河南矿区高灰细泥煤泥水的絮凝沉降试验研究

目的随着采煤机械化程度的提高和重介质选煤工艺普及,入选浮煤泥中高灰细泥的含量逐渐增加。高灰细泥是影响煤泥水沉降效率的最直接因素,对煤泥水中的高灰细泥进行处理,直接关系着煤炭资源生产和水资源利用。针对河南矿区煤泥水具有高灰细泥的特性,方法通过设计正交试验测试不同种类的絮凝剂和搅拌速度对煤泥水的沉降率的影响及其之间的相互作用的效果,提高煤泥水沉降效率。结果结果表明:六偏磷酸钠与聚丙烯酰胺的分散性能及絮凝性能更优,搅拌速度、六偏磷酸钠用量、聚丙烯酰胺用量对高灰细泥煤泥水沉降率的影响程度依次减小,搅拌速度和聚丙烯酰胺用量之间的相互关系对沉降率影响最为显著;当六偏磷酸钠用量40.08 mg/L、聚丙烯酰胺用量5.75 mg/L、搅拌速度411.12 r/min,沉降率可达95.5%,沉降率提高的原因在于高灰细泥絮凝过程中絮团成球明显,絮凝剂的桥接作用可以使分散颗粒聚团并发展为球形,长条不规则颗粒明显减少,颗粒群粒形的改变有助于煤泥水的沉降,在一定搅拌速度下粒形保持较为规整,可增加沉降概率,使煤泥水得以有效沉降。结论通过改善煤泥水中颗粒的粒度粒形特性,可以有效提高河南矿区高灰细泥煤泥水的沉降效率。研究结果可为处理高灰细泥煤泥水提供理论支持和实践参考。

河流下多煤层开采安全性及保护技术

我国新疆地区干旱缺水,艾维尔沟河作为新疆一条具有重要地理特征和环境影响的河流,其对于流经区域的经济、生态都具有重要意义,因此在艾维尔沟河下进行煤炭开采时,既要保证矿井安全也要保证河流的正常使用。采用理论分析、数值模拟等方法对河流下多煤层开采安全性及河流保护技术进行研究,通过理论计算得到多煤层开采条件下,覆岩导水裂隙带发育高度(11401工作面为41.9 m、1502工作面为110 m、11401工作面为113.8 m)并绘制剖面示意图;同时,采用数值模拟方法对覆岩导水裂缝发育形态及高度进行确定,最终基于导水裂隙带高度(117.8 m)与最小煤层埋藏深度(191.5 m)的相互关系,确定河流下开采是安全的可行的。在保证河流下煤层安全开采的前提下,通过分析离层注浆原理,并结合采动影响特征参数及工程现场,提出了以离层注浆为主,河道防渗及优化开采设计为辅的多手段对采动影响范围内地表特定目标的精准保护技术。根据实际采矿地质条件,采用概率积分法计算试采工作面开采前后河道位置处地表移动变形,计算结果显示:采用离层注浆精准保护技术后,河道的最大水平变形值(2 mm/m)未超出允许坝体的极限变形值(2.5 mm/m),所以采用离层注浆精准保护技术可以实现,井下安全开采的同时,保证河道的正常使用。通过对河流下多煤层开采的安全性及保护技术的分析研究,为矿山绿色开采提供参考和借鉴。

埋地天然气管道采动变形特征及安全距离预测

埋地天然气管道不同于一般建筑物,对地表移动变形值的响应与敏感性具有显著的特殊性。采用理论分析与数值模拟相结合的方法,系统分析地表下沉、水平移动、水平变形对埋地管道采动变形的影响;基于埋地管道采动变形特征,建立了采动影响下“地表-管道”协同变形理论模型;提出了新的管道安全性运行判断准则(管道力学特征进行管道失效判断)并应用于工程实践得到安全推进距离;通过数值模拟,分析了管道内部主应力的分布规律,并验证了理论分析结论及所提管道安全性运行判断准则的可行性和正确性,研究结果表明:所提的管道安全性运行判断准则较现有判断准则,工作面推进长度增加50 m,更能有效提高煤炭资源采出率。

