摘要：为了实现"自主建模+融合预警+致因溯源"灾害预警新模式,完善智能灾害融合预警知识工程基础设施,基于"人-机-环境"系统工程理论,在时间、空间、管理和工艺机理 4 个维度上采用自顶向下方法构建了灾害融合知识图谱本体模型,涵盖领域内人员、设备、环境、区域、工艺、文档、指标和灾害等八大核心概念,包含基础信息、空间信息和时序信息 3 类数据属性,建立空间位置、数值相关和工艺机理 3 类相关关系,构建关系、空间、时序和图数据库结合的数据存储体系,基于规则化流程引擎和人工补录相结合的手段进行对象、属性和关系的数据抽取,形成矿井具体的灾害融合知识图谱.应用图数据库关系推理方法,结合知识图谱内对象异常判识准则,实现矿井灾害致因溯源分析.结果表明:矿井灾害融合分析领域前期适合采用专家建模和规则化数据抽取的"自顶向下"的知识图谱构建方案;矿井"八大核心概念、3 类数据属性和 3 类相关关系"极大丰富了灾害融合知识体系的内涵;规则化流程引擎和人工补录相结合能有效满足我国不同智能化阶段矿井的矿井灾害融合知识图谱建设需要;知识图谱关系推理结合对象属性的异常判识为矿井事故致因分析提供了有效的技术手段.

摘要：深部资源开采过程中,各类灾害往往呈现群发性、关联性特征,相互作用、叠加影响严重,传统防治手段已难以应对.围绕深部采场灾害防控的核心科学问题,系统梳理了多尺度裂隙在深井采场的表现形式与分布特征;通过引入Knudsen数划分自由分子流、滑移流与连续介质流等不同流态区间,揭示裂隙尺度对层流-湍流转化、摩擦生热及对流换热效率的主导性影响;结合Darcy与Forchheimer渗流模型及对流换热关系式,构建"裂隙尺度-渗透率-流速-热流密度-温度场"的多级传递链,推导层流与湍流条件下的热量传递增强系数,从数学模型角度阐明了裂隙尺度对流态与热质迁移的调控机制.研究表明:在应力场、渗流场、裂隙场、温度场耦合孕育深井灾害的过程中,裂隙场为主导性一级场,其余场均为受其调控的二级场,据此提出"裂隙场是驱动灾害演进的本原,尺度效应是灾害孕育主导控制参量"的新观点.基于此,以深井典型场景下瓦斯与煤自燃耦合灾害为例,提出了主动调控裂隙尺度的灾害防控技术思路,通过液相封堵材料和无机注浆堵漏材料的应用,由渗流速度与氧浓度共同组成的易自燃区域明显缩小,区域内渗流速度明显下降,瓦斯抽采钻孔周围的漏风状况得到改善,在最优注浆位置下复合危险区面积减少 746 m2,采空区流场结构进一步优化.工程实践表明,液相封孔材料、无机注浆堵漏充填材料可调控裂隙场尺度分布,改变流场传质与传热特性,实现对灾害演进路径的主动干预与进程控制.

摘要：在煤矿智能化开采过程中,钻孔返水现象不仅会影响钻孔作业的安全性与作业效率,还可能造成设备损伤和人员伤害.因此,准确、高效地识别钻机孔口返水现象对保障作业安全、提升智能钻机自动化水平具有重要意义.针对当前煤矿井下钻机孔口返水识别存在精度低、响应慢、鲁棒性差等问题,提出了一种基于改进YOLOv5 的智能钻机孔口返水视觉识别方法,有效提升了识别的准确性与实时性.构建了一套完整的孔口返水视觉识别系统,包括防爆摄像机、AI图像处理器、钻机控制器等核心部件,并通过自研视觉识别装置,实现了摄像仪的上下调节及360°旋转功能,从而获取不同角度的视频图像,避免因遮挡或背光等复杂工况导致的识别失败,显著提高了系统的适应能力和识别精度.在模型结构方面,针对YOLOv5 原始网络结构进行了多项优化:在主干网络中引入TRANS(Transformer)模块以增强模型的特征提取能力;在颈部网络中采用GhostBottleneck结构替换传统CSP(Cross Stage Partial,CSP)模块,以减少计算量,提高模型的轻量化水平;此外,将激活函数由SiLU(Sigmoid Linear Unit,SiLU)替换为更高效的Hardswish,进一步提升了模型的非线性表达能力和推理速度.通过自主采集与标注的孔口返水图像数据集,完成了模型的训练与优化.为验证所提方法的有效性,将改进后的YOLOv5 模型与YOLOv3、YOLOv4、YOLOv5、YOLOv8n等进行了对比试验.结果表明,改进的YOLOv5 在识别精度上分别提高了 1.49%、1.06%、0.49%、0.18%,平均识别耗时缩短至 7.4 ms,表现出优异的检测性能与实时响应能力.目前,该系统已在蒙陕地区 4 个煤矿实际部署应用,现场测试结果显示,孔口返水识别准确率最高达到 99.63%,显著优于传统方法,系统运行稳定可靠.

