Experimental Study of Spontaneous Combustion Rule of Ground Coal Storage Pile

By field measurement and laboratory experiment, a yieldable thermometric instrument was studied and manufactured on the basis of the spontaneous combustion rule of ground coal storage pile The instrument has been applied to the ground coal storage pile in Meiyukou Coal Mine of Datong Bureau and the depths of its self-heating and combustion layers and the inherent property of its spontaneous combustion have been obtained.

不同垫层下煤矸石桩网复合路基承载特性

为综合利用固体废弃物煤矸石,将其取代部分传统细骨料制备煤矸石混凝土桩。开展了土工格栅和土工格室加筋垫层下煤矸石桩网复合路基室内模型试验,分析路堤顶面荷载-沉降关系、加筋垫层传荷能力和桩身应力的差异性。同时,建立有限元计算模型,研究不同加筋材料应力和变形规律,揭示土工格室应用于加筋垫层作用机制。结果表明:在本次试验中,同土工格栅相比,土工格室加筋垫层显著减小路堤顶面沉降约29.71%。土工格室加筋垫层下桩顶和桩间处土压力衰减量分别约61.51%、56.35%,充分发挥了筏板效应和应力扩散效应。采用土工格室加筋垫层,路堤荷载能够被有效传递至煤矸石桩体,在路基中心处和沿路基横断方向桩身应力极值分别采用土工格栅加筋垫层的1.78、1.80倍。土工格室和土工格栅应力分布规律分别呈“V”型和“U”型变化特征,且土工格室的应力最大值大于土工格栅。土工格室特有的蜂窝状结构对路堤填料产生侧向环箍和肋条摩阻力作用,通过自身张拉变形有效地扩散路堤荷载。

堆取料机取料过程中防坍塌预警及路径规划研究

在运煤轮船船舱进行取料作业时,由于路径规划可能引发煤堆坍塌的危险,提出一种基于分层点云边缘信息提取的防止煤堆坍塌的模拟堆取料机取料路径规划方法。首先利用搭载二维激光扫描试验装置采集原始三维点云数据,通过坐标转换,采用直通滤波算法去噪滤波,随机采样法简化算法精简点云数据,基于切片法计算煤堆体积和质量,实现对来煤精准盘点;然后提取每层煤料堆表面的边缘信息,将不同层次的煤料堆边缘信息组合起来,构建出整个煤料堆表面的边缘模型,实时计算待取料煤堆边缘安息角,实现煤堆坍塌预警信息;最后基于直线插补方法进行取料路径规划,给出防止煤堆坍塌的模拟堆取料机执行机构作业路径。

影响煤堆氧化升温自燃因素的数值模拟

阐述了露天煤场煤堆出现自燃现象会给电厂带来经济损失和安全隐患,为了探究相关因素对煤堆自燃的影响,基于多孔介质模型,建立煤堆缓慢氧化反应模型,研究煤种、孔隙率和煤堆体积因素的影响,得到煤堆内部的温升曲线和温度分布。研究结果表明:煤种发热量越高,活化能越低,到达临界自燃温度的时间越短,自燃风险越大。相比发热量,活化能对煤自燃的影响更大;孔隙率越小的煤堆,到达临界自燃温度的时间更长,但是其具有自燃风险的区域也随之增大;体积更大的煤堆,内部高温区域面积更大,自燃的风险也增大。

大煤堆密度与质量的关系及其在能源利用中的重要性

本文探讨了大煤堆密度与质量之间的关系以及其在能源利用中的重要性。通过优化煤炭采购和库存管理、改进装卸和转运方式、实施分堆存放和分烧策略等措施,可以有效控制大煤堆的密度。此次研究过程中,通过使用分烧策略以及合理控制燃烧温度等措施,将煤堆密度控制在了1.0~1.5g/cm3之间,大大提升了煤堆自身质量,提高了能源利用效率、减少污染物排放,并确保煤堆的紧凑性和稳定性。鉴于此,本文围绕大煤堆密度与质量的关系及其在能源利用中的重要性展开探讨,以期为相关工作起到参考作用。