小断层影响下的采空区瓦斯运移规律研究

在煤矿开采过程中,小断层会导致采空区瓦斯聚集形成瓦斯富集区,对生产安全具有很大威胁,因此有必要研究小断层影响下的采空区瓦斯运移规律。通过UDEC数值模拟采空区上覆岩层破坏过程,从而计算小断层影响下采空区上覆岩层的空隙率,并利用FLUENT软件数值模拟开采过程中考虑小断层影响的采空区瓦斯运移规律。研究表明:①工作面距离小断层20 m远处,小断层从顶部首先出现滑移现象,采空区上覆岩层的位移开始受到断层的影响;工作面到达断层时,由于断层滑移,上盘岩体在断层面滑移产生回转现象,支撑着采空区岩层,覆岩垮落位移量出现大幅度减小,并且岩层垮落出现滞后现象;小断层的影响范围有限,工作面过小断层60 m之后,采空区上覆岩层位移规律逐渐恢复正常。②通过分析含小断层采空区上覆岩层位移特征,得到了采空区上覆岩层位移及其拟合公式,计算得到了三维空隙率分布规律:垮落带范围内,覆岩空隙率在4个隅角位置最大,并且断层靠近进回风巷的位置也出现了空隙率增高;裂隙带范围内,除断层靠近进回风巷的位置空隙率较大,其他位置空隙率相对较低且变化不明显。③获得了小断层影响下的采空区瓦斯运移规律:在工作面距离断层50 m远处,采空区瓦斯运移几乎不受断层的影响;在工作面推进至断层时,瓦斯沿着断层及其附近的高空隙率覆岩产生的优势逃逸通道向采空区深部运移,同时上盘的瓦斯也向深部转移导致大量瓦斯积聚在断层下盘,可能导致瓦斯随漏风流入工作面及回风巷;在工作面过断层50 m时,采空区瓦斯继续向上隅角附近转移;工作面过断层100 m时,采空区上覆岩层瓦斯运移出现回转现象,上隅角和下盘垮落带瓦斯体积分数高。

三轴压缩下含瓦斯煤体电阻率响应的实验研究

目的受载含瓦斯煤体变形破裂过程中电阻率的变化规律是电阻率法预测预报煤与瓦斯突出发生的理论基础。因此,研究三轴压缩条件下含瓦斯煤体破裂过程中电阻率的变化规律十分必要。方法自主研发一套测试低频条件下受载含瓦斯煤体变形破坏过程中电阻率的实验系统,测试三轴压缩条件下含瓦斯煤体电阻率的变化规律,对实验结果进行分析和解释。结果结果表明:(1)受载含瓦斯煤体的电阻率变化与所受应力存在显著的对应关系,型煤的电阻率变化规律与应力的对应关系要优于原煤的,对应力降低比较敏感;(2)受载型煤的电阻率变化规律为先上升后下降型和下降型,受载原煤的电阻率变化规律仅有下降型;(3)从原煤和型煤的物理力学以及受载过程中的变形破坏类型、受载含瓦斯煤体变形破坏过程中的煤体结构变化情况、煤的孔隙结构以及导电类型3方面分析解释受载含瓦斯煤体的电阻率变化情况;(4)对受载含瓦斯型煤电阻率变化曲线出现的2种类型进行科学合理的解释。结论研究成果可为电阻率法预测预报煤与瓦斯突出的发生提供技术支撑。

纳米Fe_(3)O_(4)在煤微生物降解产CH_(4)过程中的催化作用

目的为了研究纳米Fe_(3)O_(4)在微生物降解煤产甲烷(CH_(4))过程中的催化作用,方法采用晋城矿区矿井水和中原油田土壤中的两种菌群(厌氧消化菌,义马矿区)的煤样,考查温度和纳米Fe_(3)O_(4)添加量对反应体系产CH_(4)摩尔浓度的影响,分析产CH_(4)过程中伴随气体CO_(2)和H_(2)的摩尔浓度变化及其对CH_(4)摩尔浓度的影响,评估厌氧消化产CH_(4)反应体系中铁的作用和最大负载量。结果通过分析厌氧性产CH_(4)古菌和多环芳烃分解菌共营降解煤的生物化学过程,认为煤降解产CH_(4)厌氧反应由两个主要步骤组成:一是稠环芳烃活化的羧化反应,该反应使煤被多环芳烃分解菌降解为甲苯酚和2-萘甲酸等化合物;二是产甲烷古菌利用煤分解产生的有机酸、甲基和气体等,通过辅酶的生物化学反应生成CH_(4),该过程CH_(4)产气量随温度升高而增大,起始反应需要大量CO_(2)气体。在产甲烷古菌和多环芳烃分解菌共营系统中添加纳米Fe_(3)O_(4)后,产CH_(4)量增加了39.6%~50.8%。纳米Fe_(3)O_(4)对生物化学过程的催化作用表现在促进中间产物(H_(2)和CO_(2)等)的生成,同时生物化学反应通过消耗H_(2)和含氧有机物并生成液态水以降低密闭实验系统的气体总压力,使催化反应持续正向进行。结论纳米Fe_(3)O_(4)对微生物降解煤产CH_(4)的催化作用需要多菌种互营环境,催化过程中存在最佳负载量。

