- 张吉雄;顾晓薇;周楠;于广锁;郝南京;肖耀猛;
煤气化灰渣的规模化利用与处置是我国煤化工行业面临的主要挑战之一,严重制约着煤气化产业与环境保护的协调发展.现有的煤气化灰渣循环掺烧、高值化利用和建材化技术存在成本高、利用规模小等问题,目前的充填技术主要处置煤矸石、粉煤灰等煤基固废材料,缺乏针对煤气化灰渣充填材料的相关实践.本文综述了煤气化灰渣的利用现状与存在的问题,突破了煤气化灰渣规模化利用与处置中的技术瓶颈,系统阐述了煤气化灰渣规模化分质梯级利用技术的内涵及关键科学与技术问题.提出了煤气化灰渣铝硅结构分质活化与协同调控机理、富碳灰渣高温气化反应机理及活性强化机制、低碳灰渣全固废胶凝材料的多动力源活化与水化机理以及采动空间多场耦合时空演化与充填控制机理等理论研究方向.分析了煤气化灰渣自维持脱碳铝硅预富集、煤气化灰渣高值化材料微化工制备、富碳灰渣无辅助燃料常压气化工艺、低碳灰渣全固废胶凝材料低碳制备以及煤基固废全周期立体绿色智能充填等技术的研究难点.论文研究创新了煤气化灰渣的利用模式,构建了煤气化灰渣综合利用与处置技术体系,引领了我国煤化工固废资源化利用的新方向,具有广阔的应用前景,有力推动了煤气化灰渣的循环利用与煤化工产业的绿色发展.
2025年03期 v.54;No.264 471-484页 [查看摘要][在线阅读][下载 2487K] [下载次数：268 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] - 丁子涵;高春雷;侯竣升;吴俊杰;黄磊;张浩;田佰起;郝南京;
煤气化技术是煤炭清洁高效利用的关键技术之一,煤气化细渣作为煤气化过程中产生的典型固体废物,其合理处置被认为是煤化工绿色发展的一大挑战.鉴于当前煤气化细渣的高值化利用策略主要聚焦于残碳及硅、铝成分的回收,而钙组分往往被忽略,未能充分利用其潜在价值.为了实现煤气化渣中钙组分的资源化、高值化利用,以煤气化细渣为钙源,开发了一种利用煤气化细渣合成乙二醇/水基Ca CO_3纳米流体的方法.探讨了不同前驱体盐浓度对合成纳米流体的影响,成功制备了粒径可控的Ca CO_3纳米流体.利用X射线衍射仪(_(XRD))、场发射扫描电子显微镜(_(SEM))和傅里叶红外光谱仪(_(FTIR))等设备,对制备的纳米流体中Ca CO_3纳米颗粒的形貌和晶体组成进行了表征.此外,基于微通道流动沸腾测试平台,对合成的纳米流体的传热性能进行了评估.试验结果表明:相较于基础流体,合成的乙二醇/水基Ca CO_3纳米流体的换热系数(h)最高可提升19.7%,同时使硅片的表面温度降低了17.6℃.这项研究不仅为煤气化细渣的高值化利用开辟了新途径,而且为乙二醇/水基Ca CO_3纳米流体在电子器件相变冷却中的应用提供了重要参考和指导.
2025年03期 v.54;No.264 485-493页 [查看摘要][在线阅读][下载 1694K] [下载次数：74 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 李金鑫;刘斌;吕鹏;白永辉;宋旭东;郭庆华;于广锁;
气流床煤气化技术作为煤炭清洁高效利用的核心手段,在大规模利用的同时也造成了大量煤气化细渣的产生,如何将其规模化消纳并实现资源化利用迫在眉睫.本文选取榆林某气流床煤气化细渣分选后的富碳组分为研究对象,首先对其化学成分、粒径分布和孔结构等理化性质进行了分析,之后通过添加复合黏结剂冷压成型,并对成型渣的冷强度、热强度和热稳定性进行了评价,最后利用热重分析仪在CO_2气氛下评价了富碳型渣的气化反应特性.结果表明:煤气化细渣分选后的富碳组分具有固定碳含量高和孔隙结构发达的特点,制备的复合黏结剂可有效实现富碳组分的成型,富碳型渣的冷、热强度可分别达到4.48和1.77MPa,热稳定性超过85%,可满足常压固定床气化要求.随着升温速率的提高,富碳型渣气化失重峰向高温区偏移,最大失重温度、最大失重速率均有所提高,利用FWO法和KAS法计算得到的富碳型渣与CO_2的气化反应活化能分别为164和153kJ/mol.研究结果可为开发富碳型渣气化技术提供一定的依据.