摘要：我国中部地区部分矿井在煤炭开采过程中伴随着频繁的"闷炮"声现象,表征存储能量的骤然迸发,对矿井安全生产构成了潜在威胁.为研究煤层巷道围岩"闷炮"声发生机理,以阳胜煤业 15 号煤层为工程背景,通过微震监测定位"闷炮"声源头,实地采样后对煤岩体进行力学试验和声发射监测,并通过真实破裂过程分析(RFPA)软件数值模拟以及现场实测进行综合分析.结果表明:顶板灰岩层脆性高、强度低,裂隙较为发育,在应力扰动或高位岩层周期性应力集中作用下巷道围岩产生裂隙扩展,产生大量声发射信号;巷道围岩破坏以剪切破坏为主,声发射信号主要集中在巷道两帮 15 m、顶板 10 m范围之内,且大部分在帮顶角附近积聚;巷道变形破坏过程中,在声发射信号集中的范围内积聚了大量的弹性能,当弹性能释放时就会产生"闷炮"声现象,证明了"闷炮"声现象主要由围岩变形破坏时能量瞬间释放引起,并非冲击地压的前兆.

摘要：为探究热效应与驱替效应下煤中N2/CH4 的竞争吸附规律,基于烟煤大分子模型,采用分子动力学和蒙特卡罗方法,对热氮注入下CH4 分子、H2O分子、压裂液分子的吸附行为进行模拟,研究压裂液分子与煤表面分子之间的相互作用能,以及不同注气温度、含水率和孔径下N2/CH4 二元混合气体的竞争吸附特性.结果表明:压裂液分子与煤表面分子之间的相互作用能为 18.469 kJ/mol,体系之间的范德华相互作用力为 23.732 kJ/mol,静电相互作用力为-598.125 kJ/mol,压裂液分子与煤表面分子体系间的稳定性较差,为注热氮解堵增渗提供了条件;在注热氮的过程中,伴随N2 注入温度的升高,模型中N2 相对于CH4 的吸附能力增强;含水率增加使CH4 和N2 的吸附量都明显降低,模型中CH4 的吸附能力仍然高于N2;孔径对N2 吸附的影响显著,CH4 的吸附优势会随着孔径的增大而减弱,即N2 在注入孔径为 4 nm的煤样时,置换驱替CH4 效果明显.

摘要：深部矿井采区下山保护煤柱长期处于"三高一扰动"的复杂环境中,其蠕变损伤累积效应显著影响其长期稳定性,传统基于静力学假设的设计方法难以满足工程需求.以阳城煤矿北三采区为工程背景,针对下山保护煤柱的长期稳定性问题,提出了基于Burgers蠕变模型的数值分析方法.通过5 组对比试验标定Burgers模型参数,揭示了Burgers模型各参数对瞬时蠕变量、初始蠕变速率及稳定应变量的标定规律,并验证了煤样数值模拟结果与室内蠕变试验结果的吻合性(最大误差<3.5%).基于FLAC3D数值模拟软件构建地质力学模型,综合理论计算、静力学模拟及蠕变分析,对比了"三下"开采规范法(56.3 m)、极限平衡理论(53.7 m)及 Mohr-Coulomb弹塑性模型(58.8 m)等在未考虑时间效应时的采区下山保护煤柱宽度,并进一步引入Burgers模型分析煤柱蠕变特性.模拟结果表明:保护煤柱在 10 年服务周期内,煤柱蠕变导致原岩应力边界向巷道方向迁移,工作面终采线与应力边界间距由 58.8 m增至 72.3 m,水平位移在 3 年后保持基本平稳,蠕变周期内累积位移约 70 mm.综合考虑超前支承压力影响及蠕变损伤累积效应,最终确定北三采区下山保护煤柱合理宽度为 75 m.

