互联网+大数据管理平台在中国平煤神马集团的构建

为解决中国平煤神马集团在物资流通、生产调度、安全生产和职工生活等方面的信息数据量大、不能有效利用的问题，利用互联网＋大数据现代化通信技术手段，实现企业提高管理效率、降低消耗成本、规避企业风险、丰富职工生活。通过分析目前煤矿发展形势，介绍现代互联网＋大数据和时代发展要求，旨在介绍和探索煤炭企业构建大数据管理平台的目标和内容，对全国煤炭行业的发展具有参考意义。

基于瓦斯治理-抽采-利用一体化的深部突出矿井安全绿色开发模式与示范工程

分析了深部突出矿井在瓦斯治理与循环利用中存在的主要问题,总结了瓦斯治理、瓦斯抽采、瓦斯利用及热害治理方面的发展现状。以首山一矿为例,提出了瓦斯治理-瓦斯抽采-瓦斯发电-集中制冷-热害治理的闭环系统构架,以实现深部突出矿井的安全、高效、绿色开发。研究了首山模式下大采高单一低透突出煤层“一面多巷”瓦斯综合治理技术,研发了分源网络化瓦斯立体抽采技术与动态调控技术,实现了瓦斯治理与抽采的高效协作;分析了瓦斯发电设备与制冷设备联合运行过程,实现了深井热害的有效治理。建立了首山一矿发电并网示范工程与矿井降温示范工程,实现了瓦斯资源综合治理与循环利用的统一,形成了深部突出矿井的安全、高效、绿色开发模式,可为国内类似矿井开发提供借鉴意义。

深部动力灾害煤层防突预警技术在平煤十三矿的应用

研究确定了平煤十三矿己15-17煤层突出风险因素,从工作面与断层下盘距离、与应力集中区距离、软分层厚度、煤厚变化率、日常预测、动力现象、瓦斯涌出、措施缺陷等方面建立了8个突出预警指标;构建了包括监控预警综合数据库、采掘进度管理子系统、地质测量管理子系统、防突动态管理子系统、瓦斯地质分析子系统、瓦斯涌出分析子系统、预警信息查询网站、预警短信发布子系统、突出预警管理平台等软件的深部矿井突出综合预警系统,并建立了完善的保障机制。

基于神经网络专家系统煤矿高压电缆故障诊断策略

为解决煤矿高压电缆线路状况评价和预警检测问题,在分析煤矿高压电缆故障状态特征的基础上,运用神经网络对数据进行局部诊断,建立了煤矿高压电缆故障诊断的神经网络专家系统(ANNES)。主要介绍了煤矿高压电缆故障诊断系统的总体结构设计、知识库和推理机以及解释器的建立方法。仿真结果表明,该故障诊断系统具有检测故障识别率高、方便灵活、实时性和准确性强的特点。

平煤四矿集中降温系统节能改造与应用效果分析

针对平煤四矿的地面集中降温系统的实际运行情况,提出了节能改造方案,对地面制冷机组冷水分配、井下高压水降压装置和井下循环系统进行了节能改造;将原有的高低压换热器更换为高低压转换装置;实际运行情况表明,系统节能效果显著,为新建矿井降温系统高压水降压装置的选择提供了参考的技术途径。

基于平煤水质的液压支架用浓缩液的研制

为了进一步提高液压支架用浓缩液的环保性能,降低液压支架用浓缩液的后处理难度,通过用正辛酸和癸二酸部分代替环保型液压支架用浓缩液中的油酸与三乙醇胺制备有机防锈剂,用聚天冬氨酸代替乙二胺四乙酸和氢氧化钾,利用正交试验通过组方研究制备出绿色液压支架用浓缩液,试验结果表明,产品的各项性能指标均符合行业标准及平煤集团各矿的使用要求,减少了配方中有机、无机组分的含量,产品5%稀释液的CODcr为7.72×10~3 mg/L,较传统乳化油8×10~4mg/L的CODcr大幅下降。

