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

    董绍朴;刘剑;李艳昌;白雪松;刘庆海;

    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(C_2H_4)/φ(C_2H_6)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(C_2H_6)、φ(C_2H_4)、φ(C_2H_2)作为主要指标,以烯烷比φ(C_2H_4)/φ(C_2H_6)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。

    2019年02期 v.46;No.244 1-5页 [查看摘要][在线阅读][下载 565K]
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  • 煤矸石燃烧过程中汞的释放规律及其动力学研究

    曹艳芝;郭少青;高丽兵;卫贤贤;

    我国煤矸石电厂的装机量已达30 000 MW,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. 77 kJ/mol,频率因子A分别为0. 796、0. 189 min~(-1)。

    2019年02期 v.46;No.244 6-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 1227K]
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  • 掘进巷道湿喷施工过程粉尘弥散规律研究

    周智;陈连军;崔向飞;蒋学凯;董其征;陈军;

    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。

    2019年02期 v.46;No.244 10-14页 [查看摘要][在线阅读][下载 3111K]
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  • 基于COMSOL动态模型的采空区连续注氮模拟研究

    张嘉麟;董子文;

    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20 m、注氮量为360 m~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。

    2019年02期 v.46;No.244 15-19+24页 [查看摘要][在线阅读][下载 4683K]
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  • 水力压裂增透效果综合物探检验技术研究

    袁永榜;

    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5~15 m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20 m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。

    2019年02期 v.46;No.244 20-24页 [查看摘要][在线阅读][下载 2532K]
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  • 表面活性剂复配对煤尘润湿性能的影响研究

    王道涵;邹佳霖;

    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。

    2019年02期 v.46;No.244 25-28+33页 [查看摘要][在线阅读][下载 2262K]
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  • 矿用聚氨酯材料反应放热引发井下火灾机理的实验研究

    徐叶;杜云峰;杜斌;

    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。

    2019年02期 v.46;No.244 29-33页 [查看摘要][在线阅读][下载 1216K]
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  • 静态膨胀剂的放热特性及其对煤自燃的影响分析

    李金石;史波波;

    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2 h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。

    2019年02期 v.46;No.244 34-37页 [查看摘要][在线阅读][下载 1589K]
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  • 复杂高硫煤碱处理化学脱硫及机理初探

    刘佳;陈文辉;李让;孙睿;李帅;

    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15 g/m L,原煤粒度小于0. 074 mm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%。

    2019年02期 v.46;No.244 38-41+46页 [查看摘要][在线阅读][下载 1167K]
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  • 横向风速和喷雾压力对降尘喷雾特性的影响

    惠双琳;

    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2 m/s、喷雾压力分别为8. 0、10. 0、12. 5 MPa,以及喷雾压力为8. 0 MPa、风速分别为1、3 m/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1 m/s增至3 m/s时,喷雾射程由4. 0 m减至1. 8 m,距喷嘴2 m的垂直平面上雾滴最高质量浓度由0. 12 kg/m~3降到0. 03 kg/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. 0 MPa升至12. 5 MPa时,喷雾射程由2. 4 m增至3. 0 m,距喷嘴2 m的垂直平面上雾滴最高质量浓度由0. 08 kg/m~3增至0. 10 kg/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。

    2019年02期 v.46;No.244 42-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 2233K]
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  • 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

    石政锋;

    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。

    2019年02期 v.46;No.244 47-50+56页 [查看摘要][在线阅读][下载 2484K]
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开发设计

  • 含挥发性颗粒物采样装置的设计与实验研究

    李雨成;刘蓉蒸;赫飞;刘宗桃;

    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。

    2019年02期 v.46;No.244 51-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 2148K]
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  • 矿井风网三维仿真技术研究与系统设计

    梁军;张庆华;李明建;姚亚虎;

    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。

    2019年02期 v.46;No.244 57-60+65页 [查看摘要][在线阅读][下载 1712K]
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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

    宋亚伟;杨胜强;赵彤宇;周步壮;

