,而BF2处理对PO_(4)^(3-)-P流失量的削减效果较好。(4)在5个覆膜处理中,BF4处理的NO_(3)^(-)-N和PO_(4)^(3-)-P流失量最高,而BF3处理的NH_(4)^(+)-N流失量最高。[结论]研究结果可为防治覆膜坡耕地水土及养分流失、解决农业面源污染等问题提供理论基础,对绿色农业发展和生态可持续发展具有重要意义。

上肢康复机器人治疗对脑瘫痉挛型偏瘫患儿上肢运动功能恢复的影响

目的:观察上肢康复机器人治疗对脑瘫痉挛型偏瘫患儿患侧上肢运动功能恢复的影响,探索机器人康复训练能否替代人工训练。方法:将脑瘫痉挛型偏瘫患儿49例按照随机数字表法分为对照组(n=25)和观察组(n=24),对照组每天进行常规康复训练2次;观察组进行常规康复训练1次、上肢机器人训练1次,2组均训练8周。治疗前后分别采用脑瘫儿童手功能分级(MACS)、墨尔本单侧上肢功能评定量表(MUUL)进行评定,测量患侧肘关节、肩关节水平位主动活动度(ROM)。结果:与训练前比较,训练后2组MUUL评分均有显著增高(P<0.01),2组间比较差异无统计学意义;训练后2组MACS评分均较训练前有显著降低(P<0.01),2组间比较差异无统计学意义;训练后2组肩关节水平内收ROM均较训练前有显著增加(P<0.01),2组间比较差异无统计学意义;训练后2组肩关节水平外展及肘关节ROM较训练前均有显著增加(P<0.01),观察组更高于对照组(P<0.05)。结论:上肢康复机器人结合常规康复训练能促进脑瘫痉挛型偏瘫患儿上肢运动功能的恢复,上肢康复机器人训练效果与人工效果相当,在某些方面要优于常规人工训练。

基于时间与规模概率的地质灾害危险性研究

在1∶50000地质灾害风险调查的基础上,采用时间概率和规模概率两种计算方法,对宁都县青塘镇—赖村镇地质灾害危险性进行了研究。结果表明,单日降雨达到50 mm时,面积大于100 m^(2)的滑坡有60%发生滑动;单日降雨量达到84 mm时,面积大于1000 m^(2)的滑坡有64%发生滑动;大于10000 m^(2)的滑坡的降雨阈值定为100 mm;大于100 m^(2)的滑坡概率为0.783,大于1000 m^(2)的滑坡概率为0.134,大于10000 m^(2)的滑坡概率为0.033。在易发性评价的基础上,结合10年一遇、20年一遇、50年一遇、100年一遇的降雨工况和基本地震、多遇地震、罕遇地震工况进行分析,划分出极高危险区、高危险区、中危险区、低危险区。研究成果可为该区域新型城镇化建设、防灾减灾和防灾规划制定等提供科学依据。

综放工作面顶板灾害类型和发生机制及防治技术

综放工作面采出煤层厚度大,上覆岩层活动空间大,易发生顶板事故。为理解综放工作面顶板灾害发生机制,统计分析了部分煤矿综放工作面顶板灾害案例,按顶板条件及灾害特征将综放工作面顶板灾害分为松软顶板大面积切顶压架和坚硬顶板大面积垮落及压架2类。分别以崔木煤矿和曹家滩煤矿综放工作面为例,分析了2类顶板灾害发生特点,提出了相应顶板灾害发生机制:松软顶板工作面顶板胶结性弱,支架实际刚度不足致使顶板在煤壁处断裂,破断后易失稳,同时支架支护强度不足,最终导致切顶压架灾害;坚硬顶板工作面顶板整体性好,不易破断,悬顶到一定极限突然破断,对支架造成冲击,若断裂线在煤壁处则极易导致工作面切顶压架。结合工程实践,提出了2类顶板灾害防治技术措施:对于松软顶板综放工作面采取合理提高支架刚度、支护效率以及工作面推进速度,加强预警等手段预防大面积切顶压架灾害;对于坚硬顶板工作面除加强支架管理、合理开采设计等,还需从顶板改性入手,如采用井下区域水力压裂技术弱化顶板,防治顶板大面积垮落和压架灾害。

