煤岩体系微观组分及孔隙结构对甲烷吸附的影响研究

为了探究煤岩体系微观组分及孔隙结构对甲烷吸附的影响规律,选取沙曲一矿6组煤岩样,通过工业分析、X射线衍射、扫描电镜与能谱分析、低温氮吸附、计算机断层扫描,以及煤岩甲烷吸附实验,分别研究煤岩样微观组分、孔隙结构特征对甲烷吸附的影响。研究结果表明:煤样和岩样无机组分质量分数分别为15.82%~20.93%、90.80%~94.68%,均以石英和黏土矿物为主;岩样BET比表面积为3.32~8.70 m^(2)/g、吸附孔体积为0.0095~0.0191 cm^(3)/g,均大于煤样的BET比表面积和吸附孔体积;岩样孔隙表面粗糙度、孔结构复杂度略大于煤样的孔隙表面粗糙度、孔结构复杂度,与黏土矿物含量高有关。煤岩样甲烷等温吸附曲线均符合朗格缪尔模型,可用极限吸附量V_(L)和朗格缪尔压力p_(L)描述吸附规律;相同吸附温度下,岩样存在一定的吸附性,煤样吸附性远大于岩样。分析得出,煤岩样的有机组分含量、黏土矿物含量、表面分形维数、比表面积和吸附孔体积对甲烷吸附过程V_(L)、p_(L)影响显著。基于多元线性回归分析了5种因素对甲烷吸附规律的影响关系:有机组分含量高、比表面积大的样品CH 4分子极限吸附量V_(L)越大,而黏土矿物含量高不利于吸附甲烷;吸附孔体积越小、黏土矿物含量越高、比表面积越大,朗格缪尔压力p_(L)越大。

广义安全结构理论研究

为加强对安全科学及安全工程的理论研究,基于生物信息学和因素空间理论,提出广义安全结构理论。阐明安全问题的本质规律,建立安全结构的组成要素及其数学逻辑分析框架,并研究主动安全管控系统的组成及其构建过程。结果表明:安全是人或物质活动与活动环境相互作用形成的结构形态,结构形态的变化规律是安全问题孕育、发生和演化的本质规律;安全结构由安全事件结构、环境结构、活动结构及活动与环境的相互作用组成;主动安全管控系统范式体系由环境因素属性空间、活动因素空间、信息空间、系统外部扰动、安全调控及各部分之间的关联(映射)构成。

“中等收入”与新“双控”背景下煤炭行业转型发展新机遇

党的二十大报告重申,到2035年人均国内生产总值达到中等发达国家水平(简称“中等收入”),经济规模的快速扩张,势必会拉动能源需求、增加能源消费,给能源供应带来挑战,而“双碳”目标促使能耗“双控”转向碳排放“双控”(简称新“双控”),将使控碳举措更加精准,低碳转型压力增加。在“中等收入”和新“双控”背景下,如何立足以煤为主的基本国情,统筹保障能源供应和低碳转型,把握煤炭行业发展的新机遇,赋能煤炭行业转型升级和高质量发展,将是一个充满挑战而又无法回避的重大时代课题。通过回顾煤炭工业对于我国国民经济发展的历史性贡献,结合我国资源禀赋特征和现阶段经济社会发展实际,认为煤炭在未来仍将发挥能源保障作用,支持实现“中等收入”目标,并深入分析了煤炭发展过程中存在的安全、生态以及智能化程度低的难题。揭示了“中等收入”与新“双控”背景下煤炭行业面临的新挑战主要为保障能源供应要求提升、低碳转型压力加大,测算了电力耗煤量在不同双碳时期的变化规律:电力耗煤量将在2030年为20亿t,而到2060年降至5.0亿t,降幅达到75%,极大冲击煤炭销量,给煤炭行业发展带来巨大的潜在风险。针对性地提出了不同双碳时期煤炭行业发展的新机遇:目前碳达峰时期,推动保供和低碳协同发展,应把握煤炭与煤电一体化、煤矿与循环经济工业园区一体化、矿区修复与生态协调发展、煤炭反哺教育战略、煤炭机械化开采与智能化开采耦合、瓦斯资源化与能源化利用等机遇,为实现“中等收入”目标提供能源支撑,在保供中实现高质量发展,为绿色低碳转型发展提供基础;在碳达峰–碳中和时期,大力发展煤炭与现代煤化工耦合、煤炭能源与新能源耦合等产业,在高质量发展基础上实现绿色低碳转型的跨越发展,助力碳中和目标的早日实现,以期为我国能源和煤炭相关决策、政策制定提供参考。

