• 论文
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
  • 作者(Author):肖晓春,李子阳,丁鑫,徐军,朱恒,丁振
    关键词(KeyWords):冲击地压,吸能构件,多胞方管,泡沫铝,防冲支架

    摘要:为了提高液压支架的能量吸收性能以解决巷道冲击地压发生时支架立柱爆缸等问题,提出了一种方管与圆管互相嵌套的多胞管吸能构件与立柱串联应用于液压支架中。基于简化的超折叠单元理论剖析了多胞管的能量耗散途径,推导出了不同截面形状多胞管的等效轴向载荷预测公式;采用数值模拟获得了不同截面形状多胞管在轴向压溃作用下的能量吸收性能及其屈曲变形形态,发现多胞方管(SS类型)具备相对吸能优势,并通过实验验证了数值模拟的可靠性,同时将数值模拟与实验得到载荷均值与理论预测的等效轴向载荷进行对比,验证了等效轴向载荷预测公式具有较高的预测精度;依托课题组多胞方管中泡沫铝填充方式研究基础,选择具备相对吸能优势的25%填充率的填充方式,开展不同孔隙度泡沫铝填充多胞方管的轴向准静态压缩实验。结果表明:泡沫铝的填充有助于提升多胞方管抵抗变形的能力,其中71.18%孔隙度泡沫铝填充多胞方管载荷波动最小,有效变形长度和吸能量最大,能量吸收效果最好,可使吸能让位过程更加稳定;当冲击速度保持不变时,在不同冲击能量条件下,泡沫铝填充多胞方管防冲支架与未添加吸能构件的传统液压支架相比,支架部分的塑性能降低了87%左右,冲击时间延长了307%左右,让位距离增加了282%左右,通过吸能构件的屈曲变形有效减少了防冲支架的塑性变形,为支架立柱安全阀的开启提供了充足的时间。泡沫铝填充多胞方管的应用减小了支架立柱发生爆缸的危险性,提高了立柱的抗冲击性能,对工程实际具有重要的意义。
  • 作者(Author):蒋晓燕,李一鸣,汤溧,杜晓娇,代兰花,胡斌
    关键词(KeyWords):碱土金属离子,木质素二聚体,β-O-4连接,热解机理,密度泛函理论

    摘要:研究碱土金属对木质素热解机理及产物的影响规律对木质素/生物质的高效热化学转化利用具有重要的意义。本研究采用密度泛函理论方法,对碱土金属离子(Ca2+、Mg2+)作用下的β-O-4型木质素二聚体模型化合物(2-[2-(4-甲氧基苯基)乙氧基]-苯甲醚,mc)的热解反应路径进行了理论计算。计算结果表明,Ca2+和Mg2+会与木质素二聚体模型化合物mc的Cβ位氧原子及甲氧基上的氧原子结合形成稳定的复合物,从而影响Cα-Cβ和Cβ-O的键长和热解反应能垒。在热解过程中,Ca2+和Mg2+会促进协同断裂反应的发生,从而促进产物1-甲氧基-4-乙烯基苯、2-甲氧基苯酚和邻苯二酚的生成;抑制Cα-Cβ键和Cβ-O键的均裂反应,从而抑制产物1-乙基-4-甲氧基苯、2-羟基苯甲醛的生成。
  • 作者(Author):张永强,张健,薛海军,常宇飞
    关键词(KeyWords):构造复杂程度,构造曲率,分形维,构造煤,预测

    摘要:为了提高矿井地质构造复杂程度评价精度,以龙滩煤矿为研究对象,在矿井地质构造发育特征与规律分析的基础上,定量计算了矿井褶皱构造和断裂构造的构造主曲率值和分维值的,将结果归一化处理获得了井田构造综合复杂程度指标值,并对其复杂程度进行定量评价,预测了矿井构造煤的分布,评价结果与矿井实际构造特征相吻合,达到了预期效果,证实了该综合评价方法的有效性,为煤矿未来瓦斯防治及采掘部署工作提供了地质依据。
  • 作者(Author):刘江,赵海月
    关键词(KeyWords):中国式现代化,主体,西方现代性,社会,自然

    摘要:资本主义现代性是人类文明转向现代文明的第一种形态,这一形态的转向给人类社会带来了巨大进步,但同时也出现了系统性的现代危机,主要表现为单向度主体的渐次生化、经济理性至上的泛化、社会两极的进一步分化,以及人与自然二元关系的不断恶化。中国共产党历经百年实践,所提出的中国式现代化在人、社会、自然三个维度中实现了对西方现代性的系统性超越,即交互性主体的中国式现代化超越了单向度主体的西方现代性;“共同体思维”的中国式现代化超越了“社会达尔文主义”思潮的西方现代性;人与自然和谐共生的中国式现代化超越了生态系统性危机的西方现代性,从而形成了一条具有中国特色、民族特性与时代特征的现代化新道路,为人类文明开创了新形态。
  • 作者(Author):高兴斌,张加加,杨康,贺伟,史志华,陈梁,白如鸿,孙强
    关键词(KeyWords):导水裂隙带,厚基岩,地质概化,数值模拟,预测模型