声发射法检测输气管道泄漏的研究综述

声发射法检测管道泄漏是目前的热点方法,研究涉及泄漏信号的产生与传播、信号拾取与处理、基于信号的智能识别与定位等。通过介绍声发射检测定位原理及一些基本规律,详细分析小波分析、局域均值分解、经验模态分解、变分模态分解在处理泄漏信号时的优劣,探讨人工智能在处理管道泄漏声发射信号中的应用,总结管道泄漏的模态研究、相关试验研究,来理清基于声发射的管道泄漏检测现状及展望未来发展。

基于FreeRTOS的无线便携式多气体检测仪设计

本文提出了一种基于FreeRTOS的无线便携式多气体检测仪,旨在解决矿山井下环境中有毒有害气体检测面临的复杂挑战。这些挑战包括检测任务繁重、数据存储受限和数据传输不便等问题。为了应对这些问题,本文采用了STM32单片机作为核心处理单元,并结合多种气体传感器进行目标气体的检测。检测仪通过模拟-数字转换(ADC)模块对传感器信号进行采样,并应用卡尔曼滤波算法对采集到的原始数据进行滤波处理,从而提高了数据的准确性,并有效减少了噪声对检测结果的影响。在数据传输方面,采用高速传输且低功耗的WiFi无线通信技术与云平台实现信息交互,最终实现了对检测数据的存储和可视化展示。这一功能不仅提升了数据处理的效率,还方便了远程查看和数据分析。为了进一步提升系统的可靠性和稳定性,检测仪植入了FreeRTOS嵌入式实时操作系统,利用系统的多线程特性,实现对CH_(4)、CO和H_(2)S三种气体的同时检测,显著降低了检测时数据的丢失率。测试结果表明,该检测仪具备了优良的便携性、高精度和良好的稳定性。其设计有效地提高了矿山井下有毒有害气体检测的效率,为矿山安全管理提供了一种先进的解决方案。该检测仪还具有显著的应用前景和推广价值,能够显著提升矿山作业的安全性。总体而言,基于FreeRTOS的无线便携式多气体检测仪为矿山井下环境中的有毒有害气体检测提供了一种高效、可靠的技术手段。

单一应力下义马原煤热解产物演变规律及动力学模拟

以义马原煤为研究对象,构造晶胞,在ReaxFF力场中施加5×10^(9)s^(-1)的应变率,模拟1000K,1500K,2000K,2500K,3000K终温下义马原煤热解演化过程,分析单一应力对褐煤热解的作用效果。结果表明:不同模拟终温下,不同方向上的应力是上下波动的,在允许一定误差下,应力范围保持在±70GPa之间,即此应力对褐煤热解的作用受温度的影响较弱。模拟过程中,在26ps~33ps之间分子数出现极小值点而种类数出现极大值点,义马原煤热解模拟起始温度点不变,但缩聚反应的温度区间前移,表明反应前期单一应力作用效果优于温度作用效果,应力促进了整体的反应进程。受缩聚反应的影响,CO,CH_(4),H_(2)O和NH_(3)含量先升后降,符合热解一般规律,说明应力没有改变反应的最终趋势。H_(2)和·H的数量随反应进行持续上升,说明缩聚反应过程中,此应力作用促进焦油裂解生成的·H的数量大于缩聚反应消耗的·H的数量;同时,·H和H_(2)含量升高,促进·SH与·H结合,提高了H_(2)S的产率。

SRB还原SO_(4)^(2-)影响因素的广义灰色关联分析

为探究影响硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacteria,SRB)降解污泥还原SO_(4)^(2-)的主要因素,构建广义灰色关联度评价模型,并对变量的重要度进行排序。研究结果表明:在一定条件下,SO_(4)^(2-)还原率随温度及初始pH值的上升呈现先增长后降低的趋势,随氧化还原电位的上升呈现不断降低的趋势;温度,初始pH,氧化还原电位的综合关联度分别为0.690,0.755,0.537,影响SO_(4)^(2-)还原率因素大小顺序为初始pH>温度>氧化还原电位。研究结果可为污泥处理过程中控制硫化氢的释放提供理论支持,并为避免或减少污泥产硫化氢导致的人员伤亡和财产损失提供思路。

