Thermal Decomposition Behavior and Kinetic Study of Jamadoba Coal and Its Density Separated Macerals: A Non-Isothermal Approach

This kinetic study focuses on determining the thermal gravimetric profile of a particular grade of Indian sub-bituminous coal. A thermogravimetric analyzer (TGA-1000) was employed to investigate the thermal behavior and extract the kinetic parameters of Jamadoba coal and its corresponding density separated macerals. The weight loss was measured in air atmosphere. The coal samples used in this study were obtained from Jamadoba mines, Jharkhand. Samples of 35 mg and 200 μm mean size were subjected to synthetic air atmospheres (21% O2). Heating rates of 2, 5 and 7°C/min were applied until the temperature reached 1400°C, which was kept constant until burnout. Low heating rate was preferred so that devolatilization occurs prior to ignition and combustion. Derivative thermogravimetry (DTG) analysis method was applied to measure the weight changes and rates of weight loss used for calculating the kinetic parameters. The activation energy (Ea) and pre-exponential factor were obtained from model-free methods by applying non-isothermal thermogravimetry analysis.

我国非煤矿山职业健康防控技术研究现状、挑战及展望

矿业是现代工业的粮食,在国民经济发展中发挥着不可替代的作用,但采矿过程伴随众多职业危害因素,给工人职业健康与安全造成极大影响。采用文献查阅、现场调研、访谈交流等方法,并基于团队已有研究积累,对新中国成立以来我国非煤矿山职业健康防控技术研究现状进行了综述,并分析了当前面临的主要挑战。结果表明:我国非煤矿山职业危害主要涉及粉尘、噪声、高温等7类因素,存在“点多、面广、源强”的显著特点,防治难度大;在7类职业危害因素中,粉尘危害最为突出,且爆破粉尘、强疏水性微细粉尘、井下喷浆粉尘与高寒、低气压、超大规模开采粉尘防治是目前面临的主要挑战。在上述分析的基础上,指出我国非煤矿山职业健康防护技术未来发展方向为健全非煤矿山职业危害监管体系、强化职业危害控制科技创新与实践、推行职业危害防控专业化社会服务、坚持职业危害个性化与综合防治、探索职业危害智能化防治技术,逐步形成以监管落实为驱动、科技创新为抓手、社会服务为目标的科学发展模式,切实提高非煤矿山职业危害因素防治效果,保障工人职业健康与安全。

Non-Linear Numerical Simulation of Coal and Gas Outburst as a Coupling Instability Problem of Solid-Fluid Biphase Media

Based on the theory of continuum mechanics of multi-pbase media, a mathematical model and non-linear FEM equation of the coupling instability problem of solid-fluid biphase media for coal-methane outburst under finite deformation are established. The critical conditions of the surface instability are presented as the singularity of the total stiffness matrices of the coal body for coal-methaue outburst. That means the deformtion or the coal body emerges bifurcatiou phenomena. The numerical simulation of a typical outburst is made.