    摘要:精准掌握采动覆岩导水裂隙带演化特征是防止工作面突水灾害发生的重要基础,尤其对于西部矿井高强开采条件尤为重要。以榆树湾煤矿201西翼盘区为背景,以各砂岩层单轴抗压强度、RQD、砂岩层厚度作为系统聚类分析指标提出了厚基岩地质概化方法,系统研究了不同基岩层厚度对导水裂隙带发育高度、裂隙角度、频次、节理应变能演变规律的影响,确定了导水裂隙带高度与节理总应变能的量化关系。研究结果表明:基于地质概化方法模拟所得导水裂隙带发育高度随基岩厚度增大呈现对数正相关增大趋势,且增加速率逐渐减小,该规律通过与临近矿井实测结果对比分析,验证了其准确性;随着基岩厚度的增大,导水裂隙带内垂直裂隙发育频次显著增大,水平裂隙反之,这表明基岩厚度的增大对导水裂隙带内水平裂纹的萌生与扩展具有一定抑制作用;导水裂隙带发育高度与覆岩能量释放程度密切相关,随节理最大应变能和总应变能的增加呈指数增加特点,且增加速率逐渐增大。
  • 作者(Author):陈伟,江志成,田子建,张帆,刘毅
    关键词(KeyWords):人员异常动作检测,YOLOv8l,模型轻量化,EMA,MPDIoU损失

    摘要:煤矿井下复杂环境中存在干扰信息、低照明度以及机械设备遮挡等问题,使得现有的目标检测算法在进行人员异常动作检测任务时,算法的速度和精度都存在一系列挑战。为解决现有的目标检测模型计算复杂、参数量大、推理时间长以及特征提取困难等问题,提出了一种改进的YOLOv8l方法,称为MAC-YOLO。MAC-YOLO模型通过替换原有基线模型中的卷积为感受野注意卷积(RFAConv),允许模型可以根据输入数据复杂性和重要性动态调整感受野权重,解决标准卷积运算中的参数共享问题,使得网络可以更有效地捕捉和利用图像中的信息。同时在基线模型中引入了高效多尺度注意力(EMA)模块,能够融合不同尺度的上下文信息,且在卷积运算时不进行通道降维的情况下学习到有效的通道描述,使模型能够对高级特征图产生更好的像素级关注。它也能捕获跨维度交互并建立维度之间的依赖关系,使得神经元巨大的局部感受野能高效获得更清晰的多尺度特征,降低了图像中干扰因素的影响,进一步提升了模型对目标特征的聚焦能力,有助于模型高效地进行卷积操作提取煤矿井下人员的异常动作,提高模型的检测精度。此外,引入边界框回归的损失函数(LMPDIoU),直接最小化预测框和真实框左上点和右下点之间的距离,解决了原有损失函数存在预测框和真实框长宽比相同(值不同)时模型无法有效优化的问题,加快了模型的收敛速度同时提升定位精度。在降低模型计算复杂性、网络结构复杂性以及增强网络灵活性方面,使用了slim-neck设计范式对基线模型的颈部进行改造,通过GSbottleneck模块增强网络处理特征的能力,利用GSConv模块堆叠提高模型的学习能力,其中的VoV-GSCSP模块提高了特征利用效率和网络性能。实验结果显示,在特定场景的煤矿工人动作数据集(MACD)上,相比基线模型YOLOv8l,MAC-YOLO的mAP@0.5和mAP@0.5:0.95分别提升了1.9%和3.6%,且FPS值为81ms。这表明MAC-YOLO模型在保持良好检测精度的同时,也满足了实时性和轻量化模型的需求,展示了高灵活性、准确性和效率。此外,还通过消融实验证明了各个改进模块对提升模型性能的有效性。
  • 作者(Author):詹润,张文永,韩锋,随峰堂,顾佳一,刘桂建,赵田
    关键词(KeyWords):淮北煤田,稀缺炼焦煤,赋存特征,煤岩煤质,开发利用,潜力评价

