煤炭行业青年科学家论坛（2021年）_中国煤炭行业知识服务平台

首页 > 专题

煤炭行业青年科学家论坛（2021年）

来源：煤炭科学技术

专题来源于《煤炭科学技术》2021年第2期。

行业视野: 煤炭科学技术
类别; 144个
关键词; 166位
专家; 30篇
论文; 15530IP
点击量; 26108次
下载量

基于PCA-RA的滨海矿井水源识别技术研究

作者(Author)：陈绍杰, 刘久潭, 汪锋, 周景奎, 唐鹏飞, 高宗军

摘要：煤炭开采过程中矿井水害的发生，严重威胁着煤矿的安全生产，确定水源数量和类型对于矿井水害的防治具有重要意义。为了明确滨海煤矿矿井水补给来源的数量和类型，以龙口梁家煤矿为例，对矿区内不同水体（矿井水、第四系水和地表塌陷区积水）分别进行取样，并基于水化学和主成分分析-残差分析（PCA-RA）进行矿井水源识别。结果表明：梁家煤矿区内第四系水、地表塌陷区积水和矿井水中的主要化学组分含量差别较大，且受到了海水入侵作用的影响。就均值而言，矿井水中的阳阴离子质量浓度分别存在着ρ（Na +）>ρ（Ca 2+）>ρ（Mg 2+）>ρ（K +）和ρ（HCO -3）>ρ（Cl -）>ρ（SO 2-4）>ρ（Cl -）的关系。不同水体中，Cl -和Na +均为优势阴、阳离子，水化学类型以Na-Cl型为主，并且3种水体之间存在着一定的水力联系。选取的水化学数据适合进行PCA，但仅根据特征值大于1或是累计方差贡献率大于85%来确定主成分的数量，并不能很好地表征原始数据的全部信息。基于水化学和PCA-RA方法，确定了梁家煤矿矿井水共有5个补给来源，即海水、富HCO3基岩水、塌陷区积水、混合水和第四系水。PCA-RA法能有效地处理和表征原始水质数据信息，可更加合理地确定矿井水的补给来源类型和数量。研究结果可为滨海煤矿区的水害防治提供科学依据。

免费下载

煤炭科学技术

2021年第02期

432

779
煤岩孔裂隙结构分形特征及渗透率模型研究

作者(Author)：李波波, 王斌 , 杨康 , 任崇鸿 , 袁梅, 许江

摘要：为探究煤岩孔裂隙结构与渗透特性的联动关系，采用扫描电镜、偏光和分形等手段分析煤岩孔裂隙结构分布特征，利用自主研发的出口端正压三轴渗流装置，开展恒定有效应力条件下孔隙压力升高的渗流试验。基于分形理论，考虑煤岩表面孔隙分布情况对煤岩渗透率的影响机理，建立考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型，通过试验验证其合理性，对煤岩孔裂隙下分形维数和渗透率耦合进行定量分析。研究结果表明：①六盘水矿区煤岩表面含有一定数量的孔隙和裂隙，其中四角田7号煤层孔裂隙发育情况最好，具有2条清晰的宽度较大的裂隙，并伴有大量交叉微裂隙及孔隙发育，煤岩结构破坏严重;②通过盒维数法可得煤岩孔裂隙分布具有明显的分形特征，且煤岩孔隙率与分形维数呈正相关关系;③恒定有效应力条件下，煤岩渗透率随孔隙压力升高呈现先急剧降低后趋于平缓的趋势，受孔裂隙结构影响，在相同的孔隙压力下煤岩渗透率存在明显差异。煤岩表面孔裂隙结构越复杂其分形维数越大，有助于瓦斯运移，渗透率呈上升趋势；④考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型计算值与实测值吻合度较高，与前人研究成果相比，无论理论机理的适用性还是对试验点的匹配方面都更加适用，且能较好地反映孔隙压力与渗透率的联动关系。

免费下载

煤炭科学技术

2021年第02期

429

727
基于掘进机随掘震源的巷道侧前方断层成像技术

作者(Author)：王季, 覃思, 陆斌, 吴海, 赵朋朋

摘要：基于掘进机随掘震源的地震超前探测，以掘进机切割煤壁和岩石时产生的地震波作为震源，通过在巷道内长时间连续采集地震波并从中寻找反射波实现巷道超前探测。为了使用连续的随掘地震数据实现巷道前方的地质异常体成像，分析了随掘反射波成像的原理，将数据处理和成像的过程分成了5个主要步骤，首先将随掘数据划分为多个一定长度的时间片段并对每个时间片段进行分析，从中挑选出掘进机正常工作时间较长的片段，通过与参考巷道互相关获得脉冲化记录，再依据每个脉冲化记录中直达槽波的信噪比筛选出合格的脉冲化记录，最后，采用基于射线的绕射偏移法对巷道前方和侧帮区域进行成像。并在阳煤榆树坡矿1215工作面回风巷内开展了随掘探测试验，由布置在煤壁内的检波器采集多日的随掘地震数据，对数据进行了处理和成像。结果表明：将掘进机随掘震源地震数据脉冲化后采用绕射偏移法可以实现掘进面侧前方断层的成像；随掘地震数据中包含大量无效数据，评价数据质量并筛选数据是提高成像质量的重要步骤；直接对掘进工作面前方成像缺乏理论依据，由成像结果推断侧前方断层与巷道延伸线的交点可实现巷道正前方断层位置的预测。