赣南青塘岩溶盆地系统地下水氢氧同位素特征分析

基于赣江流域水文地质调查(1∶5万青塘幅)项目,通过地面调查、地下水样采集、实验测试、数据综合分析等手段,研究青塘岩溶盆地系统地下水氢氧同位素特征。研究表明,盆地内不同地下水取样点δ^(18)O、δD及d值差异明显,δ^(18)O值的变化范围为-6.55‰~-4.45‰,均值为-5.85‰;δD值的变化范围为-38.25‰~-27.90‰,均值为-34.47‰;d值的变化范围为7.70~14.15,均值为12.34。对青塘岩溶盆地内地下水氢氧同位素特征综合分析研究,揭示了该地区地下水的补给主要来源于大气降水,第四系地下水与岩溶地下水具有密切的水力联系,地下水与地表水存在一定的关联,为该地区地下水污染防治提供依据。

无协调主体的多产消者完全端到端交易机制

产消者之间进行能量交易对促进分布式资源就地消纳具有重要意义。为此,在充分考虑产消者利益诉求的基础上,提出了一种无协调主体的多产消者完全端到端交易机制,以实现社会福利最大化。以微网为例,对产消者内部资源进行建模,并引入物理网络约束,提出多产消者能量交易集中式优化模型。通过支路撕裂法及拉格朗日对偶分解,将问题转化为分布式优化问题,并利用交替方向乘子法求解。可证明此机制无需第三方主体协调,仅需在交易主体间进行信息传递,通过各主体内部进行资源调配即可完成优化,实现完全分布式求解。此外,所得价格更符合实际市场的运作规律。最后,以4个微网为例进行分析,验证了所提交易机制的可靠性以及有效性。

450m超长工作面矿压显现与地表移动变形规律研究

基于国内首个年产千万吨450m超长智能化开采工作面,采用实测手段全面分析了其矿压显现和地表移动变形规律,结果表明:450m超长工作面初次来压步距平均为77.1m,周期来压步距主要分布在5~15m,平均为11.4m;超长工作面周期来压步距小、来压频繁、持续时间短,且工作面沿倾向不同步来压;来压期间,支架工作阻力在工作面中部两侧形成两个高阻力区,沿倾向方向呈现“马鞍”形的双峰状分布特征;450m超长工作面支架工作阻力主要分布在8000~14000kN中等阻力区间,呈现正态分布特征,支架适应性良好。在超长工作面强采动影响下,地表沉降具有影响范围大、下沉速度快等特点,工作面临空侧地表移动范围和沉降幅度均显著大于实体煤侧,地表呈现不对称沉降现象。研究成果可为我国同类超长工作面的顶板管理和开采设计提供借鉴。

中厚煤层千万吨级超长工作面矿压显现与覆岩活动规律研究

为探究综采工作面长度显著加长后工作面矿压显现和顶板活动的新特点,以国内首个中厚煤层千万吨级450 m超长工作面为工程背景,基于支架压力和微震实时监测手段,全面分析了超长工作面支架阻力分布、增阻特性和覆岩破断微震能量分布特征。研究结果表明:综采工作面长度由300 m加长为450 m后,支架阻力沿倾向分布特征由单峰状转变为双峰状,工作面支架支护强度平均增大约7%,工作面加长后,工作面矿压显现强度整体增强;超长工作面来压期间支架增阻形式主要为“对数-指数”复合函数型增阻,呈现先快、中缓、最后短时急速增阻的特点,超长工作面大截深开采是造成采煤循环末期支架快速增阻的主要诱因,在顶板状态不稳的情况下,应适当减小采煤机截深并提高支护质量;工作面覆岩破断微震事件的发生能量小、频次低,主要活跃在工作面后方40 m至前方80 m范围,微震事件分布特征表明超长工作面顶板垮落及时,无长距离悬顶现象,不易造成强动载事件,在垂直方向微震事件主要分布在垂高25m以下顶板,厚度17.82 m的细粒砂岩基本顶是造成工作面矿压显现的主导岩层,高位岩层破断对工作面矿压显现影响较小。