    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。

    2019年02期 v.46;No.244 61-65页 [查看摘要][在线阅读][下载 1937K]
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  • 超宽综采工作面隐伏陷落柱探测技术研究

    邢修举;蒋齐平;

    针对宽度超过260 m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40 m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300 m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。

    2019年02期 v.46;No.244 66-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 1014K]
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  • 基于因子分析与BP神经网络的煤与瓦斯突出预测

    马晟翔;李希建;

    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。

    2019年02期 v.46;No.244 70-74页 [查看摘要][在线阅读][下载 132K]
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  • 煤层气水平井弱凝胶钻井液体系的应用研究

    李兵;张永成;李子健;

    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190 m,该井在排采初期日产煤层气1 320 m~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。

    2019年02期 v.46;No.244 75-78+83页 [查看摘要][在线阅读][下载 1017K]
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  • 基于S7-1200的瓦斯智能混配系统设计与工艺技术研究

    张群;

    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。

    2019年02期 v.46;No.244 79-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 2512K]
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  • 双预裂孔爆破在高瓦斯低渗透煤层中的应用研究

    李磊;

    以绿塘煤矿601-3工作面开采的6中高瓦斯低渗透煤层为研究对象,将双预裂孔爆破技术应用于高瓦斯低渗透煤层,分析了双预裂孔爆破机理,采用数值模拟方法研究了不同预裂孔间距条件下裂纹扩展规律,考察了双预裂孔爆破对单孔瓦斯流量、单孔瓦斯浓度、煤层透气性系数的影响。研究结果表明:双预裂孔爆破区域爆破后与爆破前相比,平均单孔瓦斯纯流量提高了3. 25倍,单孔瓦斯浓度提高了2. 28倍,煤层透气性系数平均提高2. 15倍,有效提高了瓦斯抽采量,加快了工作面生产速度,保障了矿井采掘安全。

    2019年02期 v.46;No.244 84-87页 [查看摘要][在线阅读][下载 1769K]
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  • 基于云模型理论的矿井风机故障率预测分析

    戴剑勇;王彬;邓先红;

    为了解决井下风机故障率较高、故障发生趋势难以有效预测的问题,采用云模型不确定性推理方法对矿井风机故障率预测问题进行研究。通过挖掘风机老化状况及外部影响因素2个评价参数与风机故障发展趋势之间的关系,构建了基于云发生器的风机老化指数—外部影响因素评价的双因素云推测模型,并阐明了风机故障云推测模型的实施步骤。实例应用结果表明,该预测模型具有较高的预测精度,能够有效解决井下风机故障率预测过程中的随机性、不确定性等问题。

    2019年02期 v.46;No.244 88-91+97页 [查看摘要][在线阅读][下载 1004K]
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  • 基于支架工作阻力大数据的工作面顶板矿压预测技术研究

    屈世甲;李鹏;

    为攻克综采工作面顶板矿压显现规律预测预报的难题,基于工作面支架工作阻力大数据,围绕顶板来压开始位置、顶板来压强度和来压步距这3个重要参数,采用机器学习语言设计了一种多元线性区域预测模型,对工作面顶板来压规律进行区域分析和预测。介绍了基于大数据的机器学习预测算法数学模型的建立过程,以及对预测模型的检验,并以30组矿压监测原始数据为例,构建了大数据分析数学模型,研究结果表明该预测模型方程可行,确定了分析区域来压预测算法。

    2019年02期 v.46;No.244 92-97页 [查看摘要][在线阅读][下载 599K]
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技术经验

  • 霍州干河井田南北边界断层导水性测试分析

    崔芳鹏;武强;刘守强;季媛;王文军;