2025年03期 v.54;No.264 494-502页 [查看摘要][在线阅读][下载 1424K] [下载次数：36 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 任亮;田佰起;吴亚娟;龚岩;郭庆华;于广锁;
煤气化细渣作为气流床气化的固废产物难以被直接利用,将其分离后的富碳组分进行二次气化是实现煤气化细渣规模化利用的有效方法之一.为了提升煤气化细渣残碳的气化反应性,以空气、二氧化碳、过氧化氢和硝酸为氧化剂,对煤气化细渣浮选残碳(RC)进行了氧化处理.使用热重分析法研究了氧化后RC的水蒸气气化反应性,采用拉曼光谱、X射线衍射仪和N2吸/脱附仪解析了氧化后RC的结构特性.结果表明:相较于RC,氧化后RC的气化特征温度更低,失重速率更快,气化反应性提升显著;结构改善是氧化后RC反应性提升的本质原因,利用空气和二氧化碳氧化后的RC比表面积和孔体积大幅增加,而利用过氧化氢和硝酸氧化有助于RC的活性基团比例和无定形碳结构的显著提升;氧化后RC的结构特性决定了其气化反应性,其中表面活性基团和碳结构无序化程度侧重促进氧化RC的气化初始阶段,孔结构主要影响氧化RC的气化中期阶段.
2025年03期 v.54;No.264 503-511页 [查看摘要][在线阅读][下载 1536K] [下载次数：57 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 刘倩如;黄淄博;周文静;郝南京;魏进家;张浩;田佰起;
煤气化灰渣中的重金属离子对生态环境及人类健康存在严重潜在危害,亟需开发高效的处理方法.碳纳米管(CNTs)具有比表面积大、稳定性高和吸附性能好等优势,通过特定官能团的改性处理可进一步提高其对污染物的去除效果.本研究利用分子动力学模拟方法,探讨了羧基功能化单壁碳纳米管(CNT—~COO-)对煤气化灰渣污染水体中Cu~(2+)和Cd~(2+)重金属离子的吸附行为.模拟结果表明:在重金属混合离子体系中,一次性加入足量碳纳米管对重金属离子表现出较好的整体去除效果.为深入评估吸附机制,本研究还分析了不同官能团覆盖率和溶液温度对吸附过程中径向分布数密度、均方位移等参数的影响.研究发现:官能团覆盖率为25%的功能化碳纳米管能够在0.1mol/L离子浓度下稳定吸附重金属离子,且在混合体系中对Cu~(2+)的吸附性能更优.随离子初始浓度增加,CNT—~COO-对重金属离子的吸附量增加,但其吸附的相对比例逐渐降低.本研究结果为功能化碳纳米管用于重金属离子污染的吸附去除提供了重要参考,同时也为碳基吸附剂的改性研究奠定了理论基础.