摘要：为探明层理性质对巷道顶板稳定性的影响,创建了一个耦合了有限差分法(FDM)和离散元法(DEM)的 3D数值模型.模型中,巷道两帮、底板和远场围岩由FLAC3D创建的连续介质区域进行模拟,巷道层状顶板岩层基质则由PFC3D中的黏结颗粒流(BPM)创建,层理则通过添加具有特定刚度和强度的平行弱面实现.研究中通过改变弱面的强度模拟层理性质不同时层状顶板在掘进卸荷作用下的破裂特征.研究结果表明:完整顶板中的裂隙分布呈穹顶状,而层状顶板的裂隙则沿弱面分布,层状顶板的破坏从临空层开始并往内部扩展;层理强度的增加会改变顶板中的应力场分布,进而影响顶板中的裂隙发育进程.PFC3D/FLAC3D的耦合策略能有效再现煤矿中的层状顶板在巷道开挖卸荷作用下的裂隙发育过程.

摘要：为明确在吸附-解吸过程中煤体的变形规律,揭示其内在主导机制,开展了CH4 吸附-解吸过程中煤体的应变特性研究.通过自主搭建的实验平台,在室温条件下进行了CH4 等温吸附-解吸实验.以He为参照气体,孔隙压力在 1.0～5.0 MPa范围内,系统分析了CH4 吸附-解吸过程中煤体的瞬态应变与残余应变,深入研究了煤与瓦斯相互作用过程中煤体的变形规律.结果表明:煤具有复杂的孔隙结构和强吸附能力,CH4 吸附引起煤体膨胀变形,解吸则导致煤体收缩,从而引发一系列应力变化和渗流行为的耦合效应;在CH4 吸附-解吸过程中,孔隙压力与煤体应变量呈正相关关系;随着孔隙压力的升高,CH4 吸附引起的体积应变显著增加,解吸残余应变也随之增大;在相同压力条件下,CH4 产生的吸附膨胀应变是He的 1.77～3.52 倍,解吸残余应变为He的 2.02～3.36 倍,煤体具有明显的不可逆变形特征;CH4 吸附引起的膨胀变形主要由孔隙-裂隙结构的填充扩容弹性变形、煤基质的吸附膨胀变形以及吸附应力引发的孔隙损伤变形共同主导;解吸残余变形则主要受控于孔隙压力释放所致的微观损伤效应、煤体分子结构在解吸过程中的重组行为以及孔口结构的不可逆变形等因素.

摘要：针对煤矿带式输送机转载点粉尘浓度高,现有降尘技术效率不足的问题,提出了一种封闭式喷雾引射净化除尘技术.该技术结合挡煤板、拱形密闭罩、双喇叭口引射器构建了封闭环境,减少粉尘外泄;并通过引射器高压水雾喷射形成负压区,牵引含尘气流进入引射喉管,利用雾滴与粉尘的碰撞凝并实现了润湿沉降;同时二次负压扩展了降尘范围,形成了"密闭环境+负压引射+雾滴捕集"协同机制,突破了传统喷雾降尘效率瓶颈,提升了粉尘捕集效率.首先基于标准 k-ε湍流模型和泰勒类比破碎(TAB)模型,运用数值模拟对封闭式喷雾引射净化除尘技术的相应装置物理模型的除尘有效性进行验证,发现其具有良好的除尘能力,且喷雾压力与引射风量呈正相关关系,即喷雾压力越大,除尘效果越好.在此基础上,开发了喷嘴性能测试平台,系统地研究了 5 种喷嘴类型在不同压力下的引射风量规律,优选出了最佳引射效能喷嘴,配合封闭式喷雾引射除尘装置在煤矿井下转载点进行了现场应用验证,并对比了 3 种方式(仅密闭装置、密闭+常规喷雾、密闭+引射喷雾)的降尘效率,采样分析出风口粉尘浓度.结果表明:封闭式喷雾引射净化除尘装置在 6 MPa工作压力下,使转载点总粉尘质量浓度由 155.33 mg/m3 降至 8.67 mg/m3,降尘效率达 94.42%.研究表明,通过多物理场耦合作用,可以显著提升粉尘捕集效率.