大倾角走向长壁工作面局部充填无煤柱开采理论与技术

大倾角煤层走向长壁采场围岩结构及应力环境异化,工作面不同位置“支架-围岩”系统的构成因素及灾变模式不同,导致工作面安全事故频发、煤炭采出率较低、巷道掘进率高。通过对大倾角采场围岩采动力学行为的分析,提出了大倾角走向长壁工作面局部充填无煤柱开采技术构想,工作面走向推进过程中沿倾向对采空区下部进行局部充填,充填体既与巷旁支护作用形成沿空巷道,取消区段保护煤柱,实现大倾角煤层无煤柱开采,又增大了工作面倾向下部充填压实区长度,加强了工作面“支架-围岩”系统稳定性。根据大倾角走向长壁采场特点,优选确定了大倾角膏体局部充填工艺,设计了大倾角局部充填回采系统、采充工艺。并采用理论分析、模拟实验、数值计算等相结合的方法,分析了局部充填对大倾角走向长壁采场围岩采动力学行为的调节机制。结果表明:充填体影响基本顶岩梁的变形破坏及采场倾向下侧煤岩体承载特征,基本顶、运输巷顶板变形量及运输巷倾向下侧煤岩体所受约束均随充填长度的增大而减小;为防止采空区未充填区悬顶灾害,充填长度不应超过工作面长度的1/3。局部充填体限制了工作面下部区域顶板破断,降低覆岩关键域形成层位,形成稳定的巷帮,减小沿空留巷围岩变形量;同时工作面倾向下部充填区长度增大,中、上部围岩结构不稳定区域的长度缩小,“支架-围岩”系统稳定性提升。充填体改变了采场围岩应力传递路径,承担了部分覆岩载荷,工作面下侧支承压力及超前支承压力均随充填长度的增大而减小,工作面倾向下部充填区域的超前支承压力降幅最大,沿空巷道及工作面应力状态得到改善。大倾角走向长壁工作面局部充填无煤柱开采技术具有提高资源采出率、降低掘进率、缓解采掘接替紧张、加强工作面“支架-围岩”系统稳定性等优势。

阳泉市石灰岩矿整合成效分析

阳泉市石灰岩分布广泛,开采时间长,矿山分布多、规模小。结合阳泉市石灰岩矿产资源分布,本文分析非煤矿山整合前后的石灰岩矿采矿权设置,提出整合后矿山建设建议。随着非煤矿山的整合,石灰岩矿数量压减近50%,生产规模大幅提升,基本实现开采规范化、管理流程化与产业集群化。阳泉市石灰岩矿业发展实现量变到质变的提升。

旋转爆轰发动机内煤粉-氢气两相爆轰流场数值研究

旋转爆轰发动机因其较高的热循环效率在航空航天领域备受关注。为了研究气固混合燃料在空气氛围中的旋转爆轰特性,在圆柱坐标系中建立了气固混合相燃料爆轰理论模型,并基于三维守恒元与求解元方法,对圆盘形燃烧室内的爆轰过程进行三维数值模拟。计算获得了气固混合相旋转爆轰波稳定传播时的流场结构,分析了爆轰流场的热力学参数分布特征、化学反应区分布以及旋转爆轰波后的波系分布特点。研究结果表明,微米级煤粉在氢气辅助作用下可快速反应并支持旋转爆轰波的稳定传播,但因盘形燃烧室的扁平结构特征和非预混喷注方式,导致爆轰波波阵面呈现为不规则的曲面。煤粉和氢气射流穿透空气层的能力差异导致气固混合燃料的化学反应区发生分离,最终以双反应区的爆轰组织形式支持旋转爆轰波稳定传播。旋转爆轰波不规则的曲面结构使其在扁平的燃烧室中发生多次反射,进而在爆轰波后有规律地出现多道反射激波。

瞬变电磁法在非煤地下矿山隐蔽致灾因素普查中的应用

我国非煤地下矿山数量大、类型多、工艺复杂,部分矿山开采历史久远,基础资料缺乏,存在矿山隐蔽致灾因素辨识不清、各矿山隐蔽致灾因素普查成果水平参差不齐等问题。研究表明瞬变电磁法具有施工便捷、低阻敏感、探测距离较深等技术特点,可以查明地下矿山历史采空区位置、范围、边界和含水性等信息,科学高效支撑非煤地下矿山蔽致灾因素普查工作。

非煤矿山资源综合利用新技术应用

非煤矿山资源的开发与利用面临环境和经济挑战,传统技术的局限性亟需解决。新技术如GIS、3D建模、大数据分析和物联网的应用,为资源综合利用提供了创新方案。技术整合模型的实施显著提高了资源利用效率,降低了环境影响,并增强了经济效益。南坪钽铌矿尾矿利用案例,证明了新技术在提升非煤矿山资源综合利用中的实际效果。

