非自燃煤矸石骨料混凝土抗冻性能研究

为研究不同水灰比和非自燃煤矸石粗骨料取代率下非自燃煤矸石骨料混凝土的抗冻耐久性能,通过测试冻融后的非自燃煤矸石混凝土抗压强度、超声波波速、动弹性模量和质量,分析水灰比与取代率对非自燃煤矸石混凝土抗冻性能的影响规律;利用SEM对骨料与砂浆结合面进行扫描,分析非自燃煤矸石骨料混凝土冻融后微观损伤机理。研究结果表明,水灰比和非自燃煤矸石粗骨料取代率对冻融循环后混凝土的各项性能影响比较大,水灰比和非自燃煤矸石粗骨料取代率越高,抗冻性能越差;冻融循环次数达到100次时,水灰比高于0.45和非自燃煤矸石粗骨料取代率高于50%的试件已经严重损坏,无法测试其抗压强度,停止冻融;超声波比动弹性模量对冻融后非自燃煤矸石混凝土的损伤测定敏感;随着冻融次数的增加,粗骨料表面的孔隙和微裂缝不断加大,非自燃煤矸石粗骨料的变化更为显著,说明非自燃煤矸石混凝土的抗冻性能比普通混凝土差。

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。

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。

考虑车辆资源的重载铁路重空列协同运输组织

为了优化重载铁路车辆资源利用,促进铁路物流企业“降本增效”。以重载铁路为问题背景,以煤炭和非煤需求为运输任务,以最小化车列的运输、组合、分解、接续费用和货物运输惩罚等各部分费用为目标,考虑车列的编组类型以及车辆类型的接续一致性等要求,构建统筹去程煤炭运输、返程非煤运输与空列分配的重空列协同运输组织优化模型。首先设计7站点单通道线路案例,采用Gurobi求解器进行案例求解,分析求解结果得到运输组织方案,并可视化展示了模型有效性和方案可行性。接着选取SH集团内连接20个铁路站点的运输网络作为研究案例,首先仅考虑车辆类型因素,分别在运力紧张和运力充足的场景下进行实验。其次,在上述实验基础上进一步将返程需求纳入考虑,在2种运力场景中进行实验。结果表明,仅考虑车辆类型差异因素的实验中,2种需求场景下,考虑车型差异分别带来7.0%与8.3%的运输成本上涨,但此方案考虑了不同类型货车的分配情况与其不混编等特性,更具可实施性。将返程需求纳入考虑后,总成本相比对照组仅增加1.03%和1.06%的情况下,车底平均承担的运输量分别提高了1.16%和1.18%,减少了返程运力浪费,若对利用回空车辆运输返程需求给予一定奖励,总成本能得到一定下降,运输方案更具竞争力;且在不同类型车辆数量富足的情况下,列车组成车型以C80、C70为主的运输方案运输成本更小。研究结果可为成本更小地运用货车车辆资源,精细化重载铁路去、返程运输组织提供参考。

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。

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。

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.

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。

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。

非均厚特厚煤层开采高位组合悬臂板结构运动致灾机制

非均厚特厚煤层开采会显著影响采场顶板破断结构形式,进而对工作面矿压显现造成极大影响。为了揭示甘肃某矿深部特厚煤层开采顶板大能量事件发生机理,采用数值模拟、物理模拟、钻孔探测及内部岩移监测方法,研究了非均厚特厚煤层开采顶板破断结构形式及致灾机制。结果表明:40 m累计采厚区域的裂隙发育高度远大于20 m采厚区域,导致后者上方易形成高位组合悬臂板结构,确定该结构破断运动是造成顶板灾害发生的主要原因,并得到了模拟结果的验证。根据4个地面钻孔钻进过程中的冲洗液漏失及掉钻情况,发现首采4 m厚油页岩解放层的裂隙发育高度仅为75 m,位于亚关键层2底界;煤二层20,40 m采厚区域的裂隙发育高度分别为289,504 m,大致位于亚关键层4和主关键层底界,揭示了不同采厚区域顶板采动裂隙发育差异,进一步证实了高位组合悬臂板结构的客观存在。结合ZY1地面钻孔内部岩移光纤断点高度变化与大能量事件之间的关联,明确了高位组合悬臂板破断结构运动引发采场强矿压显现的致灾机制。研究结果可为类似非均厚煤层赋存或特厚煤层分层开采条件下的工作面安全高效生产提供参考。