摘要：为了提高液压支架防治矿井冲击地压的性能,设计了一种双曲扁壳防冲吸能构件.采用有限元数值模拟的方法对新型防冲吸能构件进行了性能分析,包括构件不同底面弧弦高、侧面弧偏心距、侧面弧弦高、堆叠层数等参数以及不同壁厚与不同材料的防冲吸能特性分析.有限元分析结果表明:随底面弦高LC增大,构件承载力会提升,且平均承载力向初始峰值承载力逼近,当底面弦高从 10 mm增加到 20 mm,构件的初始峰值承载力提高了 28%,平均承载力提升了 61%;偏心距 LP增大使初始峰值承载力降低,平均承载力和总吸能会在偏心距 LP=5 mm时出现峰值,平均承载力达到 3 126 kN,总吸能达到 312.6 kJ;随着侧面弦高LD的增大,初始峰值承载力和平均承载力降低,且降低速度加快,当侧面弦高从 2 mm增加到 4 mm时,构件初始峰值承载力降低了 11.9%,平均承载力降低了 12.5%;随着堆叠层数的增多,承载力变化趋稳,但波动范围扩大,初始峰值承载力Fmax差异不显著;壁厚越厚,构件的承载力越大,且承载力波动系数无明显变化;不同材料对构件的稳定性影响不大.当双曲扁壳防冲吸能构件底面弦高为 20 mm、侧弦高为 2.5 mm、偏心距为 5 mm、堆叠层数为 3 层、材料厚度为 8 mm时,双曲扁壳防冲吸能构件的初始峰值承载力达到了 3 390 kN,平均承载力达到了 3 341 kN,承载力波动系数为 1.01,100 mm塑性变形总吸能为 334.1 kJ,单位质量吸收能量为 35.4 kJ/kg,最符合吸能支架要求,且通过尺寸、材料、厚度调整可应用于多种液压立柱.

摘要：针对煤矿井下定位系统在固件无线升级环节面临升级效率与服务可靠性的双重瓶颈,提出了一种基于超宽带(UWB)与远距离低功耗无线通信技术(LoRa)协同传输的终端固件双模冗余升级架构.该架构将UWB的厘米级高精度定位能力与LoRa的广域通信覆盖特性有机融合,构建了具备空间自适应特性的异构网络体系.在通信策略方面,设计了动态双模协同机制:在终端稀疏区,系统采用UWB技术对定位信号与固件升级信道进行时分复用,既满足了精确定位需求,又实现了点对点固件传输;在终端密集区,启用双模分工机制,由UWB持续提供实时定位服务的同时,借助LoRa独立信道进行并行广播式固件分发,从而显著提升了多终端升级效率.为保证系统在复杂井下环境中的安全运行,引入了三重防护体系:①结合非对称加密(RSA)与对称加密(AES)构建了分级密钥管理体系,实现了固件传输环节的全链路加密防护,有效防范数据泄露和篡改;②基于空间分布特征设计了自适应固件获取机制,在终端稀疏区支持终端主动发起固件请求,在终端密集区则由基站主动广播升级包,并以此机制为基础实现了固件断点续传功能,提高了传输的可靠性;③采用双分区固件升级策略,通过Bootloader层对固件升级包执行CRC-32 循环冗余校验与SHA-256 哈希双重完整性验证,确保升级失败时能自动回滚至备分区的稳定版本.试验结果表明,无论在终端稀疏区还是终端密集区,该系统的最大定位误差均控制在 30 cm以内,固件升级成功率达到 100%,充分验证了该双模冗余升级架构在精准定位、升级效率、安全可靠性等方面的综合优势.

摘要：为研究别斯库都克露天煤矿边坡在重复爆破震动作用下的稳定性及累积损伤效应,采用 3DEC软件开展了深入分析.依据边坡结构特征建立数值模型,以现场实测爆破地震波作为震动输入,模拟分析了边坡水平位移、稳定性系数及破坏过程随爆破次数增加的演变规律,并通过现场位移监测结果验证了模型的合理性.模拟结果表明,重复爆破震动下边坡的破坏过程可分为 3 个阶段:初始损伤阶段、裂隙扩展阶段和失稳破坏阶段;随着爆破次数增加,各台阶累积位移持续增大,呈现"慢-快-慢"的变化趋势;边坡稳定性系数整体逐渐下降,变化规律表现为"先慢后快";当重复爆破达到 320 次时,稳定性系数降至 1.0,边坡进入临界失稳状态.进一步通过参数敏感性分析,研究了爆破震动加速度幅值及层面厚度对边坡动力响应的影响.结果表明,随着震动次数的增加,各台阶累积位移均持续增长;当输入地震波峰值加速度分别为 0.1g、0.2g、0.4g时,边坡稳定性系数从初始的 4.7 降至 1.0 所需的震动次数依次为 290、180、24 次,表明震动幅值越大,边坡失稳所需震动次数越少;当层面厚度为 3 m和 8 m时,边坡初始稳定系数分别为 3.82 和 6.58,经过 162 次和 467 次震动后均降至 1.0 并发生失稳,说明层面厚度越大,边坡初始稳定性越高,失稳所需震动次数也越多.