“十三五”期间非煤矿山安全生产情况及未来对策

非煤矿山的开采是我国的基础产业,同时也是经济发展的重要支柱,在许多新兴产业发展中扮演着越来越重要的角色。随着矿产资源开发强度的不断加大,非煤矿山行业也产生了较多典型的安全生产事故,为探讨我国非煤矿山安全存在的主要问题,搜集了我国“十三五”期间(2016—2020年)非煤矿山安全生产数据,分别从事故发生区域、事故类型、事故发生时间、开采方式、矿种类型、所属行业等方面进行了分析,得出以下结论:1)我国非煤矿山中小型矿山以40%左右的产能酿成了超过90%的事故,安全生产基础总体薄弱;2)如内蒙古、湖南、广西等重点区域安全生产形势仍严峻;3)地下矿山的事故起数和死亡人数均占非煤矿山事故总量的50%以上,以冒顶坍塌为主的10类事故死亡人数较大。导致这种情况的主要原因是我国非煤矿山企业安全管理能力仍然较弱、非煤矿山安全生产监管监察能力仍需提升、我国非煤矿山智能化建设仍处于初级阶段,事故重灾区机械化、自动化、智能化建设程度总体较低。只有进一步推进非煤矿山企业及监管监察部门装备设备的智能化水平的提升,从矿山全生命周期中的各个生产流程及环节进行改造升级,才能实现“十四五”时期安全生产质量的进一步提升。

基于差分非平稳Transformer的液压支架立柱压力预测

液压支架立柱压力预测是回采工艺决策的重要依据,也是确保围岩稳定的基础信息之一。然而,液压支架立柱压力虽然具有一定的规律性,却无法用简单的数学模型进行预测;且在回采过程中,支架不接顶、顶板破碎、传感器检测误差等带来大量的随机噪声,使得压力数据劣化为非平稳时间序列,给压力的预测带来的很大的困难。本文在Transformer基础上,提出一种差分非平稳Transformer模型,在Transformer的编码器和解码器中分别引入差分归一化和反归一化操作,以提升序列的平稳性。同时,在Transformer中采用去平稳注意力机制,计算序列元素之间的关联关系,以增强模型的预测能力。在真实的煤矿支架立柱数据集上的对比实验表明,本文提出的差分非平稳Transformer的预测效果达到0.674,表现明显优于LSTM、Transformer和非平稳Transformer模型。

褐煤与水微观相互作用的分子机制:多尺度分子模拟

煤与水的表面相互作用是洁净煤技术领域的重要科学问题之一。然而,褐煤与水的相互作用是一个复杂的物理化学过程,其微观机制在原子尺度和电子结构方面仍不明确。尤其缺乏褐煤中不同官能团与水之间相互作用能量、稳定性结构特征、相互作用本质的系统考察。基于多尺度分子模拟研究了褐煤与水微观相互作用的分子机制。基于量子化学计算重点考察典型褐煤模型结构中不同官能团与单分子水的相互作用,获得水分子在褐煤不同位点吸附的局域极小构象,以及稳定吸附构象的几何结构特征。基于独立梯度模型的直观绘景阐释了褐煤与水分子之间的相互作用形式主要为范德华作用和氢键。借助能量分解分析方法定量描述并确定了静电作用是稳定煤-水相互作用的最主要因素。此外,还基于分子动力学模拟揭示了不同数量褐煤分子与大量水分子相互作用的组装行为和演化特征,阐明了褐煤分子结构在大量水中的团聚现象。分子动力学模拟结果同样印证了褐煤和水分子主要以静电作用结合。

非自燃煤矸石粗骨料高性能混凝土耐硫酸盐侵蚀性能

为扩大非自燃煤矸石(NCCG)混凝土应用范围,减少煤矸石堆放对环境造成的污染,将NCCG代替天然碎石制备绿色高性能混凝土,系统地研究不同水胶比、粗骨料取代率、矿物掺合料种类与掺量、硅灰裹浆水灰比对其耐硫酸盐侵蚀性能的影响,并借助扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)与X线衍射(XRD)探讨损失机理.结果表明:水胶比越大,各项损伤指标越大;复掺质量分数20%矿渣粉与质量分数10%粉煤灰时耐硫酸盐侵蚀性能最佳;硅灰裹浆NCCG骨料对提高耐硫酸盐侵蚀性能不明显.NCCG取代率越大、水胶比越大生成的钙矾石和石膏等侵蚀产物越多,复掺粉煤灰与矿渣粉时生成的侵蚀产物最少,建议工程中NCCG取代率不宜超过30%,按照矿渣粉与粉煤灰2∶1的质量比复掺使用2种矿物掺合料.