基于STM32的无线传输便携式风速表的设计

针对矿井下人工测风速度慢、任务繁重、数据记录困难,后期数据处理复杂、耗时多及易出错的问题,设计研发一款具备数据保存、无线数据传输以及数据初步处理功能的便携式风速表,并同时搭配上位机数据管理平台。详细介绍了仪器的硬件设计和软件设计,并对其进行了实验验证。结果表明,该仪器具有较高的准确性和稳定性,满足使用要求。能够显著减轻井下测风人员的工作负担,降低后期数据处理的繁杂程度。为风速风量快速精准测定以及智能通风的实现提供了技术支撑。

薄基岩厚松散层下充填保水开采安全性分析

为研究薄基岩厚松散层下充填开采安全性,选择五沟煤矿CT101充填工作面为研究对象,通过理论分析、数值模拟和钻孔探测,对CT101充填工作面隔水关键层稳定性进行了分析,揭示薄基岩厚松散层下充填开采覆岩裂隙高度(深度)及其变化规律,并对开采安全性进了分析。结果表明:采高3.5 m,矸石充填率为85%时,关键层未破断,隔水关键层保持完整;下行裂隙多分布在工作面两端,且具有弥合性,随工作面推进周期性增大、减小,实测下行裂隙深5.5 m,上行裂隙高6.41~11.85 m,剩余隔水层组厚度为17.38~23.97 m,工作面可实现安全回采,为类似采矿地质条件下开采安全性分析提供了借鉴。

薄基岩厚松散含水层下综放开采安全性研究

为研究薄基岩厚松散层含水层下综放开采的安全性,通过对赵家寨煤矿12采区东翼松散层地质特征分析,将其分为“一隔三含”,并揭露其厚度和结构分布特征对煤炭开采的影响。采用经验公式计算不同采高下导水裂隙带高度,并建立UDEC数值模型模拟分析开采过程中上覆岩层变形破坏规律。基于导水裂隙带高度经验公式计算、数值模拟结果和相关实测资料,并结合12采区东翼的地质特征,引入“导水裂隙带高度调整系数n”概念,提出并验证该区域的导水裂隙带高度计算公式。结果表明,12采区东翼大部分区域可疏干新近系下部含水层后开采,研究内容可减小防水煤岩柱高度,提高煤炭采出率。

中心直裂纹半圆盘试样的石灰岩断裂韧度尺寸效应试验研究

为了考察试样尺寸和预制裂缝长度对岩石断裂韧度测试值的影响,采用4种圆盘半径分别为25.0、37.5、50.0、75.0 mm,预制裂缝长度与圆盘试样半径比值(无量纲裂缝长度)在0.3～0.7范围内的中心直裂纹半圆盘石灰岩试样(NSCB)进行了三点弯曲断裂试验。结果表明:NSCB试样的破坏过程表现出明显的"脆性"破坏特征。与预制裂缝长度相比,试样尺寸对峰值载荷和载荷-位移曲线的形态影响更显著;随着试样尺寸的增加,试样的断裂韧度测试值不断增加,增加幅度随着预制裂缝长度的增加而加剧;当试样尺寸一定时,随着无量纲裂缝长度的增加,断裂韧度测试值有一定程度降低;为减小尺寸效应的影响,建议采用圆盘半径大于37.5 mm,无量纲预制裂缝长度范围在0.4～0.6内的NSCB试样测试岩石的断裂韧度。所得结果为推广NSCB试样国际建议方法及准确测试岩石的断裂韧度提供了一定的参考。

复杂矿井绿色安全开采体系设计探讨

信湖矿井为淮北矿区首个千米新井,开采技术条件极其复杂,因此科学先进的设计定位是确保其绿色、安全开采的关键。设计在研究现有资料的基础上,分析了煤矿建设与开采对职工健康和生命的威胁,以及排放的"三废"、共伴生资源是否利用、高能耗、岩层移动对生态环境的破坏;据此从设计源头把关,建立了绿色安全开采体系,包括回风乏热利用、煤与瓦斯共采、矿山环境恢复与治理、节能减排和围岩综合控制等关键技术,力争把信湖矿井建设为节能环保的安全高效现代化矿井。

