低品质煤炭原料对提取矿源黄腐酸的影响

采用碱溶酸析法从不同低品质煤炭原料(藓类泥炭、草本泥炭、木本泥炭、褐煤、烟煤、风化煤)中提取矿源黄腐酸,采用容量法测定了其纯度,并通过紫外可见吸收光谱(UV-Vis)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、荧光光谱、核磁共振氢谱(^(1)HNMR)、X-射线衍射(XRD)对其结构进行了表征。结果表明,低品质煤炭原料对矿源黄腐酸的产率和纯度有显著影响,其中藓类泥炭矿源黄腐酸的产率和纯度均最高,分别可达10.56%和27.78%;从不同低品质煤炭原料中提取的矿源黄腐酸的化学结构相似,但分子量大小存在差异,其中木本泥炭矿源黄腐酸的分子量最大,风化煤矿源黄腐酸的分子量最小;泥炭(藓类泥炭、草本泥炭、木本泥炭)矿源黄腐酸的官能团种类较多,其中藓类泥炭矿源黄腐酸的羟基、酮基、醛基、羧基等官能团种类最多,且官能团含量最高,烟煤矿源黄腐酸的官能团种类和含量均最少;藓类泥炭、木本泥炭矿源黄腐酸含有更多的脂肪碳,草本泥炭、风化煤矿源黄腐酸含有更多的芳香碳。表明低品质煤炭资源中,藓类泥炭更适合作为提取矿源黄腐酸的原料。

低温煤焦油加氢精制研究进展

针对低温煤焦油粗放式燃烧导致资源利用率低的问题,对低温煤焦油加氢精制生产清洁燃料油和化学品以提高低温煤焦油附加值的研究现状进行综述,包括加氢精制反应机制和加氢精制催化剂2个方面,重点总结和分析了酚类加氢脱氧、噻吩类加氢脱硫、含氮化合物(如吡啶、喹啉等)加氢脱氮反应机制和催化剂研发方面的基础研究进展。最后,根据低温煤焦油加氢精制技术存在的问题,展望了低温煤焦油未来的研究方向。

产-需全链条耦合的矿山综合能源电-热-煤协同低碳调度

矿山产-需环节耦合紧密,如何实现多环节的协同优化以提升系统的用能经济性与减碳效益是亟待解决的问题。为此,提出产-需全链条耦合的矿山综合能源系统(CMIES)电-热-煤协同经济低碳优化调度方法。从矿山生产工艺流程出发,分析各环节之间的耦合特征,构建含煤矿生产-用能多环节的CMIES电-热-煤耦合拓扑;剖析矿山安全开采前提下的煤流工序、伴生能源产出和利用方式,刻画运煤、排水环节的柔性特征,建立多环节运行模型;以矿山用能成本与碳排放惩罚成本最小为目标,构建电-热-煤协同的CMIES经济低碳调度模型。以山西省某煤矿为算例进行仿真,验证所提模型与方法的有效性。仿真结果表明,所提模型与方法通过工序调整、环节优化有效降低了矿山的用能成本及碳排放量,实现了多环节协同下的CMIES经济低碳运行。

煤质分析在选煤工艺选择中的应用

为优化选煤工艺并提高煤炭资源利用效率,针对不同煤质参数(如热值、灰分、水分、含硫量)工艺选择分析,以煤炭行业选煤技术干选、水洗、重介质分离、浮游选煤法、电力选煤法和脱泥筛选为例,分析了各种煤质参数对选煤工艺的影响。结果表明,通过精确煤质分析与匹配适宜工艺,可有效提升煤炭质量和燃烧效率,降低环境污染和处理成本。例如低灰分煤炭适宜采用物理选煤处理以保留热值,高水分煤炭则需先进行干燥、脱水处理。对含硫量不同的煤炭,根据具体含量选择从简单物理处理到复杂化学处理策略。研究结果可为煤炭行业提供最优选煤工艺依据。

低温煤焦油生产加工利用的现状

通过分析低温煤焦油生产、加工利用的现状,提出了加大对低温煤焦油相关技术的研究,强化对低温煤焦油产业的监管力度,充分发挥信息化技术的作用等应对措施。从而推动低温煤焦油的深加工,形成规模化、规范化的低温煤焦油加工产业。