摘要：煤的改性处理可以有效提高煤中甲烷的解吸性能和煤层透气性,进而提高煤层气抽采效率.选取 3 种季铵盐类表面活性剂配制溶液对煤样进行改性处理,探索季铵盐类表面活性剂对长焰煤关键化学结构的影响.基于傅里叶红外光谱实验,结合分峰拟合法计算相关结构参数,以明确煤样在甲烷吸附过程中关键官能团的变化情况,评估甲烷的解吸能力.结果表明:季铵盐类表面活性剂未改变长焰煤红外光谱吸收峰的位置,只对吸收峰强度和官能团的相对含量有所影响;经季铵盐类表面活性剂处理后,煤样的含氧官能团数量和缩合度参数均减小;经过质量分数为 0.1%的苯扎溴铵溶液处理后,煤样的芳香结构吸收峰面积减少 35.56%,成熟度参数降低 96.8%,脂肪链长增加 61.2%,芳环缩合度参数降低 58.56%;分析结构参数与甲烷解吸能力的关系可知,质量分数为 0.1%的苯扎溴铵溶液对长焰煤解吸能力的影响最为显著.

摘要：煤矿事故防范措施对保障矿工生命安全和维持煤矿生产平稳运行具有极为关键的意义,而对其效能展开评估则是优化事故防范策略、增强事故预防能力的核心环节之一.然而,当前事故防范措施缺乏系统性效能验证手段,难以精准量化其实际作用效果.研究聚焦于此,综合分析事故防范措施,构建效能量化模型,旨在为煤矿事故防范措施的优化提供科学依据.全面梳理了煤矿事故防范措施的研究、实践及评价现状,将其归纳为 6 种类型,包括技术防范、管理防范、法规与政策、经济激励、社会参与和应急响应措施,并凝练了各类型资源的使用差异.基于此,构建基于资源视角的煤矿事故防范措施效能量化模型,从资源分配种类、分配比例、作用时效和使用能力 4 个指标出发,实现对事故防范措施的效能评估.以淮南矿业集团潘二矿为例,通过综合专家打分、问卷调查与现场数据作为模型的输入,计算了该矿事故防范措施的效能值,并提出精细化资源分配方案作为模型的输出,分为人力、技术、财务、物质、物理、信息、管理和应急资源 8 类资源.在此基础上,对优化后的方案进行了效能再评估,并对比 2 次模型计算结果,给出事故防范措施改进建议.此外,还对模型中 8 个关键指标进行数据有效性检验,验证了模型结果的准确性和合理性.研究结果显示,优化前效能值为 1.235 5,优化后效能值为 1.300 4,说明该量化模型能够有效量化煤矿事故防范措施的效能水平,并为资源分配方案提供优化方向.

摘要：为了解决综采工作面粉尘逸散的问题,基于康达效应原理,设计了一种新型负压-喷雾降尘装置,其不仅能对采煤机滚筒产尘进行有效覆盖,同时装置本身产生的抽吸效应也能够收集巷道中的逸散粉尘.利用CFD(Computational Fluid Dynamics,计算流体动力学)对采煤机工作面风流场和雾滴特性进行数值分析,通过正交试验研究了喷嘴孔径(A)、喷雾压力(B)、安装角度(C)、负压装置压力(D)对装置雾化特性及抽吸效应的影响.结果表明:影响雾滴粒径因素的重要性顺序为B>D>C>A,影响抽吸速度因素的重要性顺序为D>C>B>A;随着喷雾压力的增加,雾滴粒径分布越来越集中,有助于雾滴细化现象的产生;对于雾滴质量浓度,较大的喷嘴孔径有助于形成较高质量浓度的雾滴场,而喷雾压力对雾滴质量浓度的影响较小;负压装置压力对雾滴速度有显著影响,随着负压装置压力增大,雾滴速度增加,喷雾压力变化对雾滴速度影响较小.综合分析得出最佳参数组合为:喷嘴孔径(A)2.4 mm、喷雾压力(B)8 MPa、安装角度(C)0°、负压装置压力(D)0.2 MPa,此时在雾滴粒径分布、雾滴速度、降尘效果方面表现最佳,抽吸风量可达360 m3/min,装置可达到最佳降尘效果.对比使用新型负压-喷雾降尘装置前后的降尘效果,发现在采煤机上应用降尘装置不仅对滚筒产尘源具有较好的包裹性,而且可以引导巷道气流,减少气流携带粉尘向工作区域扩散.