控释肥养分释放对坡耕地土壤磷钾损失及花生产量的影响

以沂蒙山区坡耕地花生为研究对象,探究控释肥养分释放对土壤磷钾流失特征、花生产量及磷钾利用率的影响。试验设5个处理,分别为全量和减量30%控释肥(CRF1、CRF2),全量和减量30%普通复合肥(CF1、CF2)及不施肥处理(CK)。结果表明:控释肥在田间土壤中的释放规律与花生植株磷钾吸收特征曲线相吻合,配合土壤磷钾供应量,满足了不同时期花生植株养分需求。等量施肥下,控释肥处理荚果产量较普通复合肥处理显著增加5.75%~12.01%,且减量30%控释肥处理较CF1增产3.75%;控释肥处理中植株磷钾吸收量分别较普通复合肥提高11.46%~11.78%和10.44%~12.38%,其中CRF2磷钾表观利用率最高,分别为45.48%和51.84%。土壤有效磷和速效钾含量均随土层深度的增加而下降,普通复合肥处理苗期0~40 cm的表层土中有效磷含量高于控释肥处理,花针期以后趋势相反,但40 cm以下土层中各处理差异不显著;控释肥处理显著提高了花针期以后0~60 cm土层速效钾含量,各处理不同时期60~100 cm土层速效钾差异不显著。前3次产流事件中,控释肥处理显著减少了地表径流水中有效磷和速效钾含量,各处理后期径流水中水溶性磷和钾含量降低且趋于稳定,处理间差异不显著。因此,控释肥能够减少坡耕地土壤有效磷和速效钾的径流和淋溶损失,提高花生养分利用率和产量,促进生态农业的可持续发展。

永22储气库干法脱硫剂选型与优化

河北储气库分公司永22储气库干法脱硫系统长期以来存在脱硫剂工作硫容低、利用不充分、系统阻力上升快等问题,制约了储气库冬季采气调峰能力。通过选择耐油耐水性强,更适合高CO_(2)气氛条件使用的复合氧化物精脱硫剂,优化脱硫剂装填方案和运行方式,使脱硫剂工作硫容由不足10%提高到了13.75%,同时解决了脱硫系统阻力上升的问题,降低了脱硫运行成本。

烤甘薯浸膏的精细化加工及应用研究

为制备烤甘薯香味突出、加香效果好的烟用香料,分别以大孔树脂柱层析、凝胶过滤色谱和膜分离3种分离方式对烤甘薯浸膏(Z0)进行精细化加工,对各组分中蛋白质、果胶和挥发性物质含量进行检测分析,并进行卷烟加香试验。结果表明:①烤甘薯浸膏经大孔树脂分离后得到的特征组分Z1与Z0香气风格相似,烤甘薯香味纯正;凝胶过滤色谱特征组分Z2甜味明显;膜分离特征组分Z3烤甘薯香味浓郁、焦香稍重。②Z1和Z2组分中蛋白质和果胶得到有效去除,Z3组分仍存在一定量果胶和蛋白质分子。③4种香料共检测到37种挥发性物质,与Z0相比,Z1、Z3中挥发性物质得到有效富集、含量丰富,Z2组分中挥发性物质种类少、含量低。④主成分分析结果表明,Z1与Z3组分挥发性物质种类和含量具有较高的相似性。⑤感官评分结果表明,Z1组分加香效果最佳,能增加卷烟香气量,提升香气质,降低刺激性,并赋予烟气烤甘薯的特征香韵。

国内典型顶板条件工作面矿压显现规律

长期以来顶板灾害在煤矿灾害事故中始终占据较大比例,一直是困扰煤矿安全生产的难题。矿压规律分析对顶板灾害的有效防控至关重要,目前,大多研究仅针对单一矿井或个别矿区,对不同顶板条件矿压与顶板灾害特征并没有形成统一认识,各类顶板条件之间矿压显现的共性和差异研究不足,且尚未形成有效的矿压显现特征评价指标及方法。基于以上问题,首先,将我国煤矿顶板进行分类,划分为浅埋深、坚硬顶板、非坚硬顶板等3种典型条件,其中非坚硬顶板又包括强矿压顶板和弱矿压顶板2种类型。通过大量矿压数据分析,采用基于支架工作阻力P-T曲线、矿压云图、典型工作面来压特征统计及均化循环拟合的综合分析方法,分析各类典型顶板条件工作面矿压显现特征,得出如下结论:①浅埋煤层工作面具有来压强增阻、非来压微增或负增阻、来压频繁且持续时间长、矿压受地表形状影响大等特征。工作面来压期间均化循环曲线表现为对数+指数的复合函数特征,来压期间支架增阻率远高于非来压期间,且工作阻力增速呈现前缓后急的增长趋势。②坚硬顶板工作面具有来压强增阻、来压步距大、有时存在动载冲击等特征。非来压期间增阻率较小,均化循环曲线表现为近似于线性函数的微增阻特征。来压期间,支架增阻率显著提高,均化循环曲线特征与浅埋煤层增阻特征相似。③非坚硬强矿压类型顶板工作面具有来压与非来压界定不明显、持续渐进式顶板灾害等特征。非来压时增阻率高于浅埋及坚硬顶板工作面,来压时则相反;非坚硬弱矿压类型顶板工作面具有来压显现较弱、增阻率较小、局部来压频繁等特征。2种非坚硬顶板工作面均化循环曲线均符合对数函数特征,增阻率呈移架前期快速增长,而后迅速放缓的增长趋势,来压时增阻曲均低于浅埋和坚硬顶板工作面。