“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。

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。

非煤矿山企业智慧化建设评价系统构建

国内非煤矿山规模与发展程度不一,对智慧化建设情况了解不足。对非煤数字、智慧矿山建设情况及成果进行评价时,无法形成统一的评价标准,阻碍了非煤矿山企业进行智慧化建设统筹安排。利用层次分析法构建了矿山生产、环境安全、可视化系统、企业管理多面评价模型,对非煤矿山企业智慧化建设程度进行评价分析。最终对安徽省非煤矿山企业进行评价分析,得出安徽省非煤矿山大部分仍停留在数字矿山与感知矿山阶段,仅有少数非煤矿山达到了智慧矿山阶段的结果。

高掺量煤气化渣制备免蒸压加气混凝土

为实现煤气化渣资源化利用,以煤气化渣为主要原料,高盐废水作拌合水,辅以Ca(OH)_(2)和NaOH制备出免蒸压加气混凝土。前期用正交试验和单因素试验方式,制备煤气化渣基胶凝材料。选取强度最高配比作为加气混凝土基体材料配比。主要研究双氧水和硬脂酸钙对加气混凝土物理力学性能及孔结构影响,并用XRD及SEM等微观检测方法分析不同养护温度加气混凝土的水化产物。结果表明:以煤气化渣的质量基准,外掺入占煤气化渣总量10%的NaOH、10%的Ca(OH)_(2),拌合水为高盐废水,煤气化渣基胶凝材料28 d抗压强度最高,达68.8 MPa。此外,向该胶凝材料中掺入双氧水作发气剂、硬脂酸钙作稳泡剂,制备出免蒸压加气混凝土。随双氧水掺量增加,加气混凝的孔径逐渐增大,连通孔增多,故干密度和强度一同降低。加入适量硬脂酸钙后,孔分布更均匀且孔的形态趋于规则的圆形,故强度明显提升。当双氧水和硬脂酸钙的掺量分别为5%、1.5%,养护温度80℃时加气混凝土的抗压强度最高,达2.9 MPa,对应干密度617.2 kg/m^(3)。微观分析表明:高掺量煤气化渣基加气混凝土的水化产物主要为C-S-H凝胶、C-A-H凝胶和沸石。孔壁处主要为相互交错重叠的箔片状C-S-H凝胶,存在少量杂乱交织的细长针棒状C-S-H凝胶。这些水化产物相互交联,使孔壁结构较为密实,利于强度的提高。

龙岩市非煤矿山顶板事故分析与管理措施

顶板事故在非煤地下矿山事故中占比最多,顶板管理是非煤地下矿山安全管理的重点和难点。统计分析龙岩市2008—2023年共15a的顶板事故情况,总结非煤矿山顶板事故的特点。研究得出,矿井爆破工艺技术水平低及在大暴露空间下进行作业是顶板事故原因。提出改善措施,将中深孔爆破分段崩落采矿法代替空场法,但受到矿石价格影响,该方法成本高,当前可行性低;通过推广应用凿岩台车、撬毛台车等机械工具,严格控制井下采掘作业空间宽度和高度等措施,加强顶板管理,努力实现顶板零事故。

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。

智能放煤理论与技术研究进展

综放开采技术是厚及特厚煤层开采的有效方法,已成为我国在世界煤炭开采行业的标志性技术。综述了“四要素”放煤理论、顶煤采出率与含矸率关系、基于块度分布的采出率预测模型、煤流瞬时含矸率-累计含矸率关系等智能放煤理论研究进展。分析了智能放煤技术难点,指出含矸率是影响顶煤采出率和煤质的关键因素,放煤过程中含矸率的快速、准确计算是智能放煤技术突破的重点和关键。将智能放煤技术分为非图像识别智能放煤技术和图像识别智能放煤技术2类,对不同技术的研究进展、优缺点及使用条件进行了详细分析。非图像识别智能放煤技术包括记忆放煤技术、声音振动信号识别技术、γ射线探测技术、探地雷达技术、微波照射+红外探测技术、激光扫描放煤量监测技术等,图像识别智能放煤技术包括井下照度环境精准控制、放煤图像去尘算法、含矸率计算精度保障策略、煤岩红外图像识别等。

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。

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。