针对多床式热逆流氧化装置陶瓷床的设计难题,基于蓄热式换热器的设计计算方法,形成了一套多床式热逆流氧化装置陶瓷床的设计计算方法,研究了燃烧室温度、进气甲烷浓度下限值和进气流速3 个关键参数的影响.陶瓷床所需蓄热体体积随燃烧室温度设定值的升高和进气甲烷浓度下限值的降低而升高.随进气流速增加,所需蓄热体体积逐渐减少,但蓄热体的高度线性增加.综合考虑投资及运行成本确定了一组设计参数,即燃烧室温度设定为 900℃,进气甲烷浓度下限值设定为0.25%,进气流速设定为2m/s.经设计计算,原料气处理量为 10 万m3/h的五床式热逆流氧化装置,5 个陶瓷床共需要使用蓄热体97.75 m3,蓄热体高度为 1.85 m.
新建矿井由于运行时间较短,对瓦斯含量和地质信息勘探较少,在煤与瓦斯突出预测中存在较大困难.以山西某矿为研究背景,利用地勘钻孔瓦斯含量、瓦斯涌出量反演瓦斯含量以及瓦斯压力正演瓦斯含量相结合的多元数据融合分析方法,对山西某矿瓦斯含量进行预测,对突出危险预测敏感指标及其临界值进行确定.采用3 种方法对瓦斯含量进行多元对比分析,结果表明,山西某矿瓦斯含量符合常规瓦斯地质规律,即与标高呈正相关关系;三者数据样本稳定,使得多元数据综合预测瓦斯含量更为可靠;通过对山西某矿 10 号煤层瓦斯含量预测可知,百米瓦斯含量增加2.6 m3/t,瓦斯风化下界为-257 m;根据邻近矿井煤与瓦斯动力参数与0.74 MPa下的瓦斯含量对比,确定瓦斯含量6m3/t为该矿发生瓦斯突出的临界值.
为了探究煤与瓦斯突出冲击气流在巷道内的传播规律,运用Fluent数值模拟软件研究了突出冲击气流在巷道内的运动过程,分析了不同时刻突出冲击气流压力、速度及突出瓦斯浓度在巷道内的变化情况,获得了突出冲击气流在巷道内的形成及传播规律.结果表明,突出发生瞬间,由于高压瓦斯气体的急剧膨胀,在巷道内形成了超音速运动的突出冲击气流;突出瓦斯气体的运移速度要比突出冲击气流的传播速度小得多,在突出口附近形成了高浓度瓦斯区域;突出冲击气流压力与初始瓦斯压力呈正比关系,突出冲击气流在巷道内的传播是一个不断衰减的过程;突出发生前期,在突出口附近,突出瓦斯气体的运移方式以驱替运移为主,当高压瓦斯气体完全膨胀做功后,突出瓦斯气体的运移方式以自由扩散为主.
为提高地面井抽采效率及优化地面井井位选择,基于岳城矿 1301下工作面概况、岩层参数及综合柱状图,采用FLAC3D构建岳城矿综采工作面数值计算模型,对采场覆岩运移规律进行模拟计算分析.通过模拟 1301下综采工作面回采情况,分析了采动过程顶底板塑性区变化及覆岩应力变化规律,得到了综采工作面推进至预抽井附近时的应力演化特征,并进一步分析了综采工作面推进至预抽井附近时的应力演化特征,为预抽井井位优选提供了理论依据.
为了提高煤矿生产技术管理水平和保障煤矿高效安全生产,通过基于业务中台、数据中台和AI中台的三中台架构研发煤矿生产技术管理平台,实现业务协同、数据共享和数据驱动智能决策.结果表明,AI中台使用特征工程完成数据预处理、特征选择、降维等工作,融合多源异构数据,可以提升数据质量,并对数据进行分类和聚类,找出数据之间的关联性,挖掘数据价值;微服务架构体系技术以组件化的方式分解多个服务,使数据和信息在各要素间、各系统间的无缝传递.煤矿生产技术管理平台能够快速构建业务应用,解决数据的价值传递、业务系统协同等难题,满足煤矿智能化和大数据的深度融合与应用需求.
水葫芦作为常见的水生物质,显示出良好的燃烧特性,将其与煤混合燃烧可以将两者的优势互补,改善其燃烧特性,提高能源利用效率.选取无烟煤和水葫芦为研究对象,研究其烟气排放特性,研究了燃烧温度、混合比例对SO2 和NOx的释放影响,在此基础上设计响应面试验并行参数优化.结果表明,不同掺混比例的混合物料中水葫芦的比例越高,SO2 和NOx的排放量越低,其中物料比例为5/5时SO2 的释放量最低,物料比例为4/6 时NOx的释放量最低.不同温度下燃烧时,SO2 和NOx的总释放量在900℃最高.影响SO2 和NOx释放量的主次因素顺序为:物料比例＞温度,SO2 和NOx 释放量最低的因素水平组合:物料比例 1.037,温度为725.72℃.为实现水生生物质与煤的优化耦合燃烧提供了一定的实践价值,具有指导意义.