2025年03期 v.54;No.264 512-523页 [查看摘要][在线阅读][下载 2283K] [下载次数：117 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 孙振杰;唐彪;董开明;吴松涛;尤晓东;黄潇洋;刘元;张浩;田佰起;郭飞强;
煤气化细渣(CGFS)是一种富含Si,Al和C的无机固体废弃物.然而,其中由硅铝酸盐所形成的玻璃相具有一定惰性,且其内部包裹大量金属元素,严重影响了Si,Al,C资源的高效回收和高附加值产品的质量.为促进CGFS中Si,Al资源有效浸出并实现Si,Al,C资源的协同利用,本研究以煤气化细渣为原料,设计了基于Na_2CO_3活化的强化酸浸工艺,以提高煤气化细渣中Si,Al元素在盐酸中的浸出率.系统考察了活化温度、时间和CGFS与Na_2CO_3的质量比对Si,Al元素在盐酸中浸出率的影响.结果表明:活化温度为850℃、m(CGFS):m(Na_2CO_3)=1∶1、活化时间为60min的条件下,Al元素浸出率达到95.65%,Si元素浸出率为52.48%.采用多种表征手段分析了CGFS在活化、酸浸过程中的结构演化机理,发现Na_2CO_3活化有效破坏了CGFS中的玻璃相,释放出被包覆的金属元素,部分物相转化为易溶于酸的霞石(NaAlSiO_4)相,显著提高了后续酸浸的效率.酸浸后样品的比表面积从94.53m~2/g显著增加到462.81m~2/g,形成了大量微孔和介孔结构.Na_2CO_3活化、强化酸浸工艺可有效提高煤气化细渣中Al,Si元素的酸浸出率.
2025年03期 v.54;No.264 524-533页 [查看摘要][在线阅读][下载 2221K] [下载次数：98 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 李睿;史兆臣;张锋;刘夏青;石岩;张浩;KHUDA B;范美军;陈永强;张伊黎;王学斌;
煤气化渣孔隙结构发达,具有制备高值吸附材料的潜力;通过对煤气化渣分选精碳进行活化,进一步丰富其孔隙结构,从而扩大其比表面积.本研究选取煤气化细渣分选后的高碳产品进行高值化利用相关试验,评价分选技术体系的有效性和高碳产品资源化利用潜力.通过BET测试对高碳产物孔隙率和比表面积进行了表征,探讨了其作为吸附剂的潜力,其中活化温度为900℃,活化时间为120min,活化剂KOH与气化渣质量比为3∶1时样品孔隙结构较发达,比表面积达到1063.522m~2/g.通过固定床反应器试验,考察了不同活化温度、活化时间与活化剂用量制备改性高碳材料对SO_2、NO_x等有害气体的吸附能力,评价了改性高碳材料作为吸附剂的产品价值.改性高碳材料对NO和SO_2吸附效果明显,其中活化温度为900℃,活化时间为120min,活化剂KOH与气化渣质量比为3∶1工况条件下样品对NO和SO_2的吸附量分别达到4.842和13.629mg~/g.通过对吸附过程的吸附动力学分析,利用准二阶模型、Elovich模型及内扩散模型对NO和SO_2的吸附机理进行探索.对煤气化渣的活化改性研究为其处置方式提供了新思路,对其高值化利用具有一定的参考价值.
2025年03期 v.54;No.264 534-544页 [查看摘要][在线阅读][下载 1887K] [下载次数：126 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ]
- 武强;王潇;赵颖旺;张小燕;贾明珲;
矿井突涌水蔓延模拟是水害应急救援与处置方案制定的重要基础,针对数值模拟方法计算速度慢的问题,提出了一种基于煤层底板标高控制区水量均衡的矿井突涌水蔓延模拟方法.基于矿井煤层底板标高和采掘空间展布规律,分析了采掘空间底板标高的局部高点、局部低点和突涌水蔓延过程中的分叉分流点对突涌水蔓延过程的控制作用,据此对采掘空间进行区域划分,提出了控制区的概念及其划分方法.依据水量均衡原理,控制区内积水水位与累积流入控制区的水量存在对应关系,累积突涌水量和控制区邻接关系共同控制着矿井全局突涌水蔓延过程.煤层底板标高控制区的划分和水量均衡方法的使用简化了局部区域蔓延过程计算(控制区内水量均衡)复杂度,缩小了采掘空间拓扑(以控制区为单元)规模,能够大大提高矿井全局突涌水蔓延过程计算速度.但是,对于局部蔓延过程的刻画较为粗略.因此,利用三维流体力学仿真软件Fluent模拟了局部巷道水流蔓延特征,包括水流下蔓时不同巷道坡度条件下的流速分布,以及不同巷道分叉空间结构条件下的分流规律,并利用随机森林方法进行了回归分析建模,用于局部蔓延过程的精细化模拟.以邢台矿西井为例,实现了工作面突涌水蔓延过程模拟,结果表明:利用基于煤层底板标高控制区水量均衡的矿井突涌水蔓延模拟方法可以计算任意时间矿井全局范围的积水水位,动态掌握突涌水蔓延过程,模拟12 h突涌水的计算速度较数值模拟方法提升了近60倍.同时,基于控制区可以快速计算得到避灾与救援线径中关键位置淹没时的累积突涌水量及对应时间,为应急救援与处置提供直接依据.
