“双碳”目标视域下甘肃省碳排放特征分析

为了有效应对碳排放引起的温室效应和气候变化,我国率先提出了“3060双碳”目标,为各省区经济增长和生态治理提出了新的机遇和挑战。文章在“双碳”目标视域下,根据《甘肃省统计年鉴》2009年—2021年的国民生产总值、人口数量、能源消耗情况等统计数据,运用碳排放估算公式对甘肃省的碳排放量、碳排放强度、人均碳排放量、三次产业碳排放特征等进行了计算分析,得出了甘肃省碳排放量整体仍呈上升趋势,碳排放强度却呈下降趋势,人均碳排放量也呈缓慢增长趋势的结论。在产业碳排放方面,工业和制造业的碳排放量明显高于其他行业,第二产业的碳排放量和碳排放强度均明显高于第一和第三产业。而产业碳排放强度在2013年出现了1个分水岭,2013年之前,第三产业的碳排放强度大于第一和第二产业,2013年之后,第二产业的碳排放强度大于第一和第三产业。研究结果表明:甘肃省的碳排放主要集中在第二产业,以重工业为主的产业结构将会持续,在“双碳”目标视域下,甘肃省的碳减排重点和措施应关注第二产业的产业结构调整和优化。

粉煤灰基充填膏体制备过程中氨气释放的超声强化特性

将粉煤灰作为主要胶凝材料的膏体充填开采不仅能有效控制地面沉降、解决“三下”压煤问题、提高煤炭采出率,还可解决燃煤电厂粉煤灰堆积难题。而粉煤灰基充填膏体的氨气释放会对充填作业面的气体环境造成污染,亟需治理。提出一种利用超声波促进膏体氨气释放的新思路。通过对粉煤灰浆液进行超声处理,采用以超声时长(A)、超声功率(B)、固液比(C)作为考察因素,进行单因素实验,结果表明:随着超声时长、超声功率以及固液比的的增加氨气释放速率呈现出先增大后减小的趋势,并在超声时长、超声功率以及固液比分别为30 min、80 W和1∶10时达到最大值。在单因素实验结果的基础上进行响应面实验建立回归模型。通过响应面优化确定最佳实验参数。结果表明:影响因素主次顺序为:A>B>C,AB>AC>BC;去除氨气最佳实验参数为:超声时长为32 min,超声功率为80 W,固液比为1∶7.7。验证结果表明:实测值与预测值仅存在-1.6%的相对误差。利用优化后的实验参数处理粉煤灰,并制备成充填膏体测定氨气释放量,发现膏体氨气释放量平均减少了95.94%,氨气释放速率提高84.02%,膏体3 d和28 d的单轴抗压强度分别提高185.00%和86.50%,坍塌度、泌水率和凝结时间均降低,同时减少了膏体内部多害孔数量,使孔隙率由33.58%降低到28.13%,为粉煤灰基充填膏体的氨气释放治理提供新的方法与思路。

煤矿安全的多组分气体检测技术

煤矿安全、石油化工、储运、大气与环境监测、燃烧诊断、工业过程监测与控制等行业,都需要高灵敏度的实时在线多组分气体检测解决方案。在光学技术方面,可调谐二极管激光吸收光谱传感器具有灵敏度高、选择性好、响应速度快、抗干扰能力强等特点,已被证明是一种检测多组分气体的先进技术。在多组分气体的检测中,不可忽略的交叉干扰的存在、成本和性能要求成为许多检测方案设计中主要考虑的问题。介绍了单激光器用于检测多组分气体,旨在为各种应用下的多组分检测提供指导。

基于GM(1,1)模型的甘肃省碳排放灰色预测研究

“双碳”目标战略为我国经济低碳绿色发展提供了机遇和挑战,为了给甘肃省碳减排方案的制定和实施提供理论依据,文章基于《甘肃省统计年鉴》2009—2021年各行业能源消费相关数据,通过二氧化碳排放测算得出甘肃省碳排放基础数据,运用GM(1,1)模型对2022—2033年的甘肃省碳排放量、碳排放强度和人均碳排放量进行了预测,得出了2022—2033年甘肃省的碳排放量和人均碳排放量整体呈逐年上升趋势,而碳排放强度却呈现出逐年下降趋势的结论。研究结果表明:以甘肃省当前的发展现状,在未实施强有力的碳减排干预措施下,甘肃省整体碳排放量和人均碳排放量仍逐年上升,还未见峰值和拐点,要想与全国同步实现“双碳”目标,需要制定强有力的碳减排政策措施,进行产业结构调整,深入贯彻落实减污降碳行动。