风速影响下煤矸石山自燃危险区分布规律研究

外界环境风速对煤矸石山自燃危险区分布有明显影响。为研究其变化规律,首先从渗流场、氧气场及温度场的角度进行理论分析,明确自燃机理。然后对煤矸石样品进行热重分析,通过热重微商热重(Thermogravimetry and Differential Thermogravimetry,TG DTG)与示差扫描量热(Differential Scanning Calorimetry,DSC)转化率曲线得出煤矸石自燃过程中关键温度点,将关键温度点作为自燃危险区划分的判别条件。最后通过FLUENT模拟对不同环境风速下煤矸石山三场变化规律进行研究,计算自燃危险区面积并进行拟合,对煤矸石山现场进行治理效果验证。结果表明:在θ2温度点后,煤矸石山出现局部缓慢燃烧现象,转化率也进入急速增加阶段,因此将θ2温度点(332.42℃)作为自燃危险区划分的判别条件;煤矸石山自燃危险区面积随风速增加呈先增加后减小的趋势,当风速为1.65 m/s时,其面积达到最大值75.25 m^(2);当煤矸石山坡面覆土厚度为0.5 m、覆土时间为30 d时,其自燃危险区温度下降范围在202~232℃,治理效果良好。

煤矸山优势植物两头毛根际耐镉真菌的分离鉴定

【目的】从煤矸山重金属污染土壤中分离纯化耐镉微生物,为进一步利用根际微生物修复土壤耐污染提供依据。【方法】利用含镉50 mg/L的PDA培养基从煤矸山优势植物两头毛根际土壤中分离纯化具有耐镉特性的菌株,并通过形态学和分子学方法对分离的菌株进行鉴定。【结果】从煤矸山优势植物两头毛根际土壤中共分离出9株真菌,分别为链格孢属(Alternaria sp.)1种、拟青霉属(Purpureocillium sp.)1种、透孢黑团壳属(Massarina sp.)2种、拟盘多毛孢属(Pestalotiopsis sp.)1种、被孢霉属(Mortierella sp.)1种、Setophoma sp.1种、柄孢壳菌属(Podospora sp.)1种和镰刀菌属(Fusarium sp.)1种。【结论】煤矸山优势植物两头毛根际土壤中含有丰富耐镉菌株资源。

风流对煤堆热源位置的影响研究

煤堆在露天堆放过程中,受到自然风的影响,从而导致热源位置发生偏移,使得对其治理出现偏差。通过模拟软件建立煤堆受风流影响的试验平台,研究不同风速下法向风与切向风对模拟煤堆热源位置移动的影响规律。研究结果表明,2种风向均对热源的移动产生影响,且法向风作用的影响大于切向风;边缘位置热源移动速度与风速大小满足线性关系,中心位置热源移动速度与风速大小满足二次函数关系;在风速较小时,对模拟煤堆中心位置热源的移动影响均较小,为煤堆自燃的治理提供一定的理论依据。

基于点云数据的带式输送机跑偏及堆煤算法研究

为了解决同发东周窑煤业带式输送机输送带跑偏、出现堆煤等情况,通过点云数据处理来监测输送带跑偏程度、利用煤流等效高度判断堆煤情况。通过对比实验结果表明:输送带速度为0.5~3.0m/s时,边沿点检测相对误差为-6.98%3.12%,最大误差仅为2.83mm,在煤炭质量接近堆煤报警的临界值时,系统会发出警告,可以较好地实现对输送带跑偏及堆煤的实时监测,从而避免堆煤情况的发生。

灌注桩在煤矿采空区上的稳定性与安全性分析

煤矿采空区的稳定性直接影响着矿井的安全和环境保护。灌注桩作为一种简便易行的地基支护方式,在煤矿工程中得到广泛运用。但是由于采空区地质条件的复杂性和长期开采的影响,灌注桩在长期运行中可能面临多种挑战。为了更好地理解和应对这些挑战,深入研究灌注桩在采空区的长期稳定性与安全性显得至关重要。本研究的目标在于为灌注桩在采空区的设计、施工和管理提供科学指导,推动煤矿工程的安全高效发展。

煤矸石桩-土工格室复合路基承载特性

为了研究煤矸石桩-土工格室复合路基的承载性能,以煤矸石桩、土工格室及格栅分别作为竖向、水平向加筋体,开展静载试验,分析土工格室和格栅拉伸应力、桩体轴向应力以及桩顶与桩间土压力的变化规律.研究结果表明:当施加到第8级荷载时,相较于土工格栅,土工格室上的拉应力增大67.93%,格室组中心桩与边桩中性点应力分别增大78.22%、30.95%,中性点对应截面位于桩体中部距桩顶约50 cm处;加筋垫层下方格室组的桩土应力比与格栅组相比,路基中部增大13.68%,路基边缘部分增大12.40%~13.49%,整体增大13.19%.煤矸石桩-土工格室复合结构能够有效地将荷载由桩身传递至基底;土工格室加筋垫层均匀地将荷载横向传递至加筋体,削弱桩土间的土拱效应,土工格室与垫层构成的柔性筏板效应更突显.