2025年03期 v.54;No.264 545-560页 [查看摘要][在线阅读][下载 2258K] [下载次数：65 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 贾后省;王艺博;王卫军;姚强岭;刘少伟;李超;彭博;张洲平;弥志伟;
为了揭示大倾角煤层采空区碎石柱承载特性及其对留巷围岩稳定性的影响机制,以花山矿24152大倾角采煤工作面沿空留巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场监测等综合研究方法,掌握了大倾角煤层采空区碎石柱形成规律与承载特性,揭示了碎石柱形成对大倾角煤层沿空留巷稳定性的影响机制.结果表明:采空区碎石堆积形态主要受煤层倾角、煤层厚度、直接顶厚度等因素影响,煤层倾角大于自然安息角是碎石柱形成的前提,采空区碎石柱长度随着煤层倾角的增加而快速增长,随煤层厚度增加而线性减小,而随着直接顶厚度增加,碎石柱长度呈先增长后减小的趋势.碎石柱密实程度的变化特征与碎石柱形成长度变化特征相对一致,且决定了碎石柱的承载特性与留巷周边应力环境状态,在煤层倾角为40°、煤层厚度为3.7 m、直接顶厚度为3 m的条件下,对留巷围岩稳定性起主导作用的采空区一侧顶板区域垂直应力与水平应力差值不超过1 MPa.依据大倾角煤层采空区碎石柱承载特性以及留巷稳定机理,提出了大倾角煤层沿空留巷围岩稳定的技术关键,巷内支架应具有整体强度高、能适应围岩大变形、采空区侧抗冲击等基本特性.据此,研发了大倾角煤层沿空留巷刚柔一体化护巷支架,该支架由单侧支撑式结构与高阻可伸缩横梁组成,高阻可伸缩横梁与单侧支撑式结构铰接,可在留巷围岩大变形过程中,持续保持整体结构稳定,以协同控制留巷围岩大变形.现场工程实践结果表明,碎石柱形成过程及几何形态与理论和数值分析结果高度一致,刚柔一体化护巷支架工作稳定,剧烈采动影响期间顶板最大下沉量在支护体允许的范围内,留巷围岩控制效果良好.
2025年03期 v.54;No.264 561-576页 [查看摘要][在线阅读][下载 10221K] [下载次数：131 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 张玉江;李书乐;杨永聪;冯国瑞;张帅;杜云楼;王千;
钻孔卸压是防治冲击地压的主要手段,卸压孔径是重要的卸压参数.研究动静组合作用下受载试件钻孔卸压单轴压缩力学性质和破坏特征,对钻孔卸压参数优化及保持钻孔卸压后围岩的稳定性具有重要意义.采用三维动静载多场耦合试验系统、DS5-8B声发射采集分析系统和XTDIC三维全场变形测量及分析系统,开展了受载试样钻孔卸压后动载扰动的单轴压缩试验,探究了预静载水平、动载幅值、钻孔直径对试件单轴力学特性和破坏特征的影响.试验结果表明:动静载荷之和小于73%无侧限抗压强度(σuc)时动静组合作用对试件单轴压缩强度起增强作用.扰动后试件的弹性模量明显增大,钻孔对试件强度起削弱作用,且呈正相关,钻孔直径越大,削弱效果越明显.钻孔和动静载荷影响疲劳应变,随着钻孔孔径和动载幅值增大疲劳应变呈线性增大,预静载影响疲劳应变,试件处于压密阶段时,动载扰动会使试样内部原生裂隙压密,疲劳应变较大;试件处于弹性阶段时,裂隙发育很少,疲劳应变减小;试件处于塑性阶段时,出现不可逆的塑性变形,疲劳应变增加.钻孔直径的增加会使试件声发射事件(振铃计数、能量)减少,损伤阈值降低;动载扰动会使试件压密,增加声发射事件,提高试件的损伤阈值,且破坏时瞬间释放的能量变大,试件表现出更强的脆性.钻孔直径的增大改变了试件裂隙发育特征,钻孔直径从0增大到12 mm,试件从拉伸破坏转变为X状共轭斜面剪切破坏,且部分试件表面出现了片状剥落.该研究为钻孔卸压围岩破坏机理的揭示提供理论基础,对钻孔卸压参数优化具有重要参考作用.