平顶山矿区煤层气资源量计算及有利区块优选

结合平顶山矿区瓦斯地质规律的资料,根据矿区瓦斯含量的分布规律及相应构造差异,对平顶山矿区进行了区块划分,利用煤层气资源估算体积法对矿区各组主采煤层煤层气资源量进行计算,并对矿区煤层气资源进行有利区块优选,其研究结果为平顶山矿区煤层气资源的开发及利用提供依据。

水力冲孔技术在平煤八矿瓦斯卸压抽采的应用

为了有效预防平煤八矿己_(15)-14140工作面煤与瓦斯突出灾害的发生,采用水力冲孔技术进行煤层瓦斯卸压抽采治理,并重点分析了水力冲孔前后瓦斯涌出初速度q和钻屑量S值、瓦斯压力、瓦斯流量、煤层透气性系数等参数的变化规律。

深井不同层位底板岩巷与煤巷相互影响研究

深井煤巷掘进突出危险性高,布置底板岩巷条带预抽煤层瓦斯是降低煤层瓦斯压力、掩护煤巷安全掘进的有效方法。底板岩巷的层位布置及其与上部煤巷之间的相互影响是值得研究的问题。本研究通过数值分析方法,以首山一矿为工程背景,基于采面地质条件建立了离散元数值模型;根据巷道掘进先后关系,从岩层应力变化、围岩变形、损伤分布分析了不同垂距下底板岩巷与上部煤巷之间的相互影响。研究结果表明:底板岩巷对上部煤层有一定的卸压作用,随着两巷垂距的增加,煤体应力降低幅度减小;煤巷掘进对底板岩巷围岩变形有较大影响,增加垂距会降低影响程度;底板岩巷的围岩损伤受底板岩巷层位选择的影响较大,损伤区域主要发生在软岩层、薄岩层附近。首山一矿工作面最终确定底板岩巷与煤巷的垂距为12 m,现场考察结果表明此垂距下底板岩巷和煤巷稳定性良好。

基于TG/DSC/MS技术的煤氧复合全过程及气体产物研究

针对利用DSC曲线研究煤氧复合反应的阶段划分、热量变化及产物生成路径等方面存在定义表述不够系统,TG和DSC耦合分析不够深入等问题,利用TG/DSC/MS联用技术,开展惰气和空气氛围下不同升温速率煤氧复合全过程的测试与分析。实验表明:基于DSC划分法可将煤氧复合全过程划分为水分蒸发及气体脱附吸热阶段、化学吸附和缓慢反应放热阶段、煤热解生成活性基团放热阶段和挥发分与固定碳燃烧放热阶段。通过特征温度的作图比较,发现TG划分法和DSC划分法的煤氧复合全过程的划分具有高度的重合性和一致性,这证明了DSC划分法的可行性和正确性。利用矿井火灾学、热分析动力学和煤化学理论,阐述了煤氧复合全过程相应阶段的温度范围、生成产物。通过气相产物的质谱分析和Chem 3D软件的建模分析,在构建煤结构单元局部片段的基础上阐明了甲烷、乙烯、一氧化碳和二氧化碳等气体生成的反应历程及生成机理。获得了煤氧复合过程中CH_(4)和C_(2) H_(4)的生成趋势具有相似性规律,且离子流强度曲线出现的峰值温度基本相同。CO_(2)的逸出曲线呈抛物线,在560℃时出现逸出峰。发现了CO的离子流强度曲线具有双峰特征,双峰对应的特征温度分别为530,609℃。研究成果可为厘清煤氧复合的全过程和煤自燃分级预警提供理论支撑。