典型工频设备电磁场分布及安全防护对策

为有效预防电磁辐射对人体的危害,用频谱分析仪监测一个110 k V变电站和一个笔记本电脑的电场和磁场强度,分析典型工频设备电磁场的空间分布,评价电磁场对人体的影响,并提出相应的安全防护对策。研究结果表明:主变压器西侧的电场强度较强,并随距离增加而增大,但增大趋势逐渐变缓;磁场强度最强区分布在主变压器南侧,在该方向上呈现先增大后减小的规律。电源柜正对方位上的电场强度随距离呈幂指数衰减;磁场强度随距离呈对数衰减。而笔记本电脑的电磁场较强区分布在其前后方10 cm范围内,在该范围外均随距离增加而减小。长期处在电磁辐射环境中的工作人员应采取必要的安全防护措施,以免危害健康。

切顶卸压自成巷开采工作面通风安全可靠性分析

为了研究柠条塔煤矿采用切顶卸压自成巷开采的工作面"一通三防"安全性,在分析切顶卸压自成巷核心理论、关键技术、核心材料、核心工艺、核心装备和巷道部署及通风特点基础上,结合试验工作面S1201-Ⅱ基本条件,分析了工作面通风系统、瓦斯、自然发火和粉尘的特征及威胁。分析结果表明:切顶卸压自成巷技术消除了煤柱引起的"松散三角空区",减少了采空区漏风通道,采用的"Z"型通风系统结构简单,能够降低上隅角灾害气体浓度;工作面及留巷内不存在瓦斯浓度超限威胁;切顶卸压自成巷技术消除了工作面之间煤柱,减少了采空区自然发火物质基础;采用切顶卸压自成巷技术开采的工作面产生粉尘地点和产尘量与传统长壁工作面开采工艺一致,不增加粉尘危害性。

比较安全学中比较方法、空间、维度及循环研究

为进一步完善比较安全学学科体系,推动比较安全学的研究工作,从比较方法的角度研究比较安全学。构建比较安全学领域的SBCS体系,将比较划分为简单比较(S)、基本比较(B)、复合比较(C)和科学比较(S)4个层次。基于编辑学、政治学科知识,从部位、背景、模式、质量、特征、时空、属性和基础8个类别出发,将基本比较方法划分为16种,以此为基础探讨基本比较方法、综合比较方法和科学比较方法之间的关系,绘制比较方法基础图。基于比较学文献,提出比较空间和比较维度的概念。在传统比较流程基础上,引入定性的反馈特性和定量的稳定特性,构建比较安全学研究的内部比较循环和外部反馈循环双循环结构。结果表明,所构建的双循环结构有很好的兼容性,适用于各领域中的问题的比较研究。

无极绳连续牵引车转弯期间安全运行技术研究

针对平顶山天安煤业股份有限公司三矿倾斜长壁工作面轨道斜巷的长运距、多转弯、超大坡度等条件,设计制造和安装了SQ-120/132P型无极绳牵引车连续运输系统,代替多部调度绞车串联运输系统,实现连续直达辅助运输。对轨道斜巷底板轨道的铺设质量提出基本要求;建立了弯道转弯时牵引列车受力分析理论模型;推导出转弯期间牵引车理论运行速度与牵引列车质量之间的定量关系:随着牵引列车质量的增加,牵引车正常运行的速度将减小。通过现场工业性试验,得到不同条件下牵引车合理运行速度。研究结论有助于无极绳连续运输系统安全性能的提高和推广应用。

河南省煤田构造格局对煤层气储层物性和渗流特征的影响

为了查明河南省不同构造区内二1煤层中气体的流动特征和煤体受构造变形分异后的独特性,采用实验数据分析、瓦斯地质和渗流学理论,研究煤中孔容分布、孔径受应力影响后的变化以及煤体强度受构造应力作用下的变形和破坏特点。结果表明,煤层中甲烷连续流型占优的排序为:太行构造区、崤熊构造区、嵩萁构造区。煤中甲烷流型差异受区域构造变形体制控制,太行构造区的拉伸变形导致煤体强度值域分布广,最大体应变大于其他区域;嵩萁构造区的重力滑动、剪切和伸展变形使煤体强度和孔隙率最低、最大体应变最小;崤熊构造区内煤体的最大体应变介于两者之间。该结论对河南省煤层气开发有指导意义。