2025年03期 v.54;No.264 577-594页 [查看摘要][在线阅读][下载 3887K] [下载次数：24 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 辛亚军;田孟含;姬红英;张东营;高忠国;任金武;赵康;
沿空留巷以提高煤炭采出率、实现工作面Y型通风与采掘接替平衡而得到广泛应用,而巷旁支护体在采空区内塌落矸石侧向推挤作用下极易失稳.通过对沿空留巷采空侧支护体侧向受力失稳分析,提出了沿空留巷支护体采空侧充填堆积体概念,建立了沿空留巷采空侧支护体-堆积体稳定性模型,分析了支护体-堆积体稳定性影响因素,探讨了不同参数条件下堆积体强度特征,开展了堆积体力学特性试验,最后进行了沿空留巷采空侧支护体-堆积体协同承载工业性试验.结果表明:沿空留巷支护体侧向失稳是沿空留巷围岩失稳诱发点,沿空留巷采空侧支护体失稳主要表现为支护体整体移动失稳与弯曲变形失稳;采空侧支护体失稳与采空区内塌落矸石侧向力的大小、方向与作用位置密切相关,在沿空留巷支护体采空侧充填一定强度堆积体利于支护体稳定;采用理论模型计算得到沿空留巷巷旁堆积体宽、高分别为1 433.3和1 708.1 mm(考虑安全选取为1.5和1.7 m),实际堆积体抗拉强度为0.121 3 MPa(现场不小于0.15MPa);同矸石级配粒径下,水泥质量分数与堆积体强度呈近线性关系,水泥质量分数增加到10%后强度增幅趋缓,整体峰值应变呈先增后减趋势;同水泥质量分数下,随矸石级配粒径增加,堆积体强度呈先增加后减小趋势,级配粒径≤8 mm时强度最大,整体峰值应变表现为增—减—增形态;最优堆积体为级配粒径≤8 mm、水泥质量分数10%的P8C10堆积体;采用设计支护体-堆积体围岩控制方案后,顶板未出现明显下沉,支护体侧向变形平均控制在25 mm以内,巷道围岩稳定.
2025年03期 v.54;No.264 595-608页 [查看摘要][在线阅读][下载 1797K] [下载次数：158 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 王雁冰;李雪;阙朝阳;付代睿;胡义重;毛惠刚;雷振;
为探究液氧瞬态膨胀定向泄能过程中气体流场的相变膨胀及流场结构特征,采用高速纹影试验和超压测试系统相结合的方法,开展不同切缝宽度下液氧瞬态相变膨胀试验,并通过统计软件分析纹影图像亮度平均值(Mean)和脉动均方根(RMS)值的变化特征,结合纹影图像推导图像灰度及流场密度梯度关系,研究液氧相变膨胀不同阶段所对应的流场脉动规律,同时基于采集计算的速度及超压等现场数据分析气体流场的动力学变化特征.研究结果表明:液氧相变膨胀过程分为液氧逸出与燃烧阶段、膨胀破坏阶段,其中后一阶段液氧反应气流脉动程度比前者更剧烈,沿药包切缝方向两阶段的气流密度均发生剧烈变化,两阶段结束后流场密度逐渐衰减为环境密度;窄切缝通道加速气体产物的释放速度,增强了气体的局部压缩作用,引导氧气和燃烧气体定向喷射,促使能量集中于切缝方向,随着切缝宽度增大,气体逸出量增加,药包释放能量的集中程度下降,沿切缝方向对应的气流脉动速度逐渐降低;相较于宽切缝液氧药包,切缝宽度较小的液氧药包在瞬态相变膨胀过程中有效提高液氧相变产物的释放效率和控制能量分布,其泄能集中程度决定了对岩石的定向致裂效果,研究可为定向破岩技术提供新思路.
