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矿业安全与环保 2019年第02期杂志 文档列表

矿业安全与环保杂志试验研究

基于主成分分析法的东荣一矿煤层自然发火指标气体实验研究1-5

摘要：为有效预防东荣一矿由煤自燃引起的灾害,通过煤自燃氧化实验,研究东荣一矿煤层自然发火特性,测定出实验煤样标志气体出现的临界温度并分析其体积分数随煤氧化温度的变化规律;运用主成分分析法对温度、一氧化碳体积分数φ(CO)、烯烷比φ(C2H4)/φ(C2H6)等9个指标进行综合评判分析,优选出对预测煤自燃起主导作用的指标。研究结果表明,指标气体出现的临界温度及其规律性可以反映出煤的自然发火过程。根据指标气体优选原则和主成分分析法的优选结果,建立以φ(CO)、φ(C2H6)、φ(C2H4)、φ(C2H2)作为主要指标,以烯烷比φ(C2H4)/φ(C2H6)作为辅助指标的东荣一矿煤层自然发火预测预报体系,提高了煤层自燃早期预测预报的准确性,实现了对矿井火灾的预防。

煤矸石燃烧过程中汞的释放规律及其动力学研究6-9

摘要：我国煤矸石电厂的装机量已达30000MW,煤矸石电厂排放的汞对环境造成的污染不容忽视。为了建立和完善汞控制技术的理论基础,对煤矸石燃烧过程中汞的释放规律及其动力学进行了系统研究,结果表明:随着层燃温度的升高和停留时间的延长,煤矸石中汞的释放率逐渐增大;汞释放规律符合一级动力学方程,1^#、2^#煤矸石中汞释放反应的活化能E分别为25.25、18.77kJ/mol,频率因子A分别为0.796、0.189min^-1。

掘进巷道湿喷施工过程粉尘弥散规律研究10-14

摘要：为了研究长压短抽通风条件下湿喷施工作业产尘在掘进巷道空间内的弥散规律,应用Fluent软件中的离散相模型,对湿喷中的初喷施工产尘、复喷施工与凿岩机破岩同时作业时产尘进行数值模拟,得到了粉尘在巷道中的弥散规律。研究结果表明:压风侧初喷作业粉尘质量浓度高于抽风侧初喷作业粉尘质量浓度,且掘进巷道端头附近尤为明显;压风侧或抽风侧复喷施工与凿岩机破岩同时作业时,粉尘质量浓度变化规律均为沿程先降低,后因复喷作业而升高,然后再降低。根据粉尘弥散规律,提出了相应的防尘建议,以减轻粉尘对施工作业人员的危害。

基于COMSOL动态模型的采空区连续注氮模拟研究15-19

摘要：为明确煤矿采空区动态连续注氮的可行性及优点,以瑞安公司014N1^-1综放工作面为例,使用COMSOL模拟软件建立采空区动态连续注氮模型,开展数值模拟研究,分析了采空区N2动态分布、最高温度变化规律,以及采空区氧化带宽度、工作面和采空区瓦斯及CO体积分数动态变化规律等。在动态注氮口距切顶线20m、注氮量为360m^3/h条件下,可以提高高浓度N2的连续分布效果,能显著降低采空区温度增长率、温度、氧化带宽度,还可有效降低采空区及工作面的瓦斯、CO体积分数。动态连续注氮不但能在小注氮量条件下有效防治煤炭自燃,还能治理工作面瓦斯及CO体积分数超限。

水力压裂增透效果综合物探检验技术研究20-24

摘要：为检验煤矿瓦斯治理工程中水力压裂增透影响范围,采用电磁波CT法、矿井瞬变电磁法及矿井高密度电法等3种物探方法,分别在水力压裂前后对工作面穿层钻孔压裂区进行探测试验,研究了各物探方法对水力压裂的地球物理响应特征,并验证其有效性。研究结果表明:压裂钻孔周围煤岩层的电性参数在注水压裂后发生了明显变化,电磁波CT法表现为在压裂钻孔位置5~15m内的围岩场强衰减增大,瞬变电磁法表现为在压裂钻孔附近约20m范围的视电阻率降低约1.5~2.0倍,矿井高密度电法表现为相对低阻区由压裂钻孔侧向探测巷道方向延展的特征。瓦斯抽采及回采揭露情况与试验结果基本相符。

表面活性剂复配对煤尘润湿性能的影响研究25-28

摘要：为解决井下煤尘不易被水润湿的问题,选取表面活性剂进行复配,加入水中制成复配溶液,用以改善水对煤尘的润湿性能。对22种不同类型的表面活性剂进行煤尘沉降实验,优选出5种表面活性剂,并将优选出的表面活性剂进行等比例复配,得到9种表面活性剂复配溶液。对表面活性剂复配溶液再次进行煤尘沉降实验,结果表明:在复配剂质量分数为0.20%~0.60%时,快渗T和SAS-60的复配溶液比SAS-60单体溶液对煤尘具有更好的润湿效果;在复配剂质量分数为0.30%~0.50%时,OA-12和Lutensol XP-90的复配溶液比2种表面活性剂单种溶液对煤尘具有更好的润湿效果。