工作面顶板灾害类型、监测与防治技术体系

长期以来顶板灾害在我国煤矿灾害事故中发生起数和死亡人数始终占据首位,是困扰煤矿安全生产的主要难题。笔者开展了顶板岩性、矿压显现特征和顶板灾害案例统计分析,结果表明:我国回采工作面顶板灾害主要表现为片帮冒顶、顶板大面积突然垮落和大面积切顶压架3种类型。系统分析了各类型顶板灾害的发生特点及致灾原因:片帮冒顶多发生于松软煤岩体,采煤方法不合理及管理不当的工作面;顶板大面积突然垮落一般为坚硬顶板大面积悬顶、瞬时垮落所致;大面积切顶压架主要发生在薄基岩浅埋深工作面或顶板累积下沉量大引起顶板在煤壁处断裂的工作面。针对我国顶板灾害监测与防治,建立了工作面顶板灾害全景监测预警技术架构,即采用微震监测系统监测远场顶板活动,采用矿压监测系统监测近场顶板运动,采用三维激光扫描技术监测煤壁片帮时空演化,通过监测数据系统分析,动态掌握采场围岩的活动规律和支架工况,实现顶板灾害监测预警。提出了工作面开采全过程的顶板灾害综合防治技术体系,在工作面开采前确定合理采煤方法,合理工作面布置方式,科学开采参数及优化设备选型配套,这是防治顶板灾害的核心技术;在开采过程中保持支架良好的工况辅以顶板弱化技术,进而实现工作面顶板灾害防治。

近十年土壤侵蚀与水土保持研究进展与展望

在当今生态文明背景下,土壤侵蚀与水土保持研究迎来了新的发展机遇和挑战。本文首先采用文献计量学方法,定量分析了近10年来国内外土壤侵蚀与水土保持学科发展现状。在此基础上,结合社会需求的变化,阐明了学科发展需求与存在问题。最后,提出了本学科研究的重点领域与方向:水文过程与侵蚀产沙机理,土壤侵蚀过程及其定量模拟,全球变化下土壤侵蚀演变及其灾变机理,社会经济系统-水土流失的互馈过程,以生态功能提升为主的土壤侵蚀防治,以及土壤侵蚀研究新技术与新方法等。

宏观顶板活动支架增阻类型与预测模型

回采工作面顶板活动引起支架动态增阻,为预测支架工作阻力随时间演化过程,采集石圪台煤矿31201工作面、千树塔煤矿13302工作面、长平煤矿5302工作面2263个割煤循环矿压监测数据,分析不同回采阶段的支架增阻规律。根据支架工作阻力演化特征,将支架增阻曲线划分为第1类增阻曲线和第2类增阻曲线。引入广义开尔文模型和Maxwell模型描述宏观顶板的缓慢和剧烈活动,建立四区支撑的宏观顶板增阻预测结构模型,预测长平矿综放开采支架增阻过程,研究结果表明:①典型顶板支架增阻曲线可以划分为2类。第1类增阻曲线由顶板缓慢活动引起,呈收敛特征,支架增阻力和增阻率小;第2类增阻曲线由顶板剧烈活动引起,支架增阻明显且增阻率大。②长平5302工作面来压期间支架第1类增阻曲线概率为38.2%,第2类增阻曲线概率为61.8%。③基于四区支撑的宏观顶板增阻模型能较好地预测回采期间支架增阻过程。④增加初撑力能够减小支架增阻率和增阻量。⑤长平5302工作面支架为第1类增阻曲线时,支架工作阻力不超过11 MN,安全阀不开启。当支架为第2类增阻曲线时,6.2 h支架工作阻力达到11 MN,安全阀开启。为了避免支架压架事故,5302工作面应在6.2 h内完成1个采煤循环。