2025年03期 v.54;No.264 609-622页 [查看摘要][在线阅读][下载 2774K] [下载次数：72 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 李群;胡子浩;李示波;梁鹏;韩强;杨思浩;刘紫琼;
含结构面岩体岩爆是损害人员和财产安全的重要灾害之一.基于真三轴单面临空加载岩爆试验,联合声发射监测、三维扫描技术,研究了隐伏贯通结构面参数对花岗岩的岩石强度、岩爆特征和破坏形态的影响,分析了结构面抗剪强度与岩爆坑体积之间的关系.研究结果表明:含不同结构面的岩石抗压强度均有折减;结构面倾角于30°～60°范围内时,其减弱岩石强度的能力先增大后减小,结构面倾角改变,岩爆位置及损伤程度随之改变;结构面长度增加,岩石峰值应力减小,较短的结构面导致岩石发生局部剪切破坏或劈裂破坏,而较长的结构面则引发整体剪切破坏或滑移破坏;注浆可使含结构面岩石抗压强度提升11.6%左右,结构面注浆能够减少剪切作用下结构面位置岩块变形和位移;结构面的存在可使岩石屈服阶段时间占比增加1%～14%,使岩石破坏过程能量“徒增期”个数扩增,且结构面注浆可提升岩体在失稳阶段的持续时间;隐伏贯通结构面的抗剪强度和岩爆剧烈程度存在反比关系,结构面抗剪强度越高,岩样分形维数越低,岩爆坑体积越小,岩爆剧烈程度减弱.含隐伏结构面岩石的岩爆发生机制主体分为剪切滑移型和张拉-剪切混合型2种.研究成果可为地下开采时在高应力情况下含隐伏贯通结构面岩体的工程灾害防控与治理提供参考.
2025年03期 v.54;No.264 623-639页 [查看摘要][在线阅读][下载 4428K] [下载次数：382 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 张宏图;韦佳琪;王登科;李博涛;白云;何彪;袁明羽;卢卫永;
为准确揭示瓦斯在真实煤层中的流动特性,基于瓦斯流动理论,建立瓦斯多机制统一传输模型.采用改进四参数随机生成法(QSGS)构建有效表征煤体孔隙结构的几何模型,并用两点相关函数进行孔隙结构校验.通过数值模拟分析不同流动机制的瓦斯传输模型及在不同入口压力下瓦斯多机制统一传输模型的瓦斯流速分布和瓦斯流量变化规律.研究表明:改进QSGS法重构孔隙结构与真实煤样孔隙结构的两点相关系数曲线在指数拟合曲线上呈现相似的变化规律,能准确表征真实煤体孔隙结构.重构孔隙结构的孔隙数量和有效运移通道均与孔隙率呈正相关关系,孔隙分布随初始生长核分布概率增大而更加均匀.与其他流动机制的传输模型相比,瓦斯多机制统一传输模型其瓦斯流速和瓦斯流量最大,更接近真实煤体孔隙内瓦斯流动规律,且瓦斯流量随初始生长核分布概率的增大而略微增加.瓦斯多机制统一传输模型模拟瓦斯流量与试验测量流量之间的误差随初始生长核分布概率的增大从8.7%增加至10.1%.入口压力增大使瓦斯流速在孔径较窄处显著提升,瓦斯流量呈非线性增长趋势.不同入口压力下,瓦斯多机制统一传输模型模拟流量与试验测量流量之间误差最大为10.2%,进一步验证瓦斯多机制统一传输模型对瓦斯流动规律的描述更接近真实煤样中的流动情况.