碳氢/有机硅/低碳醇三元系泡沫及抑制煤自燃的效果分析

泡沫灭火剂是常用的火灾扑救方法之一,但常规泡沫灭火剂存在半衰期短,析液、聚并迅速而影响灭火效能的问题,基于火灾化学和活性剂技术,提出碳氢表面活性剂SDS、有机硅表面活性剂LS-99和低碳醇的三元系泡沫体系,并系统探究碳氢/有机硅/低碳醇的复配配比。通过表面张力、发泡高度、稳泡系数的大量测试,发现LS-99的临界胶束浓度为0.0083%。LS-99和SDS二元系在降低表面张力、提升发泡高度和稳泡系数方面具有良好的协同增效作用。在此基础上引入适量浓度的能够延缓泡沫析液、聚并的异丁醇,设计出了性能优良的碳氢/有机硅/低碳醇泡沫灭火剂。LS-99、SDS和异丁醇的质量分数为0.1%时,测试结果表明SDS/LS-99/醇三元系泡沫的发泡倍数可达52.5倍,25%析液时间可达210 s,300 s时的稳泡系数高达0.958,半衰期远超常规泡沫。煤自燃的灭火抑制实验表明,SDS/LS-99/醇三元系泡沫作用下,煤自燃各反应阶段的活化能相较于空气氛围均增大,反应难度增强;最大失重速率下降,反应剧烈程度减弱。初期吸热阶段的吸热量为78.3 J/g,大于空气氛围下煤氧复合的吸热量,吸热增幅高达2.16倍。放热阶段的放热量为1765.4 J/g,相较于空气氛围放热降幅达到15.15%,表明SDS/LS-99/醇三元系泡沫对煤自燃具有良好的灭火效果。

煤柱影响下远距离多煤层重叠开采覆岩运动规律

为探究平煤股份八矿多煤层远距离重叠开采,留设煤柱及采空区对底板卸压效果的影响,开展沿煤层倾向开采的相似模拟实验.实验结果表明:丁组煤层或戊组煤层开采,采空区或孤岛煤柱下方底板应力增卸压效果均随埋深的增加而减弱.丁组煤层开采上帮和下帮卸压角分别是65°和75°,煤柱增压区会影响至己组煤层.丁、戊组重叠开采上帮和下帮卸压角分别是75°和65°,卸压区和增压区均会波及到己组煤层,应力增值幅度有限.戊组煤层因采动形成动态增、卸压值要高于采动结束后产生的附加应力.丁组煤层开采对己组煤层的卸压保护效果甚微,但煤柱会使己组煤层产生附加应力.丁、戊组煤层重叠开采,煤柱和采空区交错布置有利于己组煤层开采.

不同赋存深度煤的物性特征

浅部矿产资源日益枯竭,深部地下开采将成为常态。因此,对不同赋存深度,尤其是超千米深煤岩开展系统研究具有重要的工程意义。现有研究大多通过改变围压、温度等条件来模拟岩体所处的外在环境,并未采用真实赋存深度样品开展研究,同时忽略了原位岩体初始结构、物质组成和性质的差异。对取自平顶山矿区已组煤层300,600,700,850和1 050 m五个不同深度的煤岩开展系统试验,研究不同赋存深度煤岩成分、细观结构、瓦斯吸附及声学特性。测试结果表明:随着赋存深度增加,煤的组成和结构发生改变,变质程度增大,结构更为致密,瓦斯吸附能力增强,超声波在其内传播发生散射和折射的几率减少,损耗能量降低,纵波波速增大。该成果可为后续开展不同赋存深度煤岩宏观力学特性相关研究提供借鉴。

基于五图双系数法的煤层底板突水危险性评价

为准确预测煤层底板突水的危险性,以平煤八矿为例,利用五图双系数法对二1煤层底板寒武系灰岩水发生突水的危险性进行了预测评估。通过分析隔水层与水压的关系,计算了带压系数和突水系数;利用Surfer绘图软件,绘制了底板水压、水头分布、突水系数的等值线图和突水危险性分区图。该方法比突水系数法更为全面;与脆弱性指数法相比,不需要太多的相关资料。结果显示,突水危险性较大的区域分布在矿区的西北和东北部,面积较小;南部和中部有2个小的区域属于基本安全区;其他区域属于突水危险性较小的区域。整体而言,平煤八矿二1煤层底板寒武系灰岩水发生突水的危险性小。