巷道内超细雾滴蒸发—弥散特性与影响规律研究

在巷道内应用超细雾化降尘技术后可大幅提高降尘效率,但易使巷道能见度下降,造成安全隐患。针对这一问题,通过建立雾滴蒸发—弥散模型,研究了粒径、环境温度、相对湿度及风速对雾滴蒸发—弥散特性的影响规律。结果表明:随着雾滴粒径的减小,其完全蒸发时间缩短,且缩短速率逐渐增大,当雾滴粒径由200μm减小至20μm后,其完全蒸发时间由7.3500 s缩短至0.0019 s,缩短了99.97%;随着环境温度升高、相对湿度降低,雾滴蒸发速率增大,当温度由5℃升至30℃时,粒径20μm的雾滴完全蒸发时间减少了80.0%,相对湿度达到80%后雾滴蒸发速率迅速减小;随着风速的增大,雾滴弥散距离增加,粒径小于20μm的超细雾滴是弥散雾滴的主要组成部分。在井下煤巷实测了雾滴弥散特性,随着巷道距离的增加,雾滴平均粒径与体积、数量浓度均逐渐减小,当扩散距离达到45 m后迅速减小,大粒径雾滴逐渐沉降,小粒径雾滴在巷道内弥散;巷道截面中心位置是雾滴聚积的区域,是影响巷道能见度的关键位置。

易自燃厚煤层综采工作面CO溯源数值分析

甘肃某矿厚煤层2804综放工作面,回采期间的上隅角CO浓度长期保持150×10^(-6)左右,严重威胁井下人员安全。实验揭示了不同温度和O_(2)浓度下CO生成规律,建立了采空区CO生成运移的热-固-流-化多场耦合模型,定量分析了地温、工作面风量及回采速度对采空区CO生成-运移规律的影响。结果表明,当温度超过40℃时,煤的氧化反应速率开始增加,且随O_(2)浓度增大,煤的氧化反应越剧烈,生成的CO越多;回采过程中工作面上隅角CO浓度呈现递增趋势,生成速率先增大后减小,且随着地温、风量增大而增大;综合分析认为2804工作面上隅角CO主要来源于采空区内部浮煤氧化。

风流速度与喷雾角度对雾滴场分布特征的影响

雾滴分布特征是决定喷雾系统降尘效果的关键因素之一。为研究不同工况下雾滴分布特征,利用CFD模拟技术分析了风速及喷雾角度对雾滴分布特征的影响机制;并探究了采煤机附近布置喷雾喷嘴后的雾滴分布特征。研究结果表明:不同风速和喷雾角度主要是通过增大雾滴的横向动量,造成喷雾带纵向高度和横向长度的增加;风速的增大,造成不同空间位置的雾滴间动量屏蔽效应更加突出,进一步增大了雾滴间所受横向动量的差异,增强了雾滴间集聚效应,使喷雾带周围形成大粒径雾滴层;喷雾角度的增大主要改变了出口动量在横向和纵向2个方向的分配比例,空间内所有雾滴所受动量更为均匀,进而对喷雾粒径分布特征无明显影响。

金属矿规模化开采爆破污染物与爆破质量协同控制技术研究

金属矿地下规模化开采爆破量大,释放高浓度CO和粉尘等污染物的炮烟对矿山生产安全带来不利影响。加大通风量和喷雾等常规炮烟治理措施效率低、通风时间长,严重影响生产效率。针对井下爆破质量与污染物协同控制的生产要求,以某铁矿采场为试验点,通过多组现场试验和Fluent模拟相结合的方法研究水炮泥布置方式对爆破块度和炮烟中CO浓度的影响,得出了水炮泥的协同控制布置方法。试验表明:①采用1卷水炮泥—炮塞—炸药的布置方式,炮烟污染物浓度减少20%~30%,同时爆破块度集中在6~10 cm,与未使用水炮泥的爆破质量基本相同;②炮孔底部增设1卷水炮泥连接炸药布置,CO浓度峰值降低35%左右,污染物控制效果较1卷水炮泥提升较小,但爆破岩块集中在10~12 cm,爆破质量明显降低;③水炮泥数量的增加能有效提升污染物控制效果,缩短通风时间,但水炮泥同时吸收炸药爆轰带来的冲击力,减少矿岩体受压,使爆破块度增大,影响爆破质量。