不同浓度烟气在煤中的竞争吸附行为及机理

为研究不同浓度电厂烟气注入采空区后CO_2的封存效果、O_2的抑制吸附程度和竞争吸附机理,采用巨正则系综蒙特卡洛方法,建立煤结构模型,模拟采空区温度压力环境注入不同比例烟气时CO_2,N_2,O_2在煤中的竞争吸附行为,以作为指导烟气注气的依据。结果表明:随着烟气含量的增加,N_2和O_2的吸附量降低,CO_2和总吸附量升高,但升高和降低的速率减小,而等量吸附热随烟气含量变化的变异系数仅为0.48%~1.39%。随着烟气含量的增加,CO_2对N_2和O_2的吸附选择性降低,竞争性减弱。煤对CO_2的优先吸附位在能量最低的-34^-30 k J/mol区域,被占满后转向次优先吸附位。即吸附能力并不能直接反映吸附量,其主要由气相中各组分浓度控制,同时受竞争性和吸附位影响。

水对采空区遗煤吸附电厂烟气影响的理论计算

为研究电厂烟气注入采空区时,煤中含水率和烟气中水分对于封存温室气体CO_2和抑制煤自燃的影响,建立干煤和湿煤结构模型,采用巨正则系综蒙特卡洛方法,计算了不同水分含量的烟气组分CO_2/O_2/N2/H_2O在干煤以及不同含水率的湿煤中的吸附行为。结果表明,烟气中CO_2竞争性最强吸附量最大,O_2的物理吸附量极小,烟气中H_2O含量不影响CO_2、N2和O_2的吸附量,可不进行干燥处理直接将电厂烟气注入采空区。随着煤中含水率增加,水分占据孔隙空间,范德华作用减弱,H_2O-H_2O之间的氢键作用增强且提供了额外吸附位。H_2O的等量吸附热升高,吸附位移向吸附作用更强的低相互作用能区域,吸附大量水形成水团簇,与CO_2竞争吸附位,并且占据吸附空间抑制CO_2、O_2、N2的吸附,使其吸附量降低50%以上,因此,注入烟气时应充分考虑采空区煤体的含水率问题。

基于蒙特卡洛方法的煤吸附水机理

为研究煤对水的吸附机理,建立煤大分子结构模型,采用巨正则系综蒙特卡洛方法,在分子尺度研究分析了压力1~100 k Pa不同温度下水在煤中的吸附行为,为涉及煤水相互作用的进一步研究奠定理论基础。结果表明:水的吸附量和等量吸附热与温度负相关,与压力正相关。在大于临界压力的某一压力下,两吸附位的势能概率分布间形成高原区,说明比例相当。超过该压力,相互作用更强的氢键占主要地位,吸附量开始急剧增大,发生毛细凝聚,形成水团簇。随着压力增大,吸附继续由较弱的H_2O-煤相互作用的吸附位向较强的H_2O-H_2O相互作用的吸附位移动,直至全部作用在由已吸附的H_2O形成的第2吸附位,等量吸附热趋于平稳。得到了水在煤中吸附过程概率密度的三维分布,从而更直观全方位地认识水的吸附行为及机理。

我国亟待实施优质煤炭资源储备战略

介绍了优质煤炭资源状况,指出实施煤炭资源战略储备和保护性开采是重要的国家能源发展战略,论证了其与国家能源安全的重要战略意义。

可持续发展的因素分析及同煤集团应对措施

经济发展是可持续发展的核心。经济发展不仅对其本身具有递增效应，而且它是其他一切要素得以恢复的平衡或得以发展的物质保障。经济增长方式转型、经济体制转轨是目前我国实现经济可持续发展的战略目标的重要措施。

同煤集团可持续发展战略分析

从多元化经营类型、多元化经营的绩效、制约因素等方面对大同煤矿集团有限责任公司的可持续发展的现状进行了分析。提出了可持续发展的多元化发展战略:实施洁净生产,提高资源利用率;发展循环经济战略与可持续发展战略集成;强化废弃物无害化处理,改善矿区生态环境;建设新型工业化企业,深化循环经济建设。