不同卸载速率下煤岩采动力学响应试验研究

深刻认识采动应力路径下岩体力学响应的卸载速率效应,是科学界定实际工作面推进最优速率的重要基础。基于平煤矿区煤岩初始地应力环境,定量分析了千米级赋存深度煤岩保护层开采条件下应力演化特征,展开更为符合真实应力状态的不同卸载速率下煤岩体力学行为试验测试;同时,与未考虑采动试验结果进行对比分析。研究结果表明:1)常规三轴压缩试验,试样强度受卸载速率影响较小,在卸载速率为1-4 MPa/min时,强度并无明显变化;达到5 MPa/min时,强度才有明显的上升,约为115 MPa。2)随卸载速率增加,采动过程中煤岩体强度呈现先下降后上升再下降的趋势;卸载速率为1和4 MPa/min时,煤岩体强度达到最大,其峰值应力约为64 MPa,较卸载速率3 MPa/min时提高了12%。3)低卸载速率下试件内部的微小裂隙可以充分发育、扩展,试样裂隙密度随卸载速率增加呈减小趋势,其中,卸载速率为1 MPa/min的试样裂隙密度约为卸载速率为5 MPa/min时的1.61倍,适当降低开采速度可提高瓦斯抽采效率。4)考虑采动影响的不同卸载速率下,煤岩不仅在卸载前期出现体积压缩,在破坏阶段还出现了体积膨胀,这与未考虑采动影响的煤岩卸载全过程始终处于压缩状态有明显区别,且采动煤岩强度更小,破损程度更大。研究成果可为类似地质条件开展保护层开采设计奠定一定的理论基础。

低透气性煤层水力冲孔和抽采钻孔瓦斯治理模拟研究

为消除平煤十矿己15-16-24100工作面在准备和回采过程中的突出危险,精细化模拟研究了水力冲孔结合抽采钻孔的瓦斯治理过程。分析了瓦斯解吸、渗流及煤岩变形的相互作用,构建了煤层瓦斯运移应力-渗流耦合数学方程,采用有限元软件对其求解,通过数值模拟己15-16-24100工作面顺层钻孔、底板巷穿层钻孔、水力冲孔掩护风巷、机巷和开切眼掘进及本煤层回采全过程,研究瓦斯抽采对降低工作面突出危险性的影响,并结合现场监测结果对抽采效果进行验证。研究结果表明:对己15-16煤层进行“穿层钻孔+顺层钻孔+穿层水力冲孔”综合抽采瓦斯可有效降低己15-16-24100工作面在准备和回采过程中的突出危险。在该设计方案下,己15-16煤层中残存瓦斯压力值降为0.25~0.45 MPa,相应的煤层残存瓦斯含量降为2.8~4.5 m^3/t,均满足平煤十矿煤与瓦斯突出防治规定要求。

液压油污染实验与在线监测模型

液压油污染物主要包括水和固体颗粒等。介绍了水污染液压油衰变模型(S-B模型)和固体颗粒污染液压油衰变模型(G-S)模型,以这两个模型为基础,建立了衰变液压油含水率在线监测模型和固体颗粒质量分数在线监测模型,并对其进行了实验验证。结果表明:两个模型能较好地实现衰变液压油含水率和铁粉质量分数的在线监测,有利于降低煤矿维修成本和保证液压系统正常运转。

煤层底板采动破坏深度预测方法与应用

在对现有煤层底板采动破坏深度研究方法对比分析的基础上,采用FLAC^3D数值模拟方法,对平煤十二矿某工作面煤层底板采动破坏过程进行模拟,分析煤层底板破坏规律.破坏深度模拟值为19m,与实测值相吻合。