摘要：为防止采煤工作面覆岩导水裂隙带高度发育至含水层导致工作面发生水害事故,对陈家沟煤矿 8514 工作面特厚煤层综放开采条件下覆岩导水裂隙带和垮落带(合称"两带")高度进行了深入研究.8514 工作面覆盖岩层主要由泥岩、砂质泥岩及粉砂岩组成,地质单元结构较为简单,厚煤层的大采高综放开采而导致上覆岩层受到明显的采动破坏,基于地面钻孔实测、经验公式理论计算、数值模拟(3DEC与FLAC3D)、相似模拟等多源数据融合,综合分析"两带"的发育高度.研究结果表明:实测结果显示,ZK-1 孔的导水裂隙带高度为 151.71 m,垮落带高度为87.21 m;经验公式理论计算结果显示,导水裂隙带高度为 134.21 m,垮落带高度为 53.92 m;数值模拟(采用 3DEC与FLAC3D方法)分析结果显示,导水裂隙高度为 122.6 m,裂采比为 10.66;相似模拟分析结果显示,导水裂隙带高度为 135.7 m,裂采比为 11.8.以安全生产的角度综合多方面结果得出,导水裂隙带高度为 151.71 m,裂采比 12.24;垮落带高度 87.21 m,垮采比 7.03.

摘要：冲击动载作用下岩石动态力学特性的研究对在切顶爆破过程中实现控制爆破具有重要理论指导意义.基于分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,以淮南丁集煤矿顶板砂岩为试验对象,通过改变冲击速度获得其不同应变率,得到了冲击动载条件下砂岩不同应变率的应力-应变关系,分析了冲击动载作用下不同应变率砂岩试件强度特征,并基于CT扫描技术得到了砂岩试件内部裂隙演化及分形维数变化特征.结果表明:不同应变率条件下试件的应力-应变曲线分为 4 个阶段,即:存在下凹段的原生裂隙压实阶段、不同斜率的近似弹性线性变形阶段、应力非线性增加的屈服阶段及随变形增加应力显著降低的软化破坏阶段;动态峰值应力、动态弹性模量与应变率呈现明显的正相关关系,应变率的增大可以提高试件的极限承载能力,试件的动态强度增长系数随着应变率的提高而增大,但存在一个临界应变率状态;冲击动载作用下砂岩试件裂隙由外侧向内部、切向向径向、相互贯通扩展呈现拉伸劈裂破坏演化特征;随着冲击次数增加,试件整体呈现裂隙数量增加、裂隙体积及裂隙面积增大的趋势,裂隙体积与裂隙面积呈现缓慢增大向显著增大变化的趋势,分形维数呈现显著增大向缓慢增大变化的趋势.

摘要：煤炭自燃是煤矿安全生产中的一项重大隐患,而传统的煤自燃抑制材料存在原理单一、制备工艺复杂、成本较高等问题.针对现有问题,以羧甲基纤维素钠(CMC)、柠檬酸、仲烷基磺酸钠(H95)为原料,通过合理配比,制备一种能够在煤炭氧化过程中同时起到物理阻隔和化学抑制 2 种作用的新型凝胶阻化材料.通过傅里叶红外光谱对新材料配制前后的化学结构进行了表征;通过对新材料黏度、润湿性和保水性的测试,分析了其阻化性能;基于程序升温实验和热重分析实验评估了新材料对煤炭氧化的抑制作用.结果表明:在所制备的新材料中,CMC与柠檬酸产生了化学交联与氢键作用,证明了凝胶与化学阻化剂复合成功;CMC质量分数为2%时,新材料与纯CMC凝胶黏度分别达到 1.12、3.83 Pa·s,此时新材料的溶液状态最适宜喷洒;新材料、质量分数2%纯CMC凝胶、去离子水对煤粉的最大润湿高度分别为12.5、10.3、9.9 mm,三者真空干燥 10 h后的失水率分别为 87.06%、82.71%、97.61%;经过新材料处理的煤样交叉点温度相较原煤和柠檬酸处理煤分别升高 5.5、2.1℃,在氧化温度达到 180℃时,CO体积分数、耗氧速率、放热强度相较原煤分别降低 50.57%、69.50%、59.50%,相较柠檬酸处理煤分别降低33.1%、45.1%、28.3%;经新材料处理的煤样在热重分析实验中的 5 项氧化特征温度点显著低于原煤和柠檬酸处理煤,表现出的自燃倾向性弱于另外 2 组煤样.研究验证了新材料抑制煤炭自燃的可行性,并提出了将新材料适用于井下的雾化喷洒工艺.