榆家梁薄煤层超长运距刮板输送技术研究

为解决神东榆家梁煤矿1.4 m煤层、350 m宽工作面煤炭开采的运输问题,制定了薄煤层超长工作面成套设备总体配套方案,在对装机功率及链条安全系数进行验算的基础上,确定了刮板输送设备主要技术参数;开发了φ38/86×137宽带链及链传动系统、薄煤层极矮中部槽、下沉式可伸缩机尾、定距端卸一体式机头推移部,满足了薄煤层大功率设备对配套空间的需求;优化了伸缩机尾自动张紧控制流程,配置了刮板输送机智能控制系统,为工作面运输设备无人化管理提供了技术保障。经过井下工业性实践证明,设备使用良好,该工作面已成为薄煤层智能开采的示范工程。

碎软低渗煤储层强化与煤层气地面开发技术进展

我国碎软低渗煤储层分布广泛,然而由于其煤体松软、破碎、渗透性差,常规的直井/水平井煤储层直接压裂技术应用于碎软低渗煤储层强化及其煤层气地面开发的效果并不理想,碎软低渗煤储层煤层气的高效开发是制约我国煤层气产业大规模发展以及煤矿瓦斯高效治理的重要技术瓶颈。在系统分析我国碎软低渗煤储层特征及煤层气地面开发中存在的问题基础上,以水平井为基础井型,围绕间接压裂、应力释放和先固结后压裂3种不同的技术方向,梳理了目前碎软低渗煤储层强化与煤层气地面开发技术进展。归纳评述了以顶板间接压裂、夹矸层间接压裂以及硬煤分层间接压裂为内涵的间接压裂煤层气开发技术,以水力喷射造穴、气体动力造穴、扩孔+水力喷射+流体加卸载诱导失稳造穴、水力割缝为不同应力释放方式的应力释放煤层气开发技术,以及先微生物诱导碳酸钙固结碎软煤储层再进行水力压裂的先固结后压裂煤层气开发技术。间接压裂技术的工程实践探索已有较多积累,在地质条件适宜地区对碎软低渗煤储层强化取得了较好效果,而以应力释放为代表的碎软低渗煤储层强化新技术探索已取得重大进展,并进入工程试验和验证阶段。水平井应力释放技术针对碎软低渗煤储层特性和新的开发原理,其对储层改造潜力更大、煤层气开发效果会更好。基于水平井应力释放技术,围绕扩大应力释放范围、提高煤层气开发效果以及实现煤与煤层气共采3个方面,对碎软低渗煤储层强化及煤层气地面开发技术的发展趋势进行了展望,以期为改善我国碎软低渗煤储层增产改造效果以及提高煤层气单井产量提供参考。

催化剂对煤热解焦油品质的调控及其表面积炭行为的分析

以催化剂为核心和焦油提质为目的的低阶煤热解技术是保障国家能源安全和实现“双碳”目标的煤炭清洁高效转化技术。鉴于煤焦油品质调控和催化剂表面积炭行为的复杂性,阐述了金属、金属氧化物、天然矿物质、分子筛和炭基催化剂对煤和热解挥发物的催化作用及其对热解产物分布和组成的影响,并对比分析了各类催化剂的优缺点。探讨不同催化剂物理化学性质的区别及其与催化性能之间的关系,结合煤及热解挥发物中C—C、C—H、C=C、—OH、C=O、C—O和—COOH等化学键的断键行为,揭示了不同催化剂的作用机制。在此基础上,针对催化过程中存在的焦油产率低及提质效果差的问题,提出了利用金属尤其是过渡金属改性催化剂活化热解体系中的内部小分子氢供体和外部固体/气体氢供体对重质组分裂解碎片原位供氢的方法,实现焦油产率的提高及焦油品质的改善。同时,针对催化剂易积炭失活问题,分析了积炭的物理化学性质和组成以及积炭形成的原因。从催化剂设计及热解反应体系出发,分析了多种有效抑制积炭的途径,如多级孔与金属活性位点的组合效应、双金属改性调控Brønsted和Lewis酸性位点的比例、酸碱双功能催化剂的开发以及引入H_(2)O、CH_(4)、C_(2)H_(6)和CH_(3)OH等富氢小分子调控挥发物组成等,以期为低阶煤催化热解技术的发展提供理论基础。