为解决胶带机的返程胶带带粉严重,胶带运行时胶带与各滚筒碰撞和产生挤压作用粉尘荡出,造成胶带机沿程和驱动间等处粉尘较大的问题,研发了胶带机返程干式清扫机组.通过该机组在神华北电胜利能源有限公司302 号胶带机的现场应用表明,该胶带机返程干式清扫机组对胶带的清扫效果明显,实现了胶带的干式清扫,能保证物料 100%回收,不产生二次污染并且实现了机组的自动化运行,保障了胶带机的安全高效作业.
能源危机是人类面临的重大危机问题之一,而发展高效清洁能源与先进的能量收集技术是解决能源问题的两个重要措施.基于摩擦起电机制的摩擦纳米发电机(TENG)技术能有效把"游荡"在自然界中的机械能转换成电能,既具有能量收集功能还具有传感功能.提出一种基于空腔—悬臂梁质量块式频率可调TENG发电结构(简称"CCM-TENG"),其性能可通过改变质量块重量、悬臂梁材料和几何属性进行调控;基于Hertz接触模型,构建了考虑弹性变形、表面粗糙度的CCM-TENG发电结构性能的理论分析模型.实验测量了所提出的CCM-TENG的性能,并分析了影响其性能的关键因素.所构建的理论分析模型得到了实验结果的验证.
以MG1000/2500-WD型采煤机为研究对象,根据采煤机截割部基本结构特征,构建采煤机截割部刚柔耦合动力学模型,从转速、加速度、啮合力、应力4 个角度开展采煤机截割部仿真分析.根据仿真分析结果,获取采煤机截割部摇臂截割过程中应力云图以及关键点应力曲线,确认采煤机截割部摇臂的受力特点,再以此为基础实施摇臂优化设计,具体设计过程包括摇臂瞬态分析以及摇臂优化设计2 部分.为验证所提出采煤机截割部摇臂优化设计的有效性,将优化设计应用于工程实践,最终确认优化设计具有一定的应用价值.
在废弃矿井地热资源供热利用中,针对水损失会影响循环换热系统换热效果的问题,提出一种地热资源再开发与循环利用技术.首先,分析地层渗透率、储层平均渗透率和地温梯度在循环换热系统水损失中的影响,根据分析结果优化循环换热系统;然后,优化单井同轴套管闭式循环换热系统,设计双层保温管结构缓解水损失情况,并对固井水泥成分加以研究,确定最优成分占比范围.在河北省的某处废弃矿井开展实验,经验证可知,优化后的循环换热系统在进出口温度方面得到了优化,提高了对废弃矿井地热资源的开发利用效果.
为了改善豫安煤矿矿山地质环境,减轻煤矿开采引发的地质灾害,修复地貌景观和土地资源,对该矿山地质环境影响进行了评价.研究区主要地质灾害为地面塌陷、地裂缝,采矿活动没有破坏含水层或对含水层的影响破坏较轻,对原生地形地貌景观破坏程度较大,矿山活动对土地资源破坏程度严重.基于此,提出了矿山地质环境综合治理技术,包括场地平整技术、道路技术、排水渠技术、绿化技术、土壤培肥与翻耕、管护技术等.研究可最大限度地避免或减轻采矿活动对矿山地质环境的影响和破坏,实现矿山地质环境的有效恢复.
煤与瓦斯突出事故风险是政府重点监管与防范对象,现有煤与瓦斯突出事故风险评价主要面向煤矿企业,缺乏面向政府监管的瓦斯突出事故风险评判模型.基于适时可采集的瓦斯监测数据和煤矿采掘基础数据,采用层次分析法,从动态指标和准静态指标2 方面建立了矿井煤与瓦斯突出事故风险评价模型.动态指标方面从监测点瓦斯浓度数理变化特征揭示瓦斯浓度超限风险,静态指标方面从原始煤层突出危险性和采掘因素评价各采掘工作面表征煤与瓦斯突出风险,并基于监察执法结果样本数据,采用Logistic回归模型和层次分析法确定各指标的权重.最后依托事故风险分析平台,将本模型应用到实际监管监察中.应用结果表明,该模型评判结果符合实际情况,可以为精准执法提供支撑.
静态破岩技术与传统爆破技术相比具有无火花、无冲击波、无大面积震动等优点,为了得出静态破碎作用原理,确定静态破碎剂的配比参数对静态破碎剂的膨胀性能及破碎效果的影响,通过理论分析、实验测试等手段对其进行研究,研究结果表明,实验确定以氧化钙、硅酸盐水泥、石膏、钠基膨润土、聚羧酸高效减水剂和粉煤灰为原料制备静态破碎剂,得到了静态破碎剂优化配比;测得优化配比下的膨胀力平均值为40 MPa,可以满足大部分岩石的破碎要求,同时,可以极大减少粉尘的产生,减轻在煤矿工作中造成的污染.