2025年03期 v.54;No.264 640-652页 [查看摘要][在线阅读][下载 2022K] [下载次数：52 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 张鹏宇;马砺;石新慧;王少荣;李昭;
采空区煤自燃和有害气体涌出会影响矿井安全生产,采空区环境预测对隐患识别有重要意义.本文通过对采空区环境特征数据采集分析,确定了采空区绝对压力、环境温度、O_2浓度和CO浓度等环境参数的变化规律,利用皮尔逊相关系数计算环境特征参数的相关性.采用经验模态分解法(EMD)对环境特征序列进行自适应时频分解,利用核主成分分析法(KPCA)将分解后的数据映射到高维特征空间,建立了基于时序优化的长短期记忆神经网络(LSTM)采空区环境多参数预测模型,并对某煤矿五采区采空区环境参数进行预测.结果表明:采空区环境参数演化具有多尺度、非平稳的时序特性,EMD分解揭示了参数序列在不同时间尺度上的本征特征;O_2浓度波动与绝对压力变化表现出明显的相关性,CO浓度和温度序列则呈现出较强的非线性和突变特征;基于KPCA的降维处理保留了98.12%的数据信息量,显著降低了特征冗余.时序优化后的LSTM模型在预测性能上取得显著提升,相比优化前的模型,优化后模型的预测精度大幅提高,具有较高的泛化能力和鲁棒性,挖掘关联环境参数序列间的耦合关系,提高了采空区环境参数预测的精度.
2025年03期 v.54;No.264 653-666页 [查看摘要][在线阅读][下载 1946K] [下载次数：449 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 高飞;贾喆;常江楠;刘婧;张勋;
抗氧剂还原型谷胱甘肽(GSH)对煤氧化自燃进程具有明显的惰化作用.为明晰GSH对煤中不同活性结构的抑制效果的差异,本文制备了相应的活性结构模型化合物,通过程序升温试验和X射线光电子能谱技术探究GSH对各活性基团氧化的抑制效果,并采用量子化学方法分析GSH与活性结构间的相互作用和反应活性.结果表明:虽然不同模型化合物的初始产气温度不同,但加入GSH后,各模型化合物的初始产气温度均有不同程度的增加,且整个过程中释放的CO含量也基本低于处理前样品.经GSH处理的模型化合物氧化过程中高价态含氧官能团的变化均低于处理前,说明GSH能有效抑制这些活性结构的氧化进程,这与宏观试验中指标气的释放减少是一致的.各模型化合物中的反应位点集中在亚甲基、羟基、羧基、甲氧基和巯基等附近;GSH中的活性位点则集中在S—H键附近.反应过程中,除GSH与噻吩间的相互作用一直维持范德华力外,GSH与其余模型化合物间的相互作用均可从范德华力转换成共价键作用并发生自发进行的放热反应,说明GSH是与煤中关键活性结构发生反应从而阻断煤自燃过程的.对比GSH与各活性结构的反应活性,GSH对烃类官能团和硫醇类含硫结构的惰化效果明显优于含氧官能团和芳烃官能团.研究结果为实现还原型谷胱甘肽的工业应用提供理论支持.