煤矿通风瓦斯面域化现场总线实时测控防御系统

为解决煤矿瓦斯事故中的通风、未断电等问题,开发了煤矿安全生产监测监控新技术基础体系,即煤矿通风瓦斯面域化全方位综合集成实时监测监控系统,以及神经元实时网络LonWorks现场总线煤矿安全生产监测监控技术体系,同时开发了巷道风量、风向、绝对风压传感器和风筒风量监测装置。经在西山煤电集团屯兰煤矿等70余个煤矿的推广应用,实践结果表明,该煤矿安全生产监测监控新技术可有效解决整个矿井同步实时响应、同步关联测控技术难题,以及瓦斯流动区域多级超前断电等技术难题。

生产安全事件随机-模糊耦合的危险性度量

为解决生产安全事件危险性度量中因素状态变化的随机性及状态变化范围的模糊性问题,基于安全结构理论,通过分析生产安全事件的失稳域与活动环境属性空间之间的关系,阐释安全型、危险型、可控型3类危险性模型;采用概率理论和模糊理论数学表述生产安全事件的随机危险性、模糊危险性以及随机-模糊耦合危险性;以瓦斯体积分数为研究对象,给出瓦斯体积分数随机-模糊耦合危险性度量分析计算示例。结果表明:工作面瓦斯体积分数随机-模糊耦合危险度为24.41%,环境因素的状态概率密度分布和因素状态模糊隶属度对生产安全事件危险度具有双重影响,随机-模糊耦合模型具有一定的可行性。

煤矿可持续发展工业生态共生系统研究

本文在分析工业共生是矿区发展循环经济有效途径的基础上,系统地识别和划分了主导型工业共生、平等型工业共生、依附型工业共生和混合型工业共生4种矿区工业共生主要链网模式,总结了各自结构特点,并对煤炭矿区进行了实证研究。同时,本文进一步指出,随着工业共生模式的不断发展,煤炭矿区工业共生模式可以是上述几种模式并存的混合型形式。

新一代信息技术赋能煤矿装备数智化转型升级

当前,煤矿智能化建设正处于初级向中高级智能化过渡探索期,现有智能装备自主创新能力尚需加强,核心技术“卡脖子”,井下复杂赋存条件下可靠性问题突出,如何利用新一代信息技术,纵深推动煤矿装备数智化转型升级,以数字化、智能化推动煤炭安全高效绿色开采具有重要意义。回顾了我国煤炭开采技术与装备智能化发展的演进过程,分析了煤炭开采各阶段的生产特征,认为煤矿智能化彻底改变了煤炭生产方式,生产要素以智能装备、智能化系统和复合型技术人才为主,从本质上提升了煤矿安全高效生产水平,助推煤矿实现减人增安提效。其中智能煤矿装备是煤矿智能化的核心要素,面对未来煤矿装备数智化转型发展的需求,探索了新一代信息技术与煤矿装备融合发展的路径,即以装备为智能化载体,通过新一代信息技术赋予装备智能感知与分析、智能判断与推理、智能决策与控制、智能诊断与学习的类人化智能化能力,并构建了物联网、5G、大数据、云计算、人工智能技术赋能煤矿装备智能感知、智能传输、智能分析、智能计算和智能决策的系统架构。深入分析了煤矿装备数智化发展过程中存在的理论、技术和人才难题,提出了煤矿装备数智化发展的建议:夯实基础是第一要务,须构建煤矿装备智能化顶层设计理论体系,加强关键核心技术攻关,加快新型基础设施建设,夯实煤矿智能化发展根基;煤矿装备智能化技术与煤矿特殊应用场景协同耦合发展,贴近煤矿井下现场需求,形成煤矿专用场景智能化技术,探索装备数智融合创新模式;智能技术与绿色开采技术相互融合促进,打造数字化、智能化、绿色化装备,开发煤炭智能高效低碳开采新模式,促进煤炭生产节能降耗;建立健全煤矿智能化人才培养体系,培养多学科交叉复合型人才,为煤矿智能化建设增强人才储备力量。