工作面煤与瓦斯突出危险性判别与防治措施效果评估

为了判别平顶山矿区八矿煤与瓦斯突出发生危险性,分析防治措施效果。以己_(15)-15060工作面为研究对象,综合运用瓦斯地质分析、地质动力区划和岩体应力状态分析等方法,对自然地质条件下工作面煤与瓦斯突出发生危险性进行了判别;采用FLAC^(3D)模拟方法分析了掘进和开采活动对突出危险性的影响;采用COMSOL Multiphysics模拟方法对瓦斯抽采等防突措施效果进行了评估。研究结果表明:己_(15)-15060工作面埋深较大,工作面大部分处于应力升高区和应力梯度区范围内,岩体应力较高;受到Ⅲ-3和Ⅴ-10等区划断裂的控制作用,在自然地质条件下具有煤与瓦斯突出发生危险。采掘活动进一步增大了突出发生危险。采取了瓦斯抽采等措施后,工作面煤层中瓦斯压力降低至0.12~0.38 MPa,瓦斯含量降低至2.1~4.2 m^(3)/t,达到了预期效果。表明瓦斯地质图、地质动力区划等预测结果对煤与瓦斯突出等动力灾害的防治工作具有很好的指导作用,八矿建立健全的煤与瓦斯突出防治技术体系,有效遏制了煤与瓦斯突出等矿井动力灾害的发生,对矿井的安全生产起到了重要作用。

煤基石墨烯在锂离子电池中的应用

以煤为前驱体,通过物理、化学耦合方法,可制备高附加值的石墨烯材料,且可提高产品振实密度,具备一定的揉曲结构,但工艺流程长,需改善煤炭纯化脱灰、催化石墨化、氧化还原工序或热解CVD技术。石墨烯作为一种新型碳纳米材料,具有高导电性、高导热性、比表面积大和机械性能稳定等优势,在锂离子电池行业中应用前景广阔。针对复合石墨烯对锂离子电池正极、负极和导电剂的影响,总结石墨烯在锂离子电池中的应用进展和最新研究成果。石墨烯通过与活性材料和传统导电剂复合,可实现“面-点”和“点-点”充分接触,从不同空间跨度上在活性材料周围形成高效稳定的导电网络,同时发挥材料各自独有的特点,并且能够抑制充放电时活性材料产生的体积膨胀效应,稳定结构,从而提高整个体系的比容量、充放电性能、循环性能、倍率性能等电化学特性,改善电池体系的散热性能,提高使用温度上限,与传统的炭材料相比具备明显优势。煤分子结构、元素组成、矿物质组分、显微组分和变质程度的差异,会影响石墨烯产品的性能。变质程度高的煤种,可以获得石墨化度较高的产品,最终石墨烯微晶尺寸更大,片层更少;若以褐煤、烟煤为原料,必须经过深度破碎,石墨化条件更为苛刻。以锂离子电池应用为导向,宜采用煤直接氧化还原工艺,原料以变质程度较深的无烟煤为主,可生成石墨化度更高、微晶尺寸更大、片层更少的石墨烯。煤中本身含有一部分氧元素,在氧化还原过程中会脱除大量含氧官能团,会在石墨烯片层留下部分缺陷与无序的碳空位,会在锂电池充电过程中充当储电穴位,增加可逆容量。加强煤预处理研究,优化煤大分子基本单元的构造,改善芳烃结构单元,使有机多环芳烃分子较容易转化为层状石墨结构,利于后续氧化插层;在现有电池体系中,石墨烯直接作为锂离子电池负极存在电压滞后、库伦效率低的缺点,需进一步研究嵌锂脱锂过程中石墨烯的微观变化。而电极厚度、活性材料颗粒的尺寸差异、石墨烯表面性质、官能团含量、层数及片层结构等因素影响石墨烯优势的发挥。