非煤系地层隧道高压有害气体防突施工技术研究

大临铁路红豆山隧道穿越非煤系地层遇高压气囊式有害气体突出,这是全国铁路隧道建设史上首例高压非煤气体突出事件。该文总结了非煤系地层隧道高压有害气体突出的三种形式,研究了防突措施作用的三种机理和防突技术,设计了防突流程。研究表明,物探、超前地质钻探和有害气体检测相结合是评价和预测有害气体突出危险性的有效手段;提出了钻孔排放、高压注水结合的防突措施;构建了超前地质钻探、有害气体检测和监测、通风管理和应急管理的4大安全措施。研究成果在红豆山隧道中得到了全面应用,保障了施工人员的安全,可为类似复杂地质条件下有害气体隧道施工提供借鉴。

非煤矿山双重预防机制宏观模型研究

本文通过研究安全系统管理内涵和基本特征,提出基于系统安全理论的非煤矿山双重预防机制全生命周期基本要素,运用系统科学建模方法,构建非煤矿山双重预防机制架构和PDCA动态循环运行模型。经过实例验证,具有实际应用意义,对我国非煤矿山安全生产特别是遏制重特大事故的发生具有一定的指导作用。

单掺和双掺不同长径比钢纤维对全轻混凝土力学性能的影响

为研究单掺和双掺不同长径比钢纤维对免烧结粉煤灰陶粒全轻混凝土力学性能影响,选用体积掺量为1%的剪切钢纤维作为增强材料,以钢纤维长径比(18.75,25和31.25)和掺入方式(单掺、双掺)为试验参数,对LC30全轻混凝土进行立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度和弹性模量试验。试验结果表明:钢纤维能明显改善全轻混凝土的力学性能;不同的长径比和掺入方式对全轻混凝土的抗折度和劈裂抗拉强度影响较大,对立方体抗压强度和轴心抗压强度影响较小,对弹性模量几乎没有影响。

煤气化炉渣免烧陶粒的制备及其在反硝化滤池中的应用

煤气化炉渣是煤气化过程中产生的固体废弃物。大量的炉渣堆积不仅造成了资源的浪费,而且增加了企业的运营成本,对当地环境造成危害。以内蒙古地区的煤气化炉渣为主要原料,加入水泥、生石灰、CaSO_(4)等,通过免烧结的方式制备陶粒。在制气炉渣、水泥、生石灰、CaSO4质量比为70∶30∶2.5∶5的条件下制得的陶粒性能最优越,比表面积可达51.7 m^(2)/g,堆积密度为809 kg/m^(3),颗粒破碎强度为6.61 MPa。将该陶粒用作反硝化生物滤池填料,相比于普通市售陶粒挂膜速度更快;在水力停留时间(HRT)为12 h时,化学需氧量(COD)由300 mg/L下降至60 mg/L以下,COD去除率在80%以上;硝态氮(NO_(3)^(-)-N)由60 mg/L下降至2 mg/L以下,NO_(3)^(-)-N去除率在95%以上。利用煤气化炉渣制备免烧结陶粒实现了煤气化炉渣的资源化利用,同时为污水反硝化处理提供了一种新的填料。

2001-2022年我国非煤矿山行业重特大事故发生规律及对策措施

目的:我国非煤矿山行业安全已经成为影响我国国民经济社会发展的关键因素,为了有效遏制我国非煤矿山行业重特大事故发生,需对长周期下重特大事故发生规律及对策措施进行研究分析。方法:运用数据调研、统计分析及现行有效的政策法规适用性分析方法,对我国非煤矿山2001-2022年近22年的重特大事故规律展开研究,重点从开采方式、矿种、事故类型、生产状态、违法行为、发生时段等六个维度分析了我国非煤矿山重特大事故的基本特征。结果:经分析明确了防范遏制重特大事故应重点监管和管理的对象、重大灾害类型及时段。结论:从强化准入许可、源头管控、过程聚焦等5个方面提出了针对性的对策措施,对我国非煤矿山安全生产特别是有效遏制重特大事故的发生具有一定的指导作用。