    摘要:稀缺炼焦用煤是钢铁与化工行业基础保障能源,因具有稀缺性、不可替代性和不可再生性被认为是一种战略性矿产资源。安徽省淮北煤田作为国家首批设立的稀缺炼焦煤重点矿区之一,资源量丰富且煤质优良,是华东地区最具开发潜力的炼焦煤资源产地。为系统认识研究区稀缺炼焦用煤赋存特征与开发利用潜力,利用以往钻孔资料与井下补充采样测试,通过煤岩分析、工业煤质指标测试、综合制图、资源评价等方法,揭示了本区稀缺炼焦煤赋存的时空差异特征、形成控制因素与资源潜力。研究结果表明,淮北煤田稀缺炼焦煤煤类发育齐全,洗选后的浮煤总体表现为特低-低水、特低-低灰、特低-低硫、特低-低固定碳、中高挥发分的煤质特点,并具有中-强黏结性和结焦性、低钾钠含量与较好机械强度和热强度的工艺性质。本区稀缺炼焦用煤受区域构造与煤层沉积展布控制,下石盒子组7、8煤层最为发育,煤田北部稀缺炼焦煤多呈零星状分布,煤田南部成连续带状分布,由西南向北东方向煤变质程度呈变高趋势。成煤期后燕山期不同方位断裂活动与岩浆耦合作用联合控制了稀缺炼焦煤的形成与时空展布。从清洁绿色开发角度将稀缺炼焦用煤划分为为低灰-特低硫煤、特低灰-低硫煤、低灰-低硫煤三个等级,空间上分别呈现集中式、广泛式、零星式分布特点。分类、分级、分区估算了-1500m以浅稀缺炼焦煤保有资源量约有101.65亿吨,占煤田总保有资源量的78.13%,资源潜力巨大。通过建立稀缺炼焦用煤资源开发利用评价指标体系,运用层次模糊评价法+“一票否决”因素,将各矿井、勘查区划分为有利、较有利、一般、不利4类开发区,针对不同类型开发区提出了保护限制性开发、总量控制性开发、禁止性开发建议。
  • 作者(Author):贾澎涛,靳路伟,王斌,郭风景,李娜
    关键词(KeyWords):低照度图像,分数阶微分,边缘检测,采煤机截割部,煤矿

    摘要:针对井下低照度环境下采煤机截割部边缘检测任务中存在的边缘缺失、细节模糊等问题,提出了一种基于分数阶微分的边缘检测Lif算法。首先采用更大的检测模板尺寸,根据Grünwald-Letnikov分数阶定义构造最初的分数阶掩膜算子;然后根据Pascal三角形理论确定掩膜算子上各位置的权重系数,并将掩膜算子扩展到4个不同方向;最后将得到的掩膜算子与图像进行卷积,利用图像的局部特征信息对每个方向的微分结果进行后处理。研究结果表明:(1)在进行多个不同场景的井下低照度图像上的实验时,Lif算法可以更全面地获取图像中不同方向上的边缘信息,在处理低照度图像时具备更强的抗噪性能,并且提取的边缘线条比其余边缘检测算法更加清晰、完整,保留了更多的纹理细节信息。(2)在客观指标评价的对比上,与基于分数阶灰色系统模型的边缘检测算法以及改进的分数阶Sobel边缘检测算法相比,Lif算法在Entropy指标上分别提高了43%、11%,AG指标上分别提高了23%、23%,SSIM指标上分别提高了152%、6%。表明Lif算法在进行采煤机截割部的边缘检测任务时更具优势,研究对井下设备工作运行时的安全性和可靠性提升具有重要意义。
  • 作者(Author):王媛彬,韦思雄,吴华英,段誉,刘萌
    关键词(KeyWords):安全帽检测,YOLOv5s,矿井,CBAM,ShuffleNetV2

    摘要:针对矿井下复杂环境所导致的人员安全帽检测算法精确度低、漏检率高等问题,本文提出一种基于YOLOv5s改进的矿井下安全帽检测算法。卷积神经网络在提取特征时由于计算机制容易导致图像全局上下文信息丢失,造成井下小目标安全帽的检测效果欠佳。为此,本文采用注意力机制CBAM与YOLOv5s进行融合,增强目标区域的特征图,弱化背景信息,从而帮助算法更好地定位小目标安全帽。同时,在YOLOv5s原有三个输出层的基础上新增了一个P2小目标检测层,增加了模型的多尺度感受野,可以同时捕获全局和局部上下文信息,提升了算法在复杂场景中针对小目标的检测能力。此外,本文采用EIoU损失替换原有的CIoU损失函数,解决预测框宽高比模糊的问题,保证回归框的精度,同时加快网络的收敛速度。通过将YOLOv5s主干网络中的普通卷积Conv替换为ShuffleNetV2,大幅减少模型参数量,提高了模型的识别速度。最后,使用本文算法与YOLOv5s、SSD、Faster-RCNN以及YOLOv7算法进行对比分析,实验结果表明:将改进后的算法应用于矿井下人员安全帽检测中,相比于原YOLOv5s,本文算法的准确率提升了2.9%,召回率提升了2.42%,参数量减少了7.6%。最终本文算法在矿井下安全帽检测的平均精度mAP@.5达到了87.5%。
  • 作者(Author):沈思劼,李驰,周王峥,王珍珍,严俊杰,侯宗余,王哲,出口祥啓
    关键词(KeyWords):激光诱导击穿光谱,低品质煤,碱金属,定量分析,多元校正模型