2025年03期 v.54;No.264 667-679页 [查看摘要][在线阅读][下载 2818K] [下载次数：61 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 华凯敏;季轩宇;陈志强;桑树勋;
人类对化石能源的过度依赖导致过量CO_2排放与全球温室效应加剧,成为21世纪人类社会所面临的最大挑战之一.新能源开发与CO_2减排成为全球共同使命,而制氢技术和利用氢气还原CO_2制化学品技术因其负碳效益和经济潜力而备受关注.本文分析了当前国内外制氢技术和CO_2加氢还原技术的研究进展、挑战与前景.其中我国绿氢制备与氢气还原CO_2技术处于国际领先地位,但仍面临成本高、转化率低、氢储运安全性和复杂催化体系等问题,限制了商业化进程.因此,相较于传统光/电解水制绿氢,开发低成本、高效率、无需储运的新型CO_2加氢制高值化学品技术体系显得尤为重要.生物质制绿氢耦合CO_2还原联产多种精细化学品提供了一条独特的碳循环路径.该技术在电催化、光催化和水热催化下,通过生物质脱氢生成的绿氢直接还原CO_2生成甲酸、甲醇等化学品(CCU范畴),同时生物质氧化生成乙酸、乳酸等高值化学品.该技术在反应器中仅需维持较低压力氢气,避免了高压氢气的压缩与储运,而且可兼容多种低品位能源(低谷电能、太阳能、工业余热等),实现CO_2转化全流程高效率、低成本、无污染.因此,本文评述了近年来生物质“绿氢”还原CO_2制高价值化学品的研究进展,包括糖类、藻类、甘油、醇类、木质素等脱氢氧化耦合CO_2还原的反应体系、机理及产物选择性,深入讨论了影响反应性能的关键因素.研究表明:未来氢能在能源体系中将发挥保障国家能源战略“接替”与“主力”作用,本着模拟自然、加快地球碳循环的理念,可再生且适于工业化应用的生物质作为CO_2还原的氢供体极具前景.通过电催化法、光催化法、水热法高效快速转化生物质废弃物以及CO_2,不仅从本质上解决能源枯竭与CO_2问题,助力双碳目标的实现,而且该技术具有显著经济效益,具备工业化可行性,为推进负碳技术的应用和发展提供新的理论与技术支撑.
2025年03期 v.54;No.264 680-697页 [查看摘要][在线阅读][下载 1875K] [下载次数：1741 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 俞时;李晓;褚睿智;吴国光;孟献梁;苗真勇;
煤粉的粒径分布和级配方式,对水煤浆的流动特性、稳定性影响显著.为克服水煤浆中煤粒粒径跨越多个数量级带来的尺度问题,依照煤粒的布朗运动在工业生产的时间尺度上是否可被忽略,将煤粒分为小粒径颗粒(“扩散主导”)与大粒径颗粒(“沉降主导”),并使用随机旋转动力学-分子动力学(SRD-MD)耦合模拟方法探究小粒径颗粒的动力学,使用斯托克斯动力学模拟大粒径颗粒在流体中的运动.计算结果表明:SRD-MD耦合模拟方法对双分散球形固体颗粒悬浮液表观黏度随固体颗粒体积分数变化规律的预测,符合已有研究中玻璃颗粒悬浮液的试验结果.应用该SRD-MD耦合模拟方法模拟典型的三峰级配水煤浆体系中细浆颗粒与超细浆颗粒,并将其模拟计算结果与已有研究中玻璃颗粒悬浮液试验结果(悬浮液表观黏度与固体颗粒体积分数的关系)的拟合曲线相结合,能够预测三峰级配水煤浆的表观黏度,且该预测较为符合试验结果.当使用斯托克斯动力学模拟三峰级配水煤浆中粗浆颗粒在重力场中的沉降时,可以获得大粒径颗粒群的动态结构,且大粒径颗粒的下降距离表明斯托克斯动力学能够以较少的计算资源模拟工业尺度下粗浆煤粒的沉降过程.
2025年03期 v.54;No.264 698-710页 [查看摘要][在线阅读][下载 1717K] [下载次数：122 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] -
<正>《中国矿业大学学报》是由中国矿业大学主办,刊登自然科学各个领域最新研究成果,具有矿业特色的综合性学术刊物,被《工程索引》(Ei Compendex)、Scopus、《化学文摘》(CA)、《文摘杂志》(AJ)、《中国科技论文与引文数据库》(CSTPCD)等20多种国内外重要检索刊源数据库收录。1.来稿要求及注意事项1)来稿应主题突出、论点明确、论据可靠、数据准确、语言精练,在科学和学术上具有创新性。2)论文组成包括题目、作者姓名、作者单位(具体至院、系、所)、所在省市及邮政编码、摘要、5～8个关键词(以上均需用中、英文表述)、中图分类号、通信作者简介、正文、参考文献。3)题目应反映文章主要内容,一般不用副标题,不超过20个汉字,避免使用非公知的外文缩写。4)摘要包括研究对象(目的)、研究方法或手段(所用仪器设备、材料)、结果和结论,200～300字为宜。
2025年03期 v.54;No.264 711页 [查看摘要][在线阅读][下载 366K] [下载次数：0 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] 下载本期数据