基于变权与正态云理论的煤矿安全评价及应用

为准确对煤矿安全状态作出客观评价,综合考虑评估过程中指标的模糊性和状态随机性,构建基于变权与正态云理论的煤矿安全状态评估模型。结合正态云的数字特征量期望、熵、超熵组成的特定结构函数确定安全状态评判矩阵,得出各评价指标隶属于不同等级的确定度。同时为了避免常权方法确定权重的局限性及突出关键指标对综合评判结果的影响,引入变权理论对常权权重进行处理得到变权。结合实例研究,发现基于变权云理论评判方法对取值较差的指标作用不会被其他指标作用中和,可以有效地反映煤矿的真实安全状态,能够为煤矿的安全风险预测提供了一种技术途径。     

基于图论的瓦斯抽采管网优化技术

为解决煤矿井下瓦斯抽采管网因系统变化导致的抽采效率降低的问题,根据抽采系统各项特性建立了有向图论模型,将瓦斯抽采浓度与混合流量赋值于模型点权参数,将瓦斯管路长度、管径赋值于图论模型边权参数,以O-D对流量概念和管路阻力计算为基础,得到了管网中各管段阻力损失,并确定了优化管段位置及优化方案和参数。对芦岭煤矿8210抽采区域进行优化后,优化管段阻力损失降低了8倍,优化区域抽采纯量提高了1倍以上。     

基于顶板剪切梁理论的顶板破坏及断裂力学特性分析*

顶板破坏及断裂事故占矿井灾害事故的百分之七十以上。由于顶板破坏及断裂发生的主要诱因是剪切力,因此本文基于顶板剪切梁理论,结合平煤某矿FLAC3D煤岩层开采的有限元仿真结果,研究分析了采空区长度a值对煤层内部及顶板应力的影响。通过对比分析可知煤矿顶板出现冲击地压危险的主要因素有两个:一是与采空区长度a值有关,采空区长度a值越大,出现冲击地压的可能性越大,且等效应力的最大值出现在采空区长度的二分之一处;二是与顶板承受的剪切应力值有关,当该值达到顶板剪切强度极限时,顶板与煤层组成的变形系统将失稳,出现冲击地压危险。有限元仿真结果与理论预测结果的一致性说明应用顶板剪切梁理论对顶板产生破坏及断裂的预测是准确的,同时对预测、预防冲击地压中顶板破坏煤矿灾害事故的发生具有重要的指导意义。     

保护煤柱条带开采法优化设计及工程实践

为确保保护煤柱回收时井筒、井底车场及硐室等井巷工程以及地表建筑物、构筑物的安全,有效控制工业广场的沉降,延长矿井服务期限,采用条带开采法回收保护煤柱。在工程类比法的基础上