基于改进随机森林的矿井空气质量评价系统设计及应用

为满足矿井变频通风系统对井下空气质量监测的需求,提出了一种基于改进随机森林的矿井空气质量评价方法,旨在精确监测矿井内部的空气质量,为变频通风系统推广应用提供重要参考,有效保障安全生产和矿工身体健康。首先,分析了矿井空气中污染物来源及其对矿工健康的潜在危害,选取CO、SO_(2)、H_(2)S、NO_(2)和粉尘这5项主要污染物作为评价因子,建立了评价标准。其次,利用受试者工作特征(Receiver Operating Characteristic,ROC)曲线下的面积(Area Under Curve,AUC)改进随机森林算法,对矿井空气质量进行了综合评价。试验结果表明:模型性能较优,泛化误差最小值仅为0.0177,测试数据分类准确性最高达97.72%。基于改进算法开发的矿井空气质量评价系统,能够有效实现对矿井空气质量评价,具有较高的鲁棒性和准确性,为智慧矿山建设和矿井空气质量评价提供了新思路。

基于曲线拟合和神经网络的独头巷道CO浓度预测研究

为了准确预测矿山独头巷道CO浓度,基于云南老厂锡矿1800运输巷甩车场独头巷道掘进工作面CO浓度监测数据,运用MATLAB曲线拟合工具箱对该独头巷道中CO浓度随时间的变化情况进行曲线拟合,建立了该矿山独头巷道中CO浓度随时间变化的数学模型。通过该模型得到该独头巷道中CO浓度值达到安全规程要求所需的时间。然后,运用卷积神经网络时间序列预测模型(CNN模型)和BP神经网络时间序列预测模型(BP模型)对独头巷道CO浓度进行预测,并比较评价指标R2和RMSE。结果表明:BP神经网络时间序列预测模型对该独头巷道CO浓度的预测效果更好,为该矿山独头巷道CO浓度值的监测和控制提供了准确可靠的理论依据。

薛虎沟矿2-111综采面采空区漏风规律分析及治理措施

薛虎沟矿针对2-111回采工作面采空区漏风通道复杂、自燃发火防治问题。通过对回采面采空区漏风特性的研究,分析出采空区的漏风通路及漏风倾向,设计采用充填滞留覆盖剂防治采空区漏风,喷涂后CO_(2)含量降低到500×10-6。试验结果表明,采用充填式封隔式封严工艺,有效控制2-111综采面采空区的漏风,降低了采空区遗煤自燃危险,保证工作面的安全回采。

推进速度对回采工作面采空区CO涌出规律影响研究

为探索研究回采工作面推进速度对采空区CO涌出规律的影响,以瑞安煤矿1煤层首采层014N1-1工作面为研究对象,基于COMSOL-Multiphysics5.0建立CO涌出规律的数值模拟。通过采场流场理论、采空区气体浓度场理论,研究推进速度对采空区CO分布、采空区CO涌出量、工作面的CO浓度的影响。结果表明:CO涌出量随着推进速度的增加出现了增大→减小→平稳的趋势,得到了瑞安煤矿1煤层首采层014N1-1工作面最佳推进速度为2~3 m/d。

回采面机载式同步吸收硫化氢设备工艺及应用研究

针对回采工作面割煤时硫化氢大量涌出严重危害作业工人的健康问题,以晋牛煤矿1303工作面为例,采用煤矿井下机载同步式硫化氢处理装置,在采煤机割煤破煤的瞬间,利用机头、机尾2个负压泵的强力抽吸作用,将机头和机尾的硫化氢引到碱液箱处,碱液箱处安设的喷嘴喷雾能够快速将硫化氢消除。研究结果表明,机载同步式消除硫化氢装置除了控制采煤机在割煤过程中产生的硫化氢外,它对风流的强力抽吸作用还能够增强采煤机机头和机尾附近风流的流动速度,防止硫化氢在机头和机尾处积聚,提高采煤机在工作面割煤的安全性,从而降低工作面硫化氢的浓度。通过在1303工作面的试验表明,采用机载同步式硫化氢处理装置,回采工作面的硫化氢平均浓度从125×10^(-6)降低到了50×10^(-6),降低幅度可达60%,回采工作面硫化氢治理效果显著,大幅度降低了人工成本和工程施工投入,抽吸硫化氢的同时,从而保证回采面的安全高效生产。