    摘要:低品质煤等高碱燃料在热利用过程中释放的碱金属化合物会影响热力设备的正常运行,因此,低品质煤中碱金属含量的快速在线检测对控制燃烧过程中碱金属释放具有重要意义。以碱金属Na元素为检测对象,采用不同比例的石墨与氯化钠粉末的混合样品为实验样品,研究了激光诱导击穿光谱(LIBS)技术测量样品中Na元素的影响因素。对比了两种信号强度的计算方式对信号稳定性的影响,分析了实验参数对信号强度和信噪比的影响规律,并建立了Na元素的定量计算模型。研究表明,Na元素的特征谱线Na I 588.995 nm和Na I 589.592 nm适合作为主要分析谱线,采用Na元素双线特征谱线的面积强度作为Na元素的信号强度,可以有效地提高信号稳定性。当激光能量为60 mJ、延迟时间为1000 ns时,光谱信号强度的相对标准偏差较低且信噪比高。以光谱信号强度为输入量,样品中Na元素的添加量为输出量,采用传统定标法、偏最小二乘法(PLS)以及支持向量机(SVR)建立定量计算模型,并对比分析各模型的精度。结果表明,在样本数量少而输入量多的情况下,PLS模型会出现过拟合现象。SVR模型的拟合精度为0.9783,训练集的根均方百分比误差为13.42%,测试集的根均方百分比误差为13.51%,相比于传统的定标模型,在样本数量较少的情况下,SVR模型精度最高,可以更好的校正基体效应带来的影响,提高低品质煤中碱金属定量检测的精度。
  • 作者(Author):孟凡奇,阎蕊珍,柯国炬,贾柯瑞,周梦龙,杨小康
    关键词(KeyWords):3D打印混凝土,白云岩石粉,可打印性能,力学性能,环境影响

    摘要:白云岩石粉是开采和加工白云岩过程中产生的废弃物,为提高其利用率,本文通过白云岩石粉取代部分质量的水泥,对3D打印混凝土(3DPC)的可打印性能和力学性能进行了试验研究,结合扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线分析(EDS)对硬化后3DPC的性能开展了机理分析,探索使用白云岩石粉以减少3DPC碳排放和能耗的潜力。结果表明:随着白云岩石粉掺量的增加,3DPC的流动性提高,开放时间延长;掺量不超过5%的白云石粉可提高3DPC的可建造性和层间结合强度;白云岩石粉的去白云石化反应有助于3DPC后期抗折强度和抗压强度的提高。掺入一定量(本研究为5%)的白云岩石粉可提高3DPC的可打印性,对力学性能不产生显著影响,减少水泥用量,降低打印材料的碳排放。
  • 作者(Author):范瑞博,陈亮,薛北辰,王傲,苏银海,张会岩,袁湘洲
    关键词(KeyWords):超级电容器,多孔炭材料,生物质,机器学习,电化学性能

    摘要:超级电容器因其比能量高、稳定性好等优异性能,被视为一种具有广阔发展前景的先进储能装置。近年来,开发新型高性能超级电容器受到了学者们的广泛关注。作为超级电容器重要组成部分之一,电极材料对超级电容器性能具有关键性影响。基于生物质资源丰富、廉价易得以及碳中和等优点,工程生物炭不仅具备可再生、低成本和环境友好等特性,还具有发达的孔结构、丰富的官能团及优异的稳定性。因此,高性能工程生物炭基超级电容器的研发成为了当前研究的焦点。梳理了生物质基工程生物炭材料作为超级电容器电极材料的最新研究进展,讨论了炭化、活化和杂原子掺杂等电极材料制备过程的基本原理。另外,借助于机器学习方法阐述了高性能工程生物炭电极材料的性能精准预测原理和结构高效构筑机制,以揭示工程生物炭材料特性与超级电容器性能之间存在的内在关联。最后,总结了生物质基工程生物炭材料应用于高效储能系统所面临的挑战与前景,同时为其商业化应用发展提供参考。
  • 作者(Author):熊晓莉,管欣旺,李飞平,李璐
    关键词(KeyWords):梁柱节点,抗震性能,可更换梁段,翼缘开孔,削弱型,有限元分析

