小窑火区下回采工作面易发生上隅角低氧和有害气体超限，严重制约着矿井安全生产。为理清采空区有害气体的运移规律，以达西定律、扩散定律、流体动力弥散定律为基础构建了采空区气体运移的数学模型，利用COMSOL Multiphysics反演了沙坪矿13102工作面采空区有害气体的运移过程。结果表明：新鲜风流从进风巷道以及工作面流入采空区，然后从上隅角流出，在风流的带动下CH₄和CO从上隅角流出，导致工作面上隅角CH₄和CO体积分数超限、工作面低氧，在此基础上提出上隅角埋管抽采和均压通风的措施防治工作面上隅角低氧、有害气体超限，数值模拟发现上隅角埋管抽采只能防治工作面低氧的问题，而均压通风既能够防治工作面低氧还能阻止采空区有害气体涌向工作面。

长期以来，采空区、煤堆、煤仓等空间的煤自燃火灾时有发生，受限于工作区域的复杂环境和火源探测技术瓶颈等因素，较难实现煤自燃灾害高温点的快速量化识别。而声学测温技术具有测量精度高、测温范围宽、测量空间大等特点，可实现采空区等隐蔽火源位置精准探测且极具发展前景。目前该技术在松散煤体温度测量领域尚处于基础研究和实验室研究阶段，仍需开展大量研究。基于伪随机序列的优越性能，将其引入作为声源信号，并根据声学测温原理和伪随机序列声源信号产生原理，搭建了松散煤体声波测温试验系统。系统主体部分包括声学测试系统、程序升温系统、隔音系统和煤样箱体，结合试验测试和仿真模拟方法，验证了系统的准确性。利用理论分析、Matlab仿真和试验测试相结合的方法，开展伪随机序列声源信号的失真特性研究，确定了该信号的最佳处理方法，成功将其应用于松散煤体测温中。结果表明：伪随机序列可以作为采空区、煤堆、煤仓等空间的松散煤体声学测温的声源信号，但需运用二次相关PHAT–β算法对伪随机序列声源信号发生频率区间(1 000～3 000 Hz)进行处理，使频带变窄，能量集中；运用伪随机序列声源信号测量声波在松散煤体中飞渡时间，发现不同距离下声波飞渡时间测量结果误差小于5%，并通过了对比验证；伪随机序列作为松散煤体的测温声源信号时，所反演温度与不同粒径的煤样温度之间的平均绝对误差为2.051 ℃，平均误差率5.293%，能够较为精准、可靠地反演煤温。

硫酸分解反应器作为热化学硫碘制氢系统中的重要设备,其换热需要匹配系统的产氢量换热需求。为研究硫酸分解反应器不同结构对换热的影响,使反应器的换热满足系统需求,同时满足制造工艺的限制。通过试验对硫酸分解反应进行反应动力学参数标定并建立反应动力学模型,用gPROMS软件对反应器进行仿真,得到反应器内的压力、温度、流量和各组分浓度等参数。结果表明:反应器总长度不变,调整预热段和反应段长度比或提高填充颗粒热导率无法提升总转化率。反应器增加预热段长度可显著增加总转化率,关键原因是预热段长度决定了反应器内温度能否达到SO3分解反应所需最佳温度850℃。减小反应器直径并不能增加总转化率,虽然反应器的直径减小有利于传热,但由于整体入口流量不变,流体流速显著提高,减少了反应物的停留时间,同时还会显著增加反应器流阻。采用套筒环腔内、外加热结构作为反应器预热段可有效提高总转化率。采用内外同时加热时,增加了换热面积,有利于缩短预热段长度,预热段长度仅需900mm左右反应器出口温度即可达到850℃,得到了符合要求的反应器结构设计。

深部高应力、软弱围岩、强烈采动影响等条件下的巷道围岩频繁出现大变形，此类围岩大变形支护可控性普遍较差，常规锚索因其较低的延伸率无法适应巷道大变形而大量破断或锚固失效，导致巷道出现冒顶隐患。针对此类问题，研发了一种与常规锚索配合使用的复合扩管式恒阻器，其结构主要由止进端盖、扩径管、一体式托盘和锥式锁具组成，通过锥式锁具克服扩径管“扩胀—摩削”所产生的近似恒定的复合阻力，实现围岩大变形过程中的锚索支护阻力恒定，通过理论分析、数值模拟和静力拉伸试验等综合研究方法，系统分析和试验了复合扩管式恒阻器的力学特性和工作稳定性，掌握了该恒阻器扩径增量、锁具锥角对扩径管变形及恒阻器复合阻力的影响规律。试验结果表明：恒阻器复合阻力主要分为阻力快升段和近恒定阻力段2个过程，且近恒定阻力段作为主要阶段达到试验全程的85%～90%；锁具锥角、扩径增量直接影响了扩径管变形及恒阻器力学特性，锁具锥角小于20°时，扩径管变形均匀且恒阻器复合阻力发挥稳定，而扩径增量则决定了恒阻器复合阻力的大小，可通过调整扩径增量获取需要的锚索恒阻力；$phi $17.8 mm锚索条件下，当锁具锥角为15°、扩径增量为5 mm时，恒阻器恒定阻力约为265.92 kN，$phi $21.8 mm锚索条件下，当锁具锥角为15°，扩径增量为8 mm时，恒阻器恒定阻力约为424.15 kN，且工作状态稳定可靠，可较好的符合大变形巷道的恒阻支护要求。此外，该恒阻器还具有工作稳定性强、恒阻行程及阻力可调、结构简单、安装便捷等特点，是大变形巷道围岩控制技术的有效补充。

为研究煤矸石自燃的低温氧化过程中活性官能团的演化规律及与气体释放之间的联系，利用傅里叶变换红外光谱仪和程序升温控制装置组成的实验系统对煤矸石样品在空气氛围下30~350 ℃的光谱实验数据进行分析，并采用Spearman法对气体释放与官能团进行相关性研究。结果表明：自燃过程中羟基含量整体呈上升趋势，脂肪烃在氧化反应中含量较高且反应活跃，含氧官能团在氧化中受脂肪烃影响；CH₄析出量随着脂肪烃−CH₂−、取代芳烃C−H、羟基含量升高而升高，CO则随羰基、芳香烃C−H含量升高而升高、随含氧官能团含量升高而下降，CO₂在氧化过程中的释放主要随羟基和羰基含量升高而升高，呈现出极高的相关性。