基于集成学习的孤岛微电网源—荷协同频率控制

提出一种基于集体智慧的集成学习算法,以实现孤岛微电网下分布式电源与负荷的协同频率控制。通过引入负荷聚合商来对大规模家庭用户进行聚合,解决源—荷协同频率控制下的"维数灾难"问题。负荷聚合商根据每个家庭中温控设备的运行状态,可以连续地评估其可参与辅助调频的储备能力。集成学习算法由多个子优化器和一个学习集中器组成,子优化器发挥集体智慧能力为学习集中器提供探索和开发样本,而强化学习主要用于知识学习与迁移。通过孤岛微电网的仿真算例可以验证集成学习能够有效满足源—荷协同频率控制的周期要求和质量要求。

水沙条件及氮输入对黄河口滨岸潮滩湿地碱蓬和土壤;N吸收特征的影响

受自然及人为活动的影响,黄河三角洲水沙条件存在较大变化,由此带来的外源营养物质增加对潮滩湿地植被生长及元素吸收利用具有重要的影响。为此采用3因素4水平的正交试验,以黄河口滨岸潮滩湿地先锋物种碱蓬(Suaeda salsa)为研究对象,利用^(15)N示踪技术,研究了水沙条件及氮输入对碱蓬和土壤^(15)N吸收特征的影响。结果表明:淹水深度、泥沙沉积及氮输入对土壤全氮含量的影响不显著,但外源氮输入对土壤^(15)N固持量(N_(dff))和比例(N_(dff)%)的影响达到显著水平,且最大值(10.44 mg/kg和3.83%)均出现在W_(4)S_(2)N_(3)(30 cm淹水+3 cm泥沙沉积+6 g/m^(2)氮输入)处理;碱蓬叶和茎中全氮含量、^(15)N吸收量(N_(dff))及比例(N_(dff)%)在深淹水和泥沙沉积处理时较大,而根中全氮含量、N_(dff)及N_(dff)%在高氮输入较大。且根N_(dff)和N_(dff)%最大值(1.10 mg/kg和18.21%)在W_(1)S_(4)N_(4)(2 cm淹水+12 cm泥沙沉积+9 g/m^(2)氮输入)处理时取得,此时碱蓬的生长情况最好,表明适当的淹水和泥沙埋深以及高氮输入(9 g/m^(2))有利于根系对外源氮的吸收,从而促进植株的生长。由此可见,在黄河三角洲水沙变化大的背景下,淹水、泥沙沉积和外源氮输入的适当把控,可促进碱蓬对外源氮的吸收利用而有助于其生长,从而对维护黄河三角洲潮滩湿地的健康具有重要作用。

基于电压合格率评价函数的地区电压无功优化策略

传统的地区电网电压无功优化,只考虑保持各母线电压合格,母线下级电网则根据上级电压进行电压调控。但在实际运行中,中低压配电网的电压调控能力往往不足以保证其电压合格率,需要上级电网根据下级电网的实际需求调节其电压。提出了基于电压合格率评价函数的地区电压无功优化策略,通过依次建立低压配网台区、中压片区电压合格率模型,从而形成了低压台区、中压片区和地区电网的三级电压无功优化策略。逐级建立电压合格率评价函数,使得地区电压无功的优化策略中,很好地考虑了对下级电网的电压合格率的影响,解决了上下三级电网的电压无功的协调优化难题。仿真结果表明,该策略大大提高了地区电网的综合电压合格率,具有很高的经济效益。

基于边缘计算的危险品运输车辆跟踪预警方法

边缘计算作为一种新兴的分布式计算模型,可提升信息系统的响应速度、节省网络带宽资源。将边缘计算应用于危险品运输车辆的跟踪预警,提出一种边缘智能路侧节点的协作式跟踪算法,在保障实时性的前提下解决了GNSS失锁导致轨迹缺失问题;针对车辆跟踪时的异常状态预警问题,将智能路侧感知的多源信息与车辆运行状态相结合,基于机器学习提出一种融合自车、周围车辆、道路和自然环境等特征因素的预警算法,有效提升了异常检测精度。使用SUMO交通仿真器分析了跟踪算法的性能,结果表明,边缘计算较传统云计算方式时延平均降低了90%,带宽消耗平均减少了68%。基于美国交通部网联车开放数据,通过参数调优分别建立了基于SVM,KNN,Adaboost的单车动力学变量与多因素变量的6种异常检测模型,实验表明,多因素变量检测模型优于单车动力学变量模型。基于SVM的多因素变量模型性能最优,其准确率为0.972,召回率为0.98,AUC为0.974。