    为保障断层水影响下煤层的安全开采,采用水文地质钻探、水文地质测井、抽水试验、连通试验,以及水化学和稳定同位素分析等技术方法,对干河井田南北边界断层的导水性进行了综合测试,结果表明:井田北部边界的下团柏断层、F1断层和井田南部边界的下张端断层均为张扭性正断层,断层两盘奥灰岩层存在明显的破碎带,即大型构造影响带,该层位的断层导水性较好;井田南北边界3条断层两盘的峰峰组和上马家沟组含水层水力联系明显,均为局部导水断层。测试结果为该矿的采区设计和水害防控提供了重要依据。

    2019年02期 v.46;No.244 98-102页 [查看摘要][在线阅读][下载 1197K]
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  • 龙滩矿井采煤工作面诱发开采沉陷的动态变化特征

    黄飞;黄滚;杨涛;杨凯;王满;贺建波;

    为掌握地下开采引起的地表沉降动态变化规律与特征,在龙滩矿井3115工作面对应地表建立地表移动观测站,运用理论分析法对监测数据进行分析整理,据此绘制地表移动变形曲线并详细叙述其特征。研究结果表明:地表最大下沉值约为73 mm;各测点的下沉值、倾斜值及曲率值随工作面推进呈逐渐增大的变化规律。通过掌握工作面开采时地表移动变形规律,可为开采沉陷综合治理及矿区地质环境保护工作提供数据支持和技术性指导。

    2019年02期 v.46;No.244 103-106+110页 [查看摘要][在线阅读][下载 2190K]
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  • 地面钻井压裂对井下瓦斯抽采的影响研究

    马钱钱;

    松软低透气性煤层瓦斯治理遇到了技术瓶颈,借助地面压裂对煤层增透的优势来改善井下瓦斯抽采效果是一种解决思路。为研究地面压裂对井下瓦斯抽采的影响,基于地面微震监测对压裂裂缝扩展影响范围进行预测,考察了压裂影响区内外的瓦斯含量、涌出量、煤层透气性、抽采效果、防突指标及掘进速度等参数。研究结果表明:裂缝扩展范围大致是以主裂缝为长轴的椭圆,地面压裂对井下抽采的影响具有时效性,井下抽采滞后地面压裂的时间越短,压裂对抽采的促进作用越明显。

    2019年02期 v.46;No.244 107-110页 [查看摘要][在线阅读][下载 738K]
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  • 基于AHP—TOPSIS露天煤矿残煤自燃对比分析

    李艳昌;李飞;郝朝瑜;

    通过对露天煤矿煤炭自燃风险评估的各个指标进行分析比较,利用层次分析法(AHP)和逼近理想解排序(TOPSIS)综合评判模型对露天煤矿煤炭自燃危险性进行评价。依照对露天煤矿煤炭自燃影响作用的大小、方式,归类总结出影响露天煤矿煤炭自燃的重要指标,即煤层自燃特性、气候条件、工程地质条件等,运用AHP和TOPSIS分析了在影响煤炭自燃风险中的各指标所占权重,其中煤层自燃倾向性对煤炭自燃的影响最大,其次为气候条件,工程地质条件的影响作用相对较小。分析总结了3个比较典型的露天煤矿所面临的煤炭自燃风险大小,可为合理评判露天煤矿煤炭自燃提供重要参考。

    2019年02期 v.46;No.244 111-114+118页 [查看摘要][在线阅读][下载 379K]
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  • 夏甸金矿卸矿站产尘特性及防尘技术措施

    栾旭东;邹常富;孙其飞;盛晓明;黄金星;温艳艳;

    通过对夏甸金矿卸矿站卸矿过程中形成的扬尘气流运移规律及粉尘粒度分布特征进行分析,计算出卸矿扬尘诱导风量及冲击压强,提出了适宜于卸矿站扬尘气流冲击作用下的高压喷雾降尘措施及喷雾参数。实践表明,采用高压喷雾综合降尘系统进行控尘、抑尘和降尘后,总粉尘平均降尘效率为85.0%左右,较好地解决了卸矿站粉尘污染问题,同时实现了降尘系统的自动化,可为其他类似卸矿站防尘提供参考。

    2019年02期 v.46;No.244 115-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 978K]
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