    摘要:为了防止钢梁发生梁柱连接处脆性破坏及实现震后结构的快速修复,提出了一种新型的装配式可更换梁段翼缘开孔削弱型节点。借助有限元分析软件ABAQUS进行新型节点抗震性能的数值模拟研究。首先验证有限元模型正确性,其次对比新型节点、传统梁柱焊接节点与装配式钢梁未削弱拼接型节点在循环荷载作用下的抗震性能,最后对新型节点进行变参数分析,探讨开孔半径和开孔数量对节点抗震性能的影响。研究结果表明:新型节点能够有效地将塑性铰转移至可更换梁段,在地震作用下梁柱节点保持弹性,震后可轻松更换。随着开孔半径的增大,节点承载能力逐渐下降,虽耗能能力有所提升,但刚度退化和延性系数并不理想,因此,建议开孔半径取梁翼缘外伸宽度的0.26倍;随着开孔数量的增多,节点承载能力略有减小,刚度退化速度没有显著提升,考虑到加工工艺的复杂程度,建议开孔数量取4个,既能保证节点耗能能力同时具有足够的延性。
  • 作者(Author):吴奉亮,王桐
    关键词(KeyWords):矿井通风,风阻,通风网络,校准

    摘要:针对使用网络解算方法来校准矿井通风网络时需要人工反复调整风阻、模拟结果与实测结果吻合度不高的问题,建立了基于最优化理论的矿井通风网络校准模型。该模型是一个二次规划问题,它以初始风阻的修正量为决策变量,以对初始风阻的修正量最小为目标函数,以回路风压平衡方程为等式约束条件,以井巷风阻的下限值为不等式约束条件。基于最优化理论中的KKT条件分析了模型解的存在性,开发了相应的程序并在一个含有35条分支的算例中进行了应用。研究结果表明:“加边法”动态找基本回路,保证了用有效集法求解此模型时的约束条件方程组线性无关;开发的软件可用于仅含有限个实测风量的矿井通风网络校准,算例风网经过49次迭代得到最优解,迭代次数远小于最坏情况下需要试算的次数3.4×1010;仅考虑等式约束条件下的风网校准模型有可能得到极小、甚至为负的无意义风阻值,考虑了风阻下限值的模型可以将风阻限定在合理取值范围之内,避免了算例中7条分支风阻被修正为负值;使用修正后的风阻进行网络解算,得到的解算风量、风机风压与实测值完全相同,该方法避免了网络解算法中手动调整风阻的繁琐操作。
  • 作者(Author):赵荣春,吕玉增,张智,韦柳椰,潘泓序
    关键词(KeyWords):高密度电法,非结构化网格,有限单元法,排列装置,正反演计算,电阻率

    摘要:高密度电法具有多种电极排列装置,不同装置因其自身电极的排列方式不同,其在不同测量环境下表现出的探测效果往往有着很大的差异性,因此,实际工作中针对不同探测对象如何选择合适的测量装置以获得更好的探测效果是一个值得探索的问题,高密度电法因其广泛的适用性,其正反演问题仍然是电法研究的一个重要方向。从点源电位在三维构造中所满足的微分方程出发,推导了2.5D电位所满足的变分问题,采用Delαunαy三角化算法实现非结构化网格剖分,在此基础上实现了有限元正演。结合实际应用,设计了实践中常见的地质模型,分别采用温纳α、温纳β、施伦贝谢尔、偶极-偶极装置进行了正反演计算,分析不同探测环境下各装置的探测效果。研究发现:针对未知区域单个异常体的探测,综合考虑精度及效率后选择温纳β、施伦贝谢尔装置具有更好的效果;施伦贝谢尔及偶极-偶极装置具有更好的水平分辨率,可对相邻较近的多个异常体进行区分;对于低阻破碎带的探测,选择温纳β、偶极-偶极装置则会获得更好的效果;当地层具有较好分层界限时,温纳α、温纳β、施伦贝谢尔、偶极﹣偶极装置都可以获得很好的探测效果。因此,高密度电法数据采集时应选择多个排列装置,最后结合正反演的结果进行综合对比解释。
  • 作者(Author):谷拴成,康恽博,文嘉豪,呼嘉龙,张炜,杨洋
    关键词(KeyWords):底板,半无限体,Hoek-Brown,破坏深度,波速-垂深