老矿区转型发展工程哲学思考

老矿区的转型发展是一项复杂的系统工程,必须站在工程哲学的高度总揽全局,遵循工程―自然―科学―技术―产业―经济―社会的协调统一。工程是科技创新的主体,依靠科技进步推动工程创新,工程促进科学、技术、产业、经济、社会的发展。工程要以生态保护为前提,经济促进生态工程建设。稀缺炼焦煤资源的保护与开采是矛盾的对立与统一体,炼焦煤生产企业要兼顾眼前利益与长远利益,特别是老矿区,要解决好资源稀缺性与需求激增性矛盾,实行限量开采,增加资源的回收率,实行以煤为基,资源高效循环利用的大、纵、深产业群建设。现有的安全管控高投入与安全事故频发的矛盾促进了安全理论与技术的发展,安全理论与技术由系统安全到结构安全的转变是事物发展的必然。

同煤集团可持续发展综合评价

应用模糊综合评判技术对大同煤矿集团有限责任公司的可持续发展状态和程度进行了综合评价,确定同煤集团矿区可持续发展处于传统向可持续发展过渡阶段。

企业管理系统复杂性评价的三维尺度模型建模与实证研究

应用物理学、数学、力学、信息论、统计学和管理学等理论方法,提出了管理力、管理功和管理复杂度的基本概念、定义、基本原理和研究范围;并基于管理熵理论的基本原理,建立了企业管理系统复杂性评价的新尺度和评价方法;构造了尺度的矢量空间、数学模型及量化模型;以创造世界采矿奇迹的中国煤炭企业的旗帜一神府东胜煤炭责任有限公司为例,进行了企业组织管理系统复杂性实证研究与评价。

基于安全结构理论的安全事件内涵数学表达

为充分认识安全科学研究中的安全事件本质,基于安全结构理论,进行安全事件内涵的数学表达研究。定义安全事件的本质因素,提出通过因素约简、因素集完备性检验和因素独立性检验获取安全事件本质因素集的处理算法;从逻辑学角度给出安全事件的内涵,并根据安全事件本质因素的表现外延隶属函数,给出安全事件内涵数学表达的算法。研究表明:所有决定安全事件发生的、独立且完备的因素组成安全事件的本质因素集,全体本质因素的属性组合为安全事件的内涵;本质因素状态集的笛卡尔乘积集构成安全事件的因素空间,该空间是承载安全事件内涵的完备的数学逻辑分析框架。

矿井生产系统结构复杂性评价

应用数学、力学、信息论、图论和关系数学等理论方法,提出了信息力、能和结构复杂性信息量度量的基本概念、定义、基本原理和数学模型;基于信息熵理论的基本原理,构造了结构复杂性度量尺度的矢量空间、数学模型;提出了矿井系统结构复杂性评价的新尺度、评价方法以及矿井系统结构的简约化、复杂性减少原理,并进行了实证研究.

论我国煤炭储备与供应国际化延伸战略

本文分析了我国能源紧缺的严峻形势以及煤炭产业在国民经济发展和能源安全战略中的重要地位,特别指出实施煤炭资源的国际化延伸战略和国家实行煤炭资源战略储备与保护性开采是国家煤炭资源的两大重要战略,并提出在国际上特别是煤炭资源赋存丰富的发展中国家投建煤矿,延伸能源供应链,确保我国能源供应的多样化、多渠道。在战术和战略层面上,指出我国现阶段优质煤炭资源实行保护性开采和储备的可行性与紧迫性,为真正解决我国煤炭产业国际化和国家能源与经济安全的长远大计所面临的实际问题提供决策依据。

事故发生的三种模式探讨

事故就是违背人的主观愿望而发生的意外事件 ,其结果是导致社会和人类经济上的巨大损失和伤害。然而各种事故的发生的形式似乎永远伴随着人类社会的发展而有所变化。笔者通过对事故数据的分析 ,从广义上将事故分为自然事故即自然灾害、随机事故和人为事故 3类。根据 3类事故的特点采用简单的数学方程进行描述 ,为事故发生可承受度 (即既最大风险值 )奠定理论基础。从科学的角度论述事故发生的必然性、随机性和可预防性以及不安全的绝对性和安全的相对性的辩证关系。同时提出了环境因子新概念 ,初步定义了高危行业的定量含义 ,为各类事故的预防提出了基本的相应对策。