矿用聚氨酯材料反应放热引发井下火灾机理的实验研究29-33

摘要：针对矿用聚氨酯材料反应过程中放热可能引发井下火灾的问题,采用升温氧化实验和热分解实验方法,分析可能引发井下火灾的原因。研究结果表明,引发井下火灾的原因有2种:聚氨酯材料内部热量积聚并通过裂隙与氧气接触引起自身燃烧导致外因火灾;聚氨酯材料反应放热加快周围煤体自燃导致内因火灾。井下其他可燃物--木材、竹纤和棉纱不会直接引燃煤和聚氨酯,但会加速发火进程。聚氨酯材料氧化会产生CO,需加强井下火灾的预测预报。

静态膨胀剂的放热特性及其对煤自燃的影响分析34-37

摘要：为了防控应用静态爆破技术给煤矿安全生产带来的隐患,从实验的角度分析了静态膨胀剂的膨胀升温机理,验证了不同条件下静态膨胀剂的升温情况,分析了其对煤自燃产生的影响。结果表明:静态膨胀剂对水敏感性较高,与水混合后具有较强的放热能力,膨胀剂与水按100∶2的体积比混合,经过2h水化反应后膨胀剂最高温度为86.0℃,且放热量随着水的比例增加而增大。膨胀剂的放热增强了煤体氧化活性,缩短了煤的自然发火期。

复杂高硫煤碱处理化学脱硫及机理初探38-41

摘要：为降低高硫煤中的硫分,利用碱对高硫煤进行化学脱硫,考察了碱的种类、NaOH质量浓度、反应温度、反应时间、预处理温度、煤样粒度等对脱硫效果的影响,并对脱硫机理作了初步分析。利用正交试验考察了预处理温度、NaOH质量浓度、原煤粒度对脱硫效果的影响程度,确定较佳的因素水平并进行优化。在常压、预处理温度为200℃、NaOH质量浓度为15g/mL,原煤粒度小于0.074mm的条件下,硫分可从原煤的6.91%降至精煤的2.43%,脱硫率可达64.83%,灰分可降至11.72%。

横向风速和喷雾压力对降尘喷雾特性的影响42-46

摘要：利用Fluent数值模拟软件对喷嘴喷雾特性参数进行定量分析,建立风速为2m/s、喷雾压力分别为8.0、10.0、12.5MPa,以及喷雾压力为8.0MPa、风速分别为1、3m/s共5种模拟方案,分析雾滴质量浓度的分布及雾滴速度。模拟结果表明:当横向风速由1m/s增至3m/s时,喷雾射程由4.0m减至1.8m,距喷嘴2m的垂直平面上雾滴最高质量浓度由0.12kg/m^3降到0.03kg/m^3,表明风速越高,雾滴速度衰减越快,到达同一平面时的雾滴质量浓度及速度越小;当喷雾压力由8.0MPa升至12.5MPa时,喷雾射程由2.4m增至3.0m,距喷嘴2m的垂直平面上雾滴最高质量浓度由0.08kg/m^3增至0.10kg/m^3,粒径小于25~30μm的雾滴所占比例由70%增至90%,说明喷雾压力越高,喷雾效果越好,雾滴的抗风能力越强,到达同一平面时的雾滴粒径越小,雾滴质量浓度及速度越大。

大采高煤层综采工作面采空区自燃“三带”立体分布规律研究47-50

摘要：为了探索大采高煤层综采工作面采空区自燃"三带"在不同高度下的分布规律,以马泰壕煤矿3102综采工作面为研究对象,构建了工作面采空区自燃"三带"立体取样分析系统。通过分析氧气、一氧化碳、二氧化碳等煤自燃指标气体变化规律,对采空区不同高度下自燃危险性区域进行了划分。通过建立数值模型,利用数值模拟软件进行验证,确定了采空区立体自燃危险性区域。研究结果表明:大采高煤层综采工作面采空区"自燃带"沿垂直高度上逐渐变宽,自燃危险性区域变大。在采取注氮、注浆、注三相泡沫等防灭火措施时,应提高灌注高度、扩大灌注范围。

矿业安全与环保杂志开发设计

含挥发性颗粒物采样装置的设计与实验研究51-56

摘要：为了能够采集、检测环境中的挥发性颗粒物,基于挥发性颗粒物热脱冷凝的物理特性和采样装置的采样原理,设计出含挥发性颗粒物采样装置,并计算了串级冲击采样装置的相关参数;基于电磁的磁性原理和齿轮传动原理设计了自动换膜装置。挥发性颗粒物采集影响因素正交实验及采集效率实验结果表明:采样时间、制热温度、制冷温度是影响挥发性颗粒物采集率的主要因素。在采样时间为5 min、制热温度为40℃、冷凝温度为15℃时,挥发性颗粒物的采集率达到60%~80%,总采集率达到80. 21%~90. 79%。该装置能够为实验研究提供一种操作简易、精度较高的挥发性颗粒物收集手段。