    摘要:为了研究煤层采动底板最大破坏深度,以1509工作面回风巷道为工程背景。利用半无限体理论建立力学模型,结合材料力学和Hoek-Brown准则,推导出最大破坏深度计算公式,并经过试验和现场监测进行验证。结果显示:底板最大破坏深度为20.3 m,且呈“水滴形”塑性区边界。底板破坏深度与岩体软硬程度呈负相关,与破碎程度呈正相关。现场监测结果显示,随底板埋深增加,采动应力影响减小;波速-垂深曲线表示底板最大破坏深度约为20 m,与理论计算基本吻合。研究成果对类似工作面有借鉴意义,有助于预测底板破坏深度,确保安全生产,并为相关领域研究提供参考。
  • 作者(Author):王世杰,郭琪,闫月勤,张凤仙,李海旺
    关键词(KeyWords):Q460高强钢,环形对接焊缝,残余应力,曲率

    摘要:焊接残余应力会降低结构的疲劳强度、稳定性和刚度,其大小和分布直接影响结构的服役状态;高强钢屈强比大、强度储备低,在焊接残余应力的影响下,面临更加严峻的安全挑战。本文基于试验验证了双椭球热源方法分析Q460高强钢对接焊缝残余应力的可行性和准确性,在此基础上,参数化分析了曲率(k)、壁厚(t)以及径厚比(d/t)等设计参数对Q460弯曲钢管焊接残余应力峰值和分布的影响规律。结果表明,在环向应力方面,残余拉应力峰值随曲率、径厚比和壁厚线性增大;在轴向应力方面,残余拉应力峰值随壁厚和曲率增大,随径厚比减小。钢管曲率k还引起了轴向残余拉应力次峰值的出现,次峰值的出现扩大了残余应力的影响范围,导致焊接热影响区范围扩大了约50%。建议大直径管件应用时曲率控制在1/20000以内,壁厚宜小于25mm。
  • 作者(Author):邢震
    关键词(KeyWords):数字孪生,智能矿山,灾害预测及防控,生产调度优化

    摘要:智能矿山领域数字孪生技术的应用需面对较多复杂性、特殊性的技术突破。阐述了数字孪生在智能矿山领域的适用性,归纳梳理了数字孪生技术在煤矿安全、生产及运营管理等方面的研究及应用现状:在煤矿安全管理方面,数字孪生技术主要应用于灾害预警、风险管控、灾害救援等;在煤矿生产方面,数字孪生技术主要应用于采掘工作面区域整体、单机机械装备状态监测及控制、机械装备预测性维护中。从物理实体、虚拟实体、连接交互、数字孪生数据及功能服务5个维度入手探讨了智能矿山领域数字孪生亟待解决的关键共性问题:物理实体维度需重点突破全面感知及控制装备的研发,虚拟实体维度需深入进行物理、行为、规则模型的研究,连接交互维度需攻关煤矿井下5G网络传输关键技术,孪生数据维度需解决高性能计算等问题,功能服务维度需研发仿真软件及人工智能算法,以便更好地适应现场环境。从矿井规划设计、开发、建设阶段的灾害预防性设计、生产系统设计、地质环境预测,矿井生产运营阶段的灾害预警及防控、生产调度决策优化、生产设备全生命周期管理等方面展望了数字孪生技术在智能矿山领域的发展趋势,认为宜针对关键部件或装备,核心环节,重要或危险场所、区域等进行精细化孪生。
  • 作者(Author):刘含笑,单思珂,梁丁宏,黄荣明,崔盈,林青阳,刘美玲,王帅,杨莉,刘小伟
    关键词(KeyWords):碳足迹,全生命周期,垃圾焚烧,温室气体排放,垃圾发电

    摘要:近年来,垃圾焚烧发电已经成为处理生活垃圾的方法之一,产品碳足迹可以量化垃圾焚烧发电的温室气体排放。选取江西省一个典型生活垃圾焚烧厂为研究对象,计算了生活垃圾焚烧发电的产品碳足迹值,分析了垃圾焚烧发电的生命周期主要阶段,为降低垃圾焚烧厂的温室气体排放提供数据支撑。采用生命周期评价方法(LCA),以1 kW·h上网电力为功能单位,确定了垃圾焚烧发电的电力产品的生命周期边界。结果表明,1月份单位上网电力的碳足迹为0.841 kg CO2e/(kW·h),单位垃圾碳足迹为342.39 kg CO2e/t,碳足迹结果较低的原因是选取的垃圾热值较低。在各阶段中,垃圾焚烧阶段排放最高,占比达78%。因此,对垃圾焚烧的碳减排工作应该以降低垃圾的直接燃烧碳排放为重点。在运行过程中,应尽可能地达到额定负荷,以降低单位碳足迹。此外,还可以通过推行垃圾分类以增加塑料组分回收率,以及推动柴油车改电车等方式实现碳减排。
  • 作者(Author):王聚财,唐克,孙潇镝,洪新
    关键词(KeyWords):石墨烯,掺杂,吸附,脱氮,模拟,表面