基于SCI-XDNet-CFF轻量化网络的井下运煤皮带异物识别

矿井煤炭开采面与地面距离较长,需要通过运煤皮带进行长距离运输,在运输过程中,存在大块矸石、锚杆等异物损坏皮带、堵塞落煤口的问题,易引发安全问题,因此,运煤皮带运输异物分类具有重要意义。为克服井下环境光照强度弱、识别精度低、模型参数量大的问题,提出一种结合低光照图像增强的XDNet-CFF轻量化网络。首先,采用预训练的自校准光照图像增强模型对井下运煤皮带图像进行低光照图像增强,有效提高图像质量;其次,设计一种基于Xcpetion-DenseNet121和跨层特征融合的深度网络,在提高特征提取能力的同时,将底层细节特征与上层语义特征相结合,减少信息丢失,丰富特征表示;然后,通过全连接层和softmax完成运煤皮带异物识别;最后,为实现移动端部署和识别预警,应用剪枝方法对模型进行压缩,大幅减少模型参数量,降低开销。结果表明,所提模型在运煤皮带异物数据集上准确率、精度、召回率、F1分数分别达到0.9467、0.9512、0.9416、0.9464,均优于主流模型,同时,参数量仅8.98 M,满足实际生产部署需求。

中低温煤焦油转化利用技术研究进展

随着煤焦油深加工技术的发展,中低温煤焦油的综合利用受到关注。介绍了国内外中低温煤焦油利用的研究现状,对中低温煤焦油的分离、加氢改质利用,制燃料油、特种油品和高值化学品,煤焦油掺混加氢以及煤沥青利用的研发进行了综述和分析。基于中低温煤焦油馏分的构成特性,提出了中低温煤焦油“分质分级转化利用”技术路线,充分利用其分子特征结构,研究高效催化剂使煤焦油定向转化为目标产品。这为煤焦油高效清洁利用提供了多元化、高值化和精细化的途径。

煤层顶板间接压裂裂缝扩展机制及影响因素

碎软低渗煤层在我国普遍发育,制约煤层气单井产气量提高和产业发展。间接压裂是通过在邻近层产生垂直裂缝沟通煤层进而实现煤层有效改造的一种压裂方式,可以有效应对钻井塌陷、煤粉产出、压裂液滤失和煤层厚度薄等不利因素。通过间接压裂物理模拟试验和扩展有限元数值模拟分析,揭示煤层顶板间接压裂裂缝扩展影响因素,明确裂缝扩展机制,以期为间接压裂技术提供指导。通过直接压裂煤层和不同起裂位置、垂向应力和施工排量影响下间接压裂试验表明,起裂压力高,更易产生长裂缝,且受原生裂缝影响程度减小;但起裂点距离煤层越远,起裂所需能量越大,高破裂压力会对煤层造成粉碎性破坏;大施工排量下,起裂压力对应升高,起裂时间变短,原生裂缝影响程度变小。考虑地应力、起裂位置、岩石力学和施工排量等参数的数值模拟结果显示,在模型参数设置条件下,最大水平主应力和垂向应力差在<4 MPa,煤层与顶板有效应力差>3 MPa、弹性模量差<15 GPa的地层和岩性组合适合间接压裂,起裂位置距离煤层最优距离为<6 m,施工排量需要根据力学性质、断裂能密度等参数确定最优范围。

综放工作面低压深孔注水防尘技术研究

为提高工作面煤尘防治效果,针对工作面回采期间煤尘大,常规的浅孔注水措施达不到预期效果问题,通过对煤尘产生及注水防尘机理进行研究分析,并结合15305工作面井下实际开采情况,采用深孔低压注水防尘技术,并确定工作面注水孔施工参数及注水施工工艺流程。工业实践结果表明:采取该技术措施后,工作面煤层含水率平均提高了10.44倍,工作面采煤机处粉尘浓度降低了65.5%,采煤机下风侧10~15 m位置粉尘浓度下降59.7%。

低透气煤层无泵式钻扩一体化增透技术与钻具研究

针对在低透气煤层常规机械掏穴、水力冲孔等增透施工中存在的施工效率低、掏穴装置稳定性差以及需要配备高压泵等问题,提出了无泵式钻扩一体化增透施工技术,研制了配套的双通道送水器、双通道钻杆和造穴装置,并进行了现场工业性试验。结果表明:钻扩一体化增透施工技术在煤矿井下静压水条件下,可实现一趟下钻完成先导孔和机械掏穴的同时作业,解决了常规掏穴装置刀翼开合不稳定、必须配套高压泵的问题,降低了该技术的使用成本;研发的双通道送水器、双通道钻杆和造穴装置工作灵活稳定且可靠性高,造穴段单孔直接扩大至原常规钻孔孔径的4.4倍,显著提升了瓦斯抽采效果,该技术的成功应用为煤矿井下低透气煤层瓦斯抽采钻孔施工提供了技术支撑。