浅埋极薄煤层无煤柱开采覆岩运移与地表损伤特征研究

为了探究浅埋极薄煤层切顶卸压无煤柱开采与常规留煤柱开采覆岩运移与地表损伤区别,以子长矿区浅埋极薄煤层为背景,基于关键层理论,得到了硬岩破断距及覆岩的垮落高度临界值的计算公式,结合3DEC数值模拟及现场试验,对比分析了无煤柱开采与留煤柱开采条件下浅埋极薄煤层覆岩运移破断及地表损伤特征,确定了极薄煤层覆岩两带高度。结果表明:当工作面回采达到60 m时,两带发育高度基本稳定,当大于60 m时,工作面后方覆岩裂隙由开裂逐渐闭合,裂隙区随工作面回采向前方移动,两带高度稳定在24.6~27.7 m;相较于常规留煤柱开采,切顶留巷无煤柱开采方式下覆岩呈连续移动变形,可有效修复煤层开采工作面两侧非连续移动变形导致的覆岩裂隙及地表损伤裂缝,消除了常规留煤柱开采方式下相邻工作面间区段煤柱两侧覆岩裂隙,现场观测较好地验证了该结果。

燃煤机组烟气挥发性有机物排放特征

为了解不同容量燃煤机组烟气挥发性有机物(VOCs)的排放特性和不同尾部空气污染物控制设备(APCDs)对VOCs的控制作用,在福建省国投云顶湄洲湾电力公司400 MW亚临界对冲燃烧机组和1 000 MW超超临界切圆燃烧机组进行在线法和离线法采样测试,获取烟气中甲烷、非甲烷总烃和其他VOCs的全流程浓度。结果表明,1 000 MW机组SCR前的非甲烷总烃质量浓度(24.66 mg/m^(3))低于400 MW机组(33.36 mg/m^(3))。由于1 000 MW机组负荷和炉膛温度高,且煤在切圆燃烧炉内比对冲燃烧停留时间长,故煤燃烧更彻底。两机组SCR系统均能脱除超过70%的非甲烷总烃,400 MW和1 000 MW机组的SCR脱除效果分别为88.43%和74.32%。而在静电除尘过程(ESP)中,高压静电场可能会导致飞灰释放部分VOCs,增加烟气VOCs浓度。经所有APCDs后,400 MW机组和1 000 MW机组的VOCs排放质量浓度分别为8.40和8.47 mg/m^(3),整体脱除率为73.98%和63.02%,几乎未检出甲烷。离线测试结果:印尼煤燃烧后VOCs主要为正己烷、苯系物和苯甲醛。各固体样品(如煤、灰、石膏)有机物浓度分析显示,VOCs种类与机组大小无明显关联。这些发现有助于深入理解燃煤电厂对空气质量影响及优化污染控制设备设计。燃煤电厂实际运营中需依具体情况优化污染控制设备,以达到最大脱除效果,也需考虑机组大小和运行效率,有效控制VOCs排放。

非煤地下矿山灾害影响因素分析与风险管控体系研究

非煤矿山生产安全对于推动行业高质量发展具有重要意义。非煤地下矿山生产环境较差,在多重因素的影响下,很容易发生危险和灾变。根据江西省非煤地下矿山的特点,从自然灾害对于非煤地下矿山安全的影响、生产经营活动对于非煤地下矿山的影响,对非煤矿山灾害发生的可能性及灾害链进行了分析;从组织体系、制度体系、培训体系、技术支撑体系四个方面,提出非煤地下矿山防控机制,旨在减少和防止事故的发生。研究成果可为后期非煤地下矿山监管及治理提供参考。