    摘要:柴油中氮化物的去除对环境和人类健康具有重要的意义。采用密度泛函方法,研究了Ti、Zr和N掺杂及本征石墨烯对柴油中典型碱性氮化物吡啶的吸附行为,讨论了相应的吸附能、吸附构型、马利肯电荷转移、差分电荷密度和态密度。结果表明:金属Ti、Zr掺杂能显著增强吡啶在石墨烯表面的吸附能,非金属N掺杂可略微增加吡啶和石墨烯表面间的吸附能。吡啶在不同原子修饰的石墨烯表面的吸附能大小顺序为Ti掺杂石墨烯>Zr掺杂石墨烯>N掺杂石墨烯>本征石墨烯,吡啶可与Ti、Zr掺杂石墨烯发生N-Ti、N-Zr和π-π作用,与N掺杂石墨烯、本征石墨烯发生N-N、C-N和π-π作用。进一步分析发现,吡啶和金属Ti、Zr掺杂石墨烯表面存在明显的电子转移和化学键的形成,而和非金属N掺杂石墨烯及本征石墨烯间并无化学键形成。吡啶与Ti、Zr掺杂石墨烯发生化学吸附,与N掺杂石墨烯、本征石墨烯发生物理吸附。吡啶更稳定的吸附在Ti、Zr掺杂石墨烯表面。
  • 作者(Author):刘菊平,唐紫玥,陈应泉,王贤华,陈汉平,杨扬,杨海平
    关键词(KeyWords):木质素,催化,氢解,化学品

    摘要:开发和利用可再生生物质资源是实现二氧化碳减排的有效途径。而生物质结构复杂,整体反应性和利用率较低。木质素是自然界中唯一具有高能量密度的可再生芳香族聚合物,其转化和利用在全球范围内引起了广泛关注。然而,木质素结构的复杂性、连接方式的不确定性、侧链连接的稳定性以及反应片段不可避免的再缩合,使得将木质素解聚成生物燃料或芳香化学品成为一项艰巨的挑战。催化氢解技术可将木质素转化为高选择性、高收率的酚类单体。但是木质素催化解聚过程中化学键的定向剪切,产物与结构之间的转化机理仍不清晰。本文针对木质素的催化氢解生产高值化学品的最新研究进展,重点总结了木质素的催化氢解过程中催化剂及其高值化学品产物间的耦合关联,着重讨论了不同催化剂体系对木质素解聚产物过程机理的影响,尤其对于金属基催化剂,详细综述了贵金属基催化剂、过渡基金属催化剂、水滑石催化剂和金属有机框架催化剂对于产物分布影响的最新进展,并进一步总结了不同催化剂存在的问题和转化机制;同时木质素加氢催化裂解过程中溶剂是促进木质素溶解、加速传热传质、促进反应物和催化剂在反应器中均匀分散的关键。本文并对木质素液化的主要溶剂,例如水、醇类和新型溶剂体系对木质素的解聚效应进行综述。最后,就领域所面临的机遇和挑战进行了总结和展望,为木质素高效定向转化与高值化利用提供了理论参考。
  • 作者(Author):卢杰林,傅雪海,康俊强,张宝鑫,程鸣
    关键词(KeyWords):煤化作用,煤级梯度,深成变质作用,区域岩浆热变质作用,接触变质作用,煤层气区块

    摘要:煤级梯度是预测深部储层煤化作用程度的基础。本次基于实测的85组镜质体最大反射率、不同煤层气区块煤炭/煤层气地质勘探报告中2213组镜质体最大反射率/干燥无灰基挥发分产率与煤层埋深数据和242组岩浆侵入煤层后镜质体最大反射率与煤层距侵入体距离数据,分析了不同煤层气区块中不同变质作用类型下煤级分布及煤级梯度特征,对比了深成变质作用、区域岩浆热变质作用及接触变质作用下煤级梯度的差异性。研究结果表明我国不同煤层气区块中深成变质作用下煤级梯度(Ro, max/100m)介于0.013%/100m -0.068%/100m之间,均值为0.032%/100m,煤级梯度与镜质体最大反射率均值呈正相关关系;区域岩浆热变质作用下煤级梯度介于0.09%/100m -0.45%/100m之间,均值为0.18%/100m;接触变质作用下煤级梯度介于20%/100m -454%/100m之间,均值为106%/100m,煤级梯度与煤层距侵入体距离的关系呈多段式变化,煤层距离侵入体越近,煤级梯度越大。不同变质作用类型下煤级梯度差异显著,主要由热源特征决定,煤化作用时间、岩层热导率、最大埋深对煤级梯度也有重要影响。我国煤化作用复杂,对不同煤层气区块中不同变质作用类型下煤级梯度的研究对深部储层煤级预测及煤炭/煤层气资源勘探开发均具有一定的指导意义。
  • 作者(Author):贾松,王雪飞,史祎诗
    关键词(KeyWords):稀土,上转换发光,发光材料,掺杂