免费下载

煤炭科学技术

2021年第02期

377

682
热接触变质煤制备石墨烯：化学结构演化

作者(Author)：王绍清, 沙吉顿, 张浩, 董泽宇, 王凯旋

摘要：作为具有优异性能的碳材料，石墨烯应用前景广阔。我国煤炭资源储量丰富，以煤为原料，探讨制备石墨烯的研究需不断深化。受岩浆影响的热接触变质煤具有高碳含量、高芳香度等特点，但其制备石墨烯的可行性值得研究。以淮北煤田朔里煤矿5号煤层为研究对象，采集3个靠近岩浆侵入体的热接触变质煤为原料。煤基石墨烯的制备采用改进Hummers法，原煤经石墨化后，通过氧化、超声剥离、还原成石墨烯。采用傅里叶变换红外光谱 (FTIR)、拉曼光谱和X射线衍射对煤基石墨、氧化石墨烯和还原氧化石墨烯逐一进行分析。结果表明：3个样品制得的煤基石墨的(002) 晶面间距均为0.338 1 nm。氧化石墨烯的分子结构中含有羧基、羟基和环氧基，在还原后这些官能团脱落并形成了还原氧化石墨烯结构中的缺陷。煤基石墨和还原氧化石墨烯的红外光谱都出现了羟基的特征吸收峰，区别在于煤基石墨中的羟基为石墨化过程中所残留的，而还原氧化石墨烯中的羟基则是氧化石墨烯未彻底还原所残留的。拉曼光谱分析的结果表明氧化石墨烯在还原后ID/IG>1，为还原过程中石墨烯片层表面的环氧基脱落形成的面缺陷所导致。由朔里热接触变质煤所制备出的还原氧化石墨烯的平均层数分别为4.29、3.97和4.31，均属少层石墨烯，热接触变质煤可作为制备石墨烯的原料。

免费下载

煤炭科学技术

2021年第02期

512

776
煤分子结构模型构建及优化研究

作者(Author)：张志军, 王露, 李浩

摘要：从分子层面认识煤的分子结构特征对实现煤炭合理利用及高效转化具有重要意义。以淮北矿业集团青东煤矿煤为研究对象，通过工业分析、元素分析、核磁共振碳谱（13 C-NMR）及X射线光电子能谱（XPS）等测试方法，对其分子结构进行研究。结果表明，青东煤的芳香化合物以2、3环结构为主；脂肪结构以甲、乙基侧链及环烷烃形式为主；分子结构中芳香桥碳与周碳比为0.35。氧原子以羰基和酚羟基形式存在，氮原子分别以吡啶和吡咯形式存在，硫原子含量较低，在该模型中不再考虑。依此构建青东煤大分子平均结构模型，其分子式为C142H128 N2O3 ，分子量为1 910.60。煤的大分子结构中芳香结构单元包括2个苯环，2个萘，4个蒽；杂原子以2个羰基和1个酚羟基、1个吡啶和1个吡咯的形式存在。对单个大分子结构模型进行结构优化和退火动力学模拟研究，桥键、脂肪键等化学键发生了明显的扭转，分子内芳香片层之间的π-π相互作用使相邻芳香片层之间趋于近似平行排列；总势能由2 121.14 kJ/mol下降到1 255.85 kJ/mol，其中键伸缩能及范德华能占主导地位。将18个青东煤大分子模型构建成聚集态结构模型。经过分子力学和分子动力学模拟优化后，大分子受周围分子的制约，原本近似平行排列的片状芳香碳结构发生扭曲形变，结构杂乱。研究构建的青东煤大分子结构模型可为选择浮选药剂提供模型基础。

免费下载

煤炭科学技术

2021年第02期

468

987
煤系通用型碳纤维的制备与研究

作者(Author)：刘金昌, 杨帅, 解强, 梁鼎成

摘要：与聚丙烯腈基碳纤维和中间相沥青基碳纤维相比，通用型碳纤维具有突出的价格优势，但较差的强度性能限制其只能应用在建筑补强等低附加值领域。因此，在控制通用型碳纤维制备成本的同时提高其强度性能从而拓宽其应用领域已然成为研究热点。迄今，原料选择与调整以及沥青前驱体合成方法的改进被认为是解决上述问题的极具潜力的途径。煤加工过程中副产的煤焦油等产品是制备通用型碳纤维的重要原料。结合我国能源结构特点，研发与优化煤系通用型碳纤维的制备方法和技术对我国碳纤维行业的发展具有重要意义。以煤系通用型碳纤维的制备研究为主旨，首先从原料的角度讨论了煤系原料的种类、前处理方法、性质与特点以及在用于通用型碳纤维制备过程中优缺点；此外，详细论述了通用型碳纤维的制备方法，包括热缩聚法、共炭化法、加氢聚合法和卤化-脱卤化法。未来的煤系通用型碳纤维的研究开发工作应该多集中于如何从分子层面实现沥青前驱体的可控合成，从而提高碳纤维的强度性能，而不应该再仅关注简单地改变原料比例和调整反应条件。

免费下载

煤炭科学技术

2021年第02期

540

713