基于机器视觉的带式输送机落料口堆煤检测

针对带式输送机落料口堆煤检测存在准确性、实时性和可靠性差的问题,提出一种基于机器视觉的带式输送机落料口堆煤检测方法,利用工业相机采集落料口图像,通过以太网传输给堆煤检测器,堆煤检测器利用堆煤检测算法对图像进行处理与分析,实现堆煤检测,并通过以太网将检测结果传输给上位机。改进了ShuffleNetV2网络模型,用空洞卷积替代模型中的标准卷积,在不增加计算量的前提下增大感受野,在基本单元中增加了高效通道注意力模块ECA,提高特征提取能力。提出了改进ShuffleNetV2网络模型的堆煤检测算法,利用暗通道的图像去雾增强算法对采集的图像进行去雾和增强处理,构建了落料口图像数据集,利用该数据集训练改进ShuffleNetV2网络模型,再利用训练好的网络模型进行堆煤检测。采用Cortex-A57架构4核JetsonNano开发板设计了堆煤检测器的硬件和软件。研究结果表明:该方法能够实现带式输送机落料口堆煤的实时检测,准确率达到98.34%,图像处理速度为23帧/s。

跨栈桥煤仓的基础设计及施工

为保证新建跨栈桥籽煤仓施工过程的安全,同时保证施工过程中选煤厂现有系统的正常生产,通过将新建籽煤仓范围内现有产品栈桥的部分土建结构拆除,并利用新建钢桁架将现有产品带式输送机托起,从而完成了跨栈桥煤仓的基础设计与施工。结果表明:该设计方法可在选煤厂不停产的情况下完成新建跨栈桥煤仓基础的安全施工,有效缩短了施工工期,使选煤厂如期达产,减少了企业的停产损失,同时也降低了建筑工程投资,增加了企业的经济效益;此外提出了部分无埋深筒仓的基础设计方法,可为选煤厂厂房或筒仓的设计提供一定借鉴。

基于改进Delaunay三角网的煤堆三维重构算法

煤堆表面结构复杂且点云数据量大,传统的Delaunay三角网剖分算法无法满足企业实际需求。为了快速、精准地完成煤堆曲面重构,提出了基于组合三角剖分的改进Delaunay三维重构算法,该算法将剖分过程分为区域分块、单区域剖分及区域连接3个步骤。通过对标准煤堆模型测量实验,10次测量平均误差为2.66%,算法的稳定性和精度都较高。最后以徐州某发电厂的封闭储煤基地为试验场所,分别通过逐点插入法、三角网生长法与本文提出的改进算法,对煤堆进行三维重构。对比发现,改进算法重构曲面更加细腻,在构网点数、狭长三角形数及时间上表现均为最优,重构时间89 s,测量误差仅为0.21%,满足效率与精度要求。

基于无人机遥感的煤矸石山植被分类

植被种类的准确分类是实现煤矸石山植被修复效果评价的基础。利用无人机遥感技术获取不同季节的煤矸石山可见光影像,通过色彩空间转换和纹理滤波充分挖掘可见光影像中丰富的色彩、结构及纹理等特征;然后对传统人工特征选取方法做出改进,该方法可快速、简单、高效地筛选特征信息以获取最优分类特征,并将优选结果与RGB影像融合以获得多特征融合影像;最后,利用3种监督分类模型分别对两期RGB影像及多特征融合影像进行分类处理并对结果进行精度评价及植被动态变化分析。结果表明:基于改进的人工特征选取方法可筛选出不同季节煤矸石山影像的最优分类特征,所选特征不仅能有效反映各类地物的差异性,同时可降低特征信息冗余以提高影像分类精度及效率。支持向量机(Support Vector Machine Classification,SVM)分类方法结合多特征融合影像的分类精度最高,总体分类精度最高可达90.60%,相应Kappa系数为0.8780,较同期RGB影像分别提高了9.74%和0.1265;而最大似然(Maximum Likelihood Classification,MLC)和神经网络(Neural Network,NNC)分类方法精度提高较少,总体分类精度较同期RGB影像最多可分别提高6.95%和3.93%,相应Kappa系数分别提高0.0845和0.0541。同时,基于最优分类结果从植被覆盖度和植被配置模式2个角度对常村煤矸石山植被修复效果进行评价,结果表明:该煤矸石山采用了多种不同的植被配置模式,且秋夏两季的植被覆盖度均高于75%,植被修复的整体效果较好。研究可为基于无人机可见光影像的煤矸石山植被信息识别分类提供参考,同时为煤矸石山植被修复的后期管理、维护等提供意见或建议。