    摘要:上转换发光,一种呈现反斯托克斯位移特性的发光现象,主要通过稀土元素制备的材料来实现。本文深入探讨了稀土掺杂上转换材料的发光机理,概述了常用的制备技术,并全面评述了其在生物医学、防伪技术、信息存储等多个领域的现有应用,同时展望了其在工程领域的潜在应用前景。尽管上转换发光纳米材料在功能多样性方面表现出远超块状材料的显著优势,但其合成产率和发光效率仍存在挑战,处于相对较低水平。逐步攻克这些难题,将有助于进一步拓宽上转换发光材料的应用领域。
  • 作者(Author):张金宝
    关键词(KeyWords):定向钻孔,筛管护孔,水力输送,试验研究

    摘要:保障高位定向长钻孔在工作面回采过程中的稳定抽采是实现“以孔代巷”的前提,而采用筛管完孔是维持钻孔稳定的有效护孔措施。为了实现高位定向长钻孔全孔段筛管护孔的工程应用,开发了钻孔内水力输送分组筛管自主对接完孔工艺技术,配套研制了95 mm筛管悬挂装置、95 mm玻璃钢筛管、100 mm封堵短节、140 mm钻头通水堵头以及95 mm分组筛管对接装置,并在皖北矿区两个煤矿的不同工作面顶板高位钻孔进行了水力输送分组筛管完孔现场试验。试验结果表明:玻璃钢筛管质量轻推送阻力小,可在倾角17°~26°的钻孔内人工连接100 m长95 mm玻璃钢分组筛管,分组筛管输送过程中水压约为1.0~1.5 MPa,输送到位时水压降为0.5 MPa以下,在泵量200~390 L/min下,分组筛管水力平均输送速度可达150~260 m/min,试验期间分组筛管输送到位时泵压变化明显,前后两组筛管对接可靠,可有效实现到位报信,成功实现153 mm高位定向钻孔内95 mm筛管的全孔段护孔,两个钻孔的筛管水力输送试验深度分别达到501、522 m,工作面回采120 d累计抽采瓦斯纯量分别为139 945、176 139 m3。钻孔内水力输送对接筛管护孔技术为高位定向长钻孔全孔段大直径筛管护孔提供了可实现的技术解决方案,有助于保障高位定向长钻孔的瓦斯抽采效果,为煤矿井下“以孔代巷”的瓦斯治理模式革新提供技术支撑。
  • 作者(Author):木欣凯,刘向荣,刘丹,许慧,赵文硕
    关键词(KeyWords):新疆大南湖煤,镜质组,铜绿假单胞菌,微生物降解,降解过程

    摘要:通过重力分选法分离得到新疆大南湖低阶煤镜质组,利用铜绿假单胞菌对新疆大南湖低阶煤镜质组进行降解实验,通过单因素实验和正交实验研究煤浆浓度、菌液量、降解时间对铜绿假单胞菌降解镜质组的影响,获得三种因素对降解效果的影响权重为降解时间>煤浆浓度>菌液量,分析正交实验结果可知,铜绿假单胞菌降解新疆大南湖低阶煤镜质组的最优工艺条件为煤浆浓度6 g/L、菌浓度6.37×106 CFU/mL、降解时间11 d,最大降解率为57.1%;对新疆大南湖低阶煤预处理镜质组及降解后剩余镜质组进行工业分析及元素分析,发现镜质组经过铜绿假单胞菌降解后,C,N元素含量下降,H,O元素含量上升;由红外分析结果可知,镜质组经过铜绿假单胞菌降解后,镜质组中芳香结构发生变化,烷基侧链被降解;通过XRD结果发现,镜质组经过铜绿假单胞菌降解后,芳香层片的间距d002增加,堆砌高度Lc增加,微晶宽度La增加,芳香层数N减少,表明铜绿假单胞菌能够降解镜质组中的芳香结构;采用气相色谱-质谱联用仪对铜绿假单胞菌降解新疆大南湖低阶煤镜质组后的液相产物进行分析,发现在二氯甲烷与甲苯萃取物中,含量最高的物质都为烷烃类,均超过50%;其次为酯类物质,含量均在30%以上,分子量均集中在142~394之间,说明铜绿假单胞菌可以将镜质组降解为小分子;液相产物两种萃取物中还检测到部分胺类和硫取代基类化合物,综合元素分析结果得出铜绿假单胞菌能降解镜质组中的含氮结构和硫元素。

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