为了探索布井方式和注气对边底水裂缝性气藏开采效果的影响和作用机制,以孔隙型和孔隙/裂缝型岩心为基础,将不同岩心串联形成边底水裂缝性气藏物理模拟模型,在此模型上开展布井方式和注气对气藏开采效果影响评价实验,探究了水侵影响气藏采收率的作用机制.同时,为了保证仿真模型与目标气藏地质结构和空间特点相似,研制了基质/孔隙、基质/裂缝型岩心.结果表明,当岩石渗透率较低时,水相毛管力急剧增大,难以发生"水封气"现象,由此引起的气体动态储量减小.因此,在边底水裂缝性气藏内远离裂缝发育的低渗区布井开采效果要优于高渗区布井.当气井位于裂缝性气藏低渗区时,气井生产过程中高渗区部分气体会沿裂缝运移到低渗区,致使高渗区压力降低,水侵量增加.此外,由于高渗区气体压力较低,"水封气"储量较小,因而该区域上实施注气开采效果较差.
由于传统的冶金地质勘查技术水平不高,导致勘查效率较差、地质勘查效果差,为了提升冶金地质整体勘查效果,研究了遥感测绘技术在冶金地质勘查中的应用.利用遥感测绘技术获取冶金矿区地表数据,结合瞬变电磁法、高密度电法等多物探方法绘制电阻率切片图以及地质层位发育情况图等,获取冶金地质信息,实现冶金地质勘查.应用结果表明,基于遥感测绘技术的勘查结果与实测钻探结果基本一致,证明利用遥感测绘技术所得地质勘探结果具有精准性、有效性,地质勘查效果好.根据冶金地质勘查信息提取冶金地质矿区内部构造及特征,获取冶金矿石品位等级变化规律,能够为冶金地质勘查工作的开展提供指导.
渤海S油田高含水问题凸显,造成产油量降低、井下管柱损害以及电泵设备过载等问题,严重制约油田开采效率.采用无因次累计产油量—含水率曲线法对渤海S油田 107 口水平生产井的出水规律进行归类和分析,利用灰色关联法对各出水因素的敏感性进行分析,并提出了相关控水建议.通过研究,归纳总结了该油田的5 种出水类型,其中出水严重的生产类型(凸形、平行直线型)占比57%,而各因素的敏感性排序为投产时间＞渗透率离散系数＞水平井段长度＞平均渗透率＞采液强度.基于出水规律与影响因素的敏感性研究结果,提出了具体的控水措施与建议,对渤海S油田及其他类似高含水油田有较好的指导意义.
将基于ZY10000/19/38 型两柱掩护式液压支架基本结构,通过有限元分析软件构建两柱掩护式液压支架有限元模型,并以此为基础进行两柱掩护式液压支架有限元仿真分析,根据分析结果提出液压支架结构优化方案,最终将优化方案应用于工程实践,检验优化方案的可用价值.
为解决锦丘煤矿建筑物下采煤地表沉陷控制问题,理论分析了膏体充填开采地表沉陷曲线及关键影响因素,并提出了覆岩稳定性判据.通过数值模拟,研究了膏体充填开采对地表开采沉陷的控制效果,提出了膏体充填开采工艺,最终进行了地表沉陷观测检验充填开采对地表开采沉陷的控制效果.现场监测数据表明,采用膏体充填时,地表最大沉陷量为96 mm,位于距离切眼493 m的采空区中心位置.研究成果可为建筑物下煤层充填开采提供借鉴.
通过能源路由器实现台区间功率互联,能够有效实现能源跨区域共享,提升配电系统的供电可靠性.提出了一种基于多端口能源路由器的配电台区间协同控制策略以改善台区配变负载率,使台区配变接近最佳效率点,最终提升多台区运行经济性.首先,简要介绍了台区间基于能源路由器的能源交互方式以及协调控制流程;然后,以台区配变最佳负载率为目标函数,建立了台区间优化控制模型;最后通过算例验证了多端口能源路由器在配电台区间的优化控制效果.
采用地面瞬变电磁法勘探技术,在主要大巷、首采面、次采面范围内对影响主要煤层开采的含水层的富水性进行探测,研究得出了探测区内延安组、直罗组、安定组及基岩风化带岩层低阻异常分布,圈定了异常区范围;分析了探测区内主采煤层(2 煤)及其顶板砂岩低阻异常分布,圈定了异常范围;获得了不同异常区的平面、垂向联系以及探测区内主要断层构造的富水性情况.研究可为井筒、巷道开拓以及生产阶段煤层的安全回采提供参考.