特厚煤层综放面硫化氢运移特征研究

针对现阶段采用单一方法研究特厚煤层综放面硫化氢浓度运移规律,无法有效指导现场开展硫化氢治理工作,在山西吕梁庞庞塔煤矿开展试验研究。沿着工作面垂直方向、水平方向和风流方向布置现场测点,通过CD4型多参数测定器测定工作面硫化氢浓度;借助Fluent数值模拟软件建立几何模型,分析该工作面硫化氢运移规律。现场实测结果和模拟结果表明:沿着巷道垂直方向,硫化氢浓度伴随与巷道底板高度的增大先升高后下降;沿着工作面水平方向,硫化氢浓度伴随与煤壁距离增大而逐步下降;沿着工作面风流方向,硫化氢浓度随逐渐远离采煤机而逐步下降。

煤矿硫化氢的危害与防治

介绍了煤矿硫化氢的的危害、性质及成因,指出了煤矿硫化氢治理的4种主要方法,分别是个体防护法、喷雾化学中和、煤层内注液化学中和、以及通风改进法。为煤矿硫化氢治理提供参考依据。

基于瓦斯地质特征的突出预警模型研究

为了准确预测工作面煤与瓦斯突出危险性,综合运用瓦斯地质理论、煤矿灾害预警理论、计算机信息技术以及安全系统工程分析方法,从决定采掘工作面突出危险性的瓦斯地质环境出发,建立了反映瓦斯地质特征的突出风险判识预警指标体系,包括地质构造特征指标、煤层参数指标、瓦斯类指标。运用多指标逐级判识和极值确定原则,构建了突出风险判识预警模型,建立了基于瓦斯地质特征的煤与瓦斯突出预警系统。通过现场应用及效果考察,预警准确率为99.3%,预警效果显著。结果表明,所建立的预警模型能客观反映工作面实际所处的突出危险状况,灵活且实用性强。

J型通风综放采空区流场与瓦斯运移数值模拟

针对综放开采新型J型通风系统,建立了J型通风采空区流场模拟的计算流体力学模型.通过数值模拟,对比分析了J型通风和U型通风条件下的采空区流场及瓦斯运移特征.在不同采空区大小、排瓦斯专用巷抽排能力以及抽排风机安设位置等条件下,系统研究了J型通风采空区流场和瓦斯运移规律.结果表明,采用J型通风系统可消除采空区向上隅角的集中漏风,从而有效解决了U型通风上隅角瓦斯积聚问题.

煤矿硫化氢异常富集主控因素的广义灰色关联分析

为了探究煤矿硫化氢异常富集主控因素,以陕西彬长小庄矿4~#煤层为研究对象,通过分析煤层热演化温度、吸附特性、孔隙特征、全硫含量以及还原性指数等影响煤体自身物化性质的主控因素,并运用灰色系统理论构建广义灰色关联度评价模型,以定量的方式确定各因素的广义关联度大小。结果表明:当煤层硫化氢浓度由0.8×10^(-6)升高至6×10^(-6)时,对应热演化温度、吸附常数、BET比面积、全硫含量以及还原性指数变化范围分别为:96~113℃,28.8~36.2,0.412 5~0.986 4 m^2·g^(-1),0.21%~0.88%,3.1~8.5,主控因素综合关联度排序为:还原性指数>吸附常数>全硫含量>热演化温度>BET比表面积。

密闭救援空间内碱石灰去除二氧化碳效率影响因素分析

在矿用救生舱、载人航天器等有人应急生存或作业的有限空间内长时间生存,去除人体代谢产生的二氧化碳是保障人员生存的重要措施。碱石灰相比于其他吸附药剂具有吸附稳定性高、技术成熟、价格合理等特点,作为密闭救援空间空气净化的吸附药剂具有无可替代的优点。但是救生舱等密闭救援空间由于受到灾变后特殊条件(外部动力中断及体积等因素)限定,要求碱石灰具有较高的吸附率和吸附速率。通过对市场粒径、组分、产品吸附率等条件的筛选,共选出6种碱石灰进行了不同组分、不同厚度、不同风速、不同温度及湿度下的吸附率影响因素试验,得到了碱石灰对二氧化碳吸附的最佳配比及在密闭救援空间内工作的最佳方式和最佳使用条件。结果表明:碱石灰在救生舱等密闭救援空间内使用条件、优化其成分配比、开发相关环境控制与生命保障技术装备提供了必要的数据支持及理论参考。

基于红外吸收原理的气体检测

对红外吸收气体检测进行了原理介绍和优点分析。从消除发光光源功率不稳定和探测器灵敏度不稳定性的因素出发 ,设计了分时差的双光源和双探测器的气室结构。采用单片机作为智能处理 ,设计了气体检测系统的原理框图 。