松散煤堆自燃高温区时空演化规律仿真研究

为研究松散煤堆在储运中高温区的自燃过程及影响因素,利用COMSOL建立了三维典型松散煤堆物理模型,通过理论分析确定了煤堆在速度场、氧浓度场和温度场等多场耦合作用下的模型参数,采用多物理场耦合控制方程进行模拟解算。结果表明:三维典型松散煤堆的自然发火期为57 d,高温区呈“水滴”状对称分布在煤堆迎风侧中下部;风速在0.001~0.35 m/s内时,自然发火期随风速的增大先缩短后延长,当风速超过3.5 m/s时,煤堆内部温度不再随时间变化,且远低于自燃临界温度;随煤堆孔隙率的增大,煤堆自燃所需时间大幅缩短;煤堆自然发火期与煤堆堆积高度呈正相关关系,改变堆积角度对煤堆自燃的影响较小。

热红外遥感对煤矸石山温度的反演研究

为探究利用热红外遥感反演的地表温度对煤矸石山识别情况,基于Landsat TM卫星遥感影像和研究区的气象数据、矢量数据等,采用单窗算法对研究区域的地表温度进行反演,并将反演出的地表温度异常区域与阳泉市实际煤矸石山分布情况做对比,验证利用反演结果识别煤矸石山的准确性。结果表明,阳泉矿区的高温异常区除了与煤矸石分布有关,也与矿区煤炭和工厂分布有关;利用反演结果提取的高温异常区可作为煤矸石山温度精准探测的参考,从而提升判断煤矸石山自燃位置的效率。

洗选煤堆自燃特性及危险区域演化判定

为研究不同品位煤堆自燃过程的异同,指导洗选煤堆自燃防治,以大浮沉试验筛选出的5种品位长焰煤为研究对象,采用试验和数值模拟相结合的方法,研究煤样自燃特征参数和煤堆堆积过程中的氧浓度场与高温区域演化特征。结果表明:洗选加工使煤自燃危险性增大,随着煤样品位升高,耗氧速率及放热强度增大;煤堆迎风侧上角的低压区使内部风流向上方运移,氧化带处于竖直深度1~3 m的范围;煤堆迎风侧及背风侧各存在一个椭圆状高温区域,最高温度区域随堆放时间推移逐渐由背风侧变为迎风侧;随着煤炭品位提升,升温速率增大,氧化带及高温区域面积减小并向迎风侧迁移约0.8 m,背风侧温度升高20℃;随着风速降低,煤堆堆放40 d时高温区域逐渐由背风侧迁移至迎风侧,风速为0.005 m/s时煤堆内最高温度减小了24℃。较低的环境风速可减小煤炭热值损耗并降低煤堆自燃危险性。

温度和pH对两种耐镉真菌生长的影响

采集六盘水煤矸山优势植物两头毛根际土壤进行培养,从含50 mg/L Cd^(2+)浓度培养基中分离出8种耐镉菌株。经不同Cd^(2+)浓度梯度和生长情况筛选得到耐镉能力较强和生长速度较快的真菌2株(P-4和P-5),其耐镉浓度分别高达900 mg/L和1000 mg/L。经形态学观察和ITS序列鉴定分别为被孢霉属(Mortierella)和拟盘多毛孢属菌(Pestalotiopsis)菌株。这两种耐镉菌株分别在不同pH(5、6、7、8、9)和温度(20℃、25℃、30℃)下培养生长,测定其菌落直径。结果表明,菌株P-4生长的最适pH为5,其菌落直径随温度升高而增大;菌株P-5的最适pH为6,最适温度为25℃。这些研究结果为以后镉污染土壤微生物修复提供了宝贵的微生物资源。