摘要：为明确井下长期处于水浸和含瓦斯风流下遗煤的自燃风险,研究水浸和瓦斯双重作用对其自燃特性的影响,将部分煤样用蒸馏水在 30℃恒温下浸泡 30 d后得到水浸煤样,采取煤自燃程序升温实验、同步热分析实验和红外光谱实验,分析在 0、1.5%、3.0%3 种体积分数的瓦斯气氛下风干后的原煤和水浸煤在其相应的瓦斯体积分数下的低温氧化过程中的氧化产物、表观活化能和放热强度随温度的变化规律,以及低温氧化后的官能团演化特征.结果表明:随着瓦斯体积分数的增加,低温氧化过程中,2 种煤样的耗氧速率、氧化产物生成速率、总放热量以及活性基团相对含量在逐渐减少;水浸煤氧化进程中的耗氧速率、总放热量以及活性基团相对含量的降幅大于原煤;C2H4 出现、热平衡以及热流达到峰值时的温度均随瓦斯体积分数的增加而升高,表现出明显的温度"滞后现象",且水浸煤升高幅度均大于原煤;低温氧化所需的活化能也逐渐增加,且水浸煤增量大于原煤;在同一瓦斯体积分数下,水浸煤的耗氧速率、氧化产物生成速率、总放热量以及活性基团相对含量均大于原煤;C2H4 的出现、热平衡、低温氧化所需的活化能以及热流峰值温度点小于原煤.综合分析可以发现,水浸煤相较于原煤表现出更强的自燃性,因此同一瓦斯体积分数下,瓦斯对水浸贫瘦煤的氧化抑制作用更强;但水浸对贫瘦煤自燃的促进作用大于瓦斯对水浸煤的抑制作用;在低瓦斯体积分数环境下水浸贫瘦煤相较于原煤更易氧化和自燃.

摘要：预注阻化液是煤自燃源头预防技术,可以有效解决煤氧化引起的火灾问题.为了研究阻化液对煤体孔裂隙结构的影响及其渗流规律,基于CT扫描和CT三维重构技术构建煤体三维孔裂隙结构模型,阐明了阻化液对煤体微观孔裂隙结构的影响;基于煤体真实孔裂隙结构,采用Comsol模拟煤体微观孔裂隙中阻化液渗流特性,研究煤体孔裂隙结构及不同压注条件对阻化液渗流效果的影响及其作用规律.结果表明:原煤的孔裂隙结构比阻化煤样更加致密,在孔径 0～100 μm范围内,经过阻化液处理后的煤样,孔裂隙数目小于原煤,煤样的分形维数和孔隙率分别减少了 0.63%和 19.30%,原煤的喉道发育程度比阻化煤样更显著,阻化液在一定程度上阻碍了煤体喉道的发育;原煤经过阻化液处理后,平均配位数减少了 17.9%,煤样连通孔隙面积和连通体积占比分别减少了 32.4%和 4.7%;随着渗流压力的增大,平均渗流速度逐渐增大,最大渗流速度出现在孔径较大的孔隙处,即截面位置 192 μm处;在截面位置 0～192 μm范围内,由于存在连通性好、孔径较大的孔隙通道,其压力场变化更趋于平缓.综上可知,阻化液在一定程度上抑制了煤体孔喉结构和连通性的发育,结构的变化会影响阻化液在煤体内部的渗流特性,进而影响阻化液在煤体内部的覆盖面积,减少煤体与氧气的接触面积,延缓煤氧复合反应的速度,达到阻燃的目的.