矿井风网三维仿真技术研究与系统设计57-60

摘要：针对目前大多数煤矿对局部通风管理薄弱的现状,为保证通风系统稳定、可靠地向井下各用风地点输送足够的新鲜风流,以达到稀释井下有害气体浓度、调节井下环境温度等目的,基于三维仿真技术研发了矿井风网三维仿真系统。介绍了该系统的技术框架,阐述了系统设计思路、软件系统架构及功能等,应用实例表明,矿井风网三维仿真系统能够实现矿井风流实时模拟、巷道通风情况动态显示,一旦发现通风异常情况能够提供实时报警信息,可为矿井通风安全管理提供有效技术手段。

矿业安全与环保杂志应用技术

顶板预裂爆破技术在工作面初采期瓦斯治理中的应用61-65

摘要：高瓦斯煤矿坚硬顶板大面积垮落过程会引起大量瓦斯骤然涌出,必然导致工作面上隅角瓦斯积聚和回风流瓦斯浓度超限。为研究顶板预裂爆破技术在工作面初采期瓦斯治理中的效果,以余吾煤业S5202综放工作面为背景,分析了坚硬顶板大面积垮落所造成的上隅角瓦斯积聚和瓦斯浓度超限原因,设计优化炮孔的布置参数及其爆破的时间和方式,顶板预裂爆破技术实施后绘制工作面的走向和倾向压力分布曲线。研究结果表明:顶板预裂爆破实施后,坚硬顶板及时垮落,形成垮落裂隙,预裂裂隙及时连通高抽巷,在工作面推进过程中,本煤层和邻近层卸压瓦斯被高抽巷抽走,初采期瓦斯涌出量大为减少,瓦斯治理效果明显,未出现上隅角瓦斯积聚和回风流瓦斯浓度超限等现象。

超宽综采工作面隐伏陷落柱探测技术研究66-69

摘要：针对宽度超过260m的超宽工作面内部可能存在的隐伏陷落柱,对工作面的安全回采带来严重影响的问题,首先采用矿井音频电透视技术对工作面顶底板40m范围内导含水地质构造体进行普查,为探查钻孔提供靶区,然后在疑似陷落柱区域使用矿井高密度电测深法圈定陷落柱范围,为后续治理工作提供精确参考资料。通过对平朔公司井工一矿19108工作面内部隐伏陷落柱构造进行探测,结果表明:这两种组合物探方法能够较准确定位到宽度达300m工作面内的陷落柱,在成果图中均呈现低阻反映,也说明了综合物探方法是提前探测工作面内部导含水地质构造的有效技术手段。

基于因子分析与BP神经网络的煤与瓦斯突出预测70-74

摘要：为提高煤与瓦斯突出预测的可行性与准确性,将因子分析法与BP神经网络方法相结合,提出一种改进的BP神经网络预测方法。根据平顶山八矿煤与瓦斯突出相关主要影响因素的原始数据,使用因子分析法对9个煤与瓦斯突出影响因素的原始数据进行降维处理,得到3个公共因子;将3个公共因子代替原有的9个煤与瓦斯突出影响因素作为BP神经网络输入层参数,建立因子分析法与BP神经网络法相结合的煤与瓦斯突出预测模型,对平顶山八矿煤与瓦斯突出进行预测。选取平顶山八矿煤与瓦斯突出样本对改进的BP神经网络预测方法进行验证,结果表明:3个预测样本的相对误差分别为1.79%、3.54%、0.83%,均小于10.00%。采用改进的BP神经网络预测方法可有效解决传统的BP神经网络因为输入层参数过多而数据处理效率低、迭代速率慢与精确度低等问题。

煤层气水平井弱凝胶钻井液体系的应用研究75-78

摘要：为解决晋城潘庄区块15号煤层水平井不易成孔、井壁易坍塌等施工难题,采用煤层气井井下观测、钻井液材料优选实验、钻井液体系室内评价实验等研究方法,对煤层气水平井弱凝胶钻井液体系进行了优化研究,并在SHH02-4水平井进行了现场应用试验,结果表明:采用弱凝胶钻井液体系能保证安全钻进,且残渣易降解、污染小,相对于周边L形井钻井周期缩短了6%,水平段钻井长度增加了190m,该井在排采初期日产煤层气1320m^3,有望实现高产,说明弱凝胶钻井液体系在煤层气水平井中具有良好的适用性。

基于S7-1200的瓦斯智能混配系统设计与工艺技术研究79-83

摘要：为了有效提高打牛厂煤矿抽采的低浓度瓦斯利用率,提升瓦斯发电站经济效益,基于西门子S7-1200PLC控制系统,研发出高低浓度瓦斯智能混配系统。介绍了高低浓度瓦斯智能混配系统的主要功能及其结构组成,以及智能混配系统的关键技术设备和工艺控制原理。智能混配系统通过自动监测、分析高低浓度瓦斯的流量、压力、浓度等主要参数的变化规律,自动调节低浓度瓦斯混配量。应用结果表明:该智能混配系统混配的瓦斯浓度均匀稳定,瓦斯发电机组运行高效可靠,同时压力保护装置不会造成瓦斯抽采泵"憋压",对瓦斯抽采泵站安全运行无影响。