基于LMIENet图像增强的矿井下低光环境目标检测方法

煤矿井下工作环境复杂,存在人造光源亮度低、粉尘多和水气密度大等不利因素,导致现有的目标检测算法在应用到煤矿井下时,存在提取特征困难、目标识别和定位精度低等问题。提出一种煤矿井下低照度环境目标检测算法,由矿井低光图像增强模块LMIENet和目标检测模块组成,使用图像增强模块对原始图像进行画质提升,恢复各类图像信息,再使用目标检测网络对增强图像进行特定目标检测,有效提高检测的精确度。在图像增强模块中,改进Zero-DCE算法设计轻量级增强参数预测网络,计算像素级增强参数矩阵,用于低光照图像的亮度调整和画质增强,该网络通过设计的非参考损失函数隐性衡量图像的增强效果,引导网络进行无监督学习,使网络能够不依赖配对数据集对原始图像进行自适应的画质增强。目标检测模块中,采用YOLO v8n目标检测模型,其轻量化的模型尺寸和高灵活性可避免模型整体复杂度过高;采用Focal-EIoU Loss改进回归损失函数,有效加速模型收敛并提升模型检测精度。实验结果显示:与经典目标检测算法Faster R–CNN,SSD,RetinaNet,FCOS等相比,提出算法在自建矿井人员数据集上表现出色,低光照环境下目标检测的mAP@0.5达到98.0%,mAP@0.5∶0.95达64.8%,在实验环境中单帧图像推理时间仅11 ms,优于其他对比方法,证明提出算法能够有效实现在煤矿井下低照度复杂环境下的目标检测,且耗时短、计算效率高。

煤矸石井下原位智能分选充填技术研究进展

传统井下煤矸石需运输至地面处理,不仅占用地面国土空间、自燃或雨水淋滤造成大气与环境污染,而且长距离无效运输造成的能源消耗问题已成为制约煤矿低碳发展的关键瓶颈。为实现煤矿矸石不出井,从煤炭生产源头减少碳排放与单位产出能源资源消耗,实现煤炭的绿色低碳智能开采,回顾了煤矸石井下分选充填技术现状及智能化进展,并在此基础上展望煤矸石井下分选充填技术发展趋势,提出了煤矸石井下原位绿色智能分选、充填新方法,详细阐述了煤矸智能分选机及新型充填液压支架的结构及原理,以最大化缩短矸石无效运输距离。为处理采煤工作面矸石,预防煤岩动力灾害,提出了包含少矸化智能开采系统、原位智能分选系统、工作面矿压反演系统、精准科学充填系统四大子系统的煤矿井下采选充智能一体化系统,并探讨了各子系统间的新环逻辑关系,以形成采煤利于分选、分选利于充填、充填利于采煤的良性循环。为处理掘进工作面矸石,提出了包含智能快掘系统、智能分选系统、煤矸分运系统、智能充填系统四大子系统的煤矿井下掘选充智能一体化系统,并对各子系统所负责工作及智能化实现进行了阐述。所提出的新工艺有望实现煤矿矸石不出井,并为煤矸石原位智能分选充填方法及采选充一体化系统的研究提供新思路。

低阶煤热解过程中铬的迁移释放特性研究

我国低阶煤储量丰富,重金属在低阶煤热解过程中会迁移到热解产物和环境,既影响产物品质又污染环境。为研究低阶煤热解过程中重金属的迁移特性,以新疆淖毛湖煤(NMH)和内蒙古高硫煤(GL)为实验样品,以重金属铬为研究对象,利用逐级化学提取研究了铬的赋存形态,对原煤进行热解,研究了热解终温和升温速率对铬(Cr)迁移行为的影响,利用逐级化学提取制备了单组份,并对它进行热解,研究了单组份Cr的热稳定性。结果表明,NMH和GL中Cr的赋存形态主要包括硅铝酸盐结合态FC_(2)(34.8%和26.4%)、有机结合态FC_(4)(32.9%和35.7%)、碳酸盐结合态FC_(1)(29.8%和34.3%)、二硫化物结合态FC3(2.5%和3.6%)。热解过程中,Cr的释放率随着升温速率的增大而增大;NMH中Cr在800℃的释放率为8.53%,远低于GL的25.24%。

煤沥青交联改性处理对碳结构的影响

沥青基炭制品的碳结构高度依赖前驱体沥青的性质。采用化学交联的方法对沥青进行改性处理时,尽管化学交联的反应机理为亲电取代反应,但交联剂、催化剂的种类不同,沥青改性程度存在差异,进而影响炭制品结构。以中低温煤沥青为原料,探索3种交联剂(对苯二甲醇(PXG)、苯甲醛(BA)、对苯二甲酰氯(TPC))、5种催化剂(对甲苯磺酸、浓硫酸、浓硝酸、浓盐酸、硼酸)对沥青交联改性后炭制品结构的影响。通过TG-DTG、FT-IR研究交联改性后沥青热稳定性及沥青官能团的变化;借助XRD、Raman表征改性后沥青炭制品的微观结构差异。结果表明:交联剂和催化剂的存在促进了沥青分子的交联,有效阻止了热转化过程中轻组分挥发,提高了沥青的结焦值、软化点、热稳定等指标。以PXG为交联剂,沥青支链上亚甲基CH_(2)的H不易被取代;而以硼酸为催化剂时,支链末端甲基上的H易被取代;以BA为交联剂,取代氢的位置明显发生在芳香环上;以TPC为交联剂、浓硫酸为催化剂时,交联产品的C=0官能团含量增加,说明在这种组合下,TPC参加反应较多。无论与哪种交联剂相结合,浓盐酸为催化剂时,交联反应更易促进苯环上和支链上的C—H键发生取代反应。经过交联改性后的沥青,炭化过程中分子间较强的π-π相互作用减弱,有效阻止碳有序结构的形成,碳无序结构含量I_(D)/I_(G)增大。同时碳微晶层间距d_(002)明显增加,有序堆积平均堆积高度L_(c)减小,芳香层数降低,说明化学交联不仅影响有序碳结构排列,还可抑制碳微晶结构发育。其中硼酸作为催化剂时,催化效果更理想。获得的炭制品d_(002)在同组产品中最大。PXG、硼酸组合与沥青发生交联时,所得碳材料的d_(002)达0.377 nm。本研究为进一步定向调控和构筑沥青基碳材料奠定基础。

矿物分选中低阶多孔煤的药剂吸附及表征实验设计

该实验以低阶多孔煤为实验材料,首先采用工业和元素分析、扫描电镜和孔隙测试等方法分析煤样基础性质,然后使用复配药剂W-1对其进行吸附改性,再通过红外光谱、X-射线光电子能谱和接触角对改性机理进行表征,并借助等离子体发射光谱测试方法计算药剂在煤样表面的吸附量。实验结果表明,实验煤样表面极性基团丰富、孔隙结构发达、亲水性强、不易分选;药剂吸附改性后的煤样疏水性得到大幅优化。该实验设计遵循逐步深化原则,帮助学生强化思维训练,提升基础理论知识掌握和实践操作能力。

烟气干法熄焦在低阶煤热解工艺中的应用研究

以烟气为干法熄焦介质,可以回收半焦热量用于原煤的干燥,从而提高热解系统热效率。通过中试考察了烟气流量、停留时间对半焦温度的影响,分析了热解工业装置冷却段运行数据。结果表明,采用烟气干法熄焦,半焦显热回收率达到93.8%,影响冷却效果的主要因素是烟气流量,其次是半焦入口温度。

不同粗糙度煤岩界面超低摩擦效应与声发射特征试验研究

为了揭示动载扰动作用下煤岩界面粗糙度对超低摩擦型冲击地压影响机制,采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以沈阳红阳三矿1082 m采深煤岩体为研究对象,通过改变煤块与砂岩块体表面粗糙度来模拟煤岩界面不同粗糙特性,以粗糙度系数表征煤岩界面粗糙程度,工作块体水平位移表征冲击过程中超低摩擦效应强度,声发射能量为工作块体摩擦滑动过程中的信号参数,进行应力波扰动下不同粗糙度煤岩界面超低摩擦试验.研究结果表明:(1)超低摩擦滑动过程中,工作块体水平位移、声发射能量计数以及累计能量曲线呈现出孕育阶段、激发阶段、稳定阶段变化特征;(2)煤岩界面粗糙度越小,工作块体水平位移和声发射能量峰值越大,煤岩界面越易发生超低摩擦效应;(3)不同煤岩界面粗糙度下,相比于其他扰动频率, 2 Hz时更易发生超低摩擦效应;(4)给出了声发射能量峰值与煤岩界面粗糙度系数对应关系.声发射能量峰值可以有效表征超低摩擦效应强度,可以用声发射能量峰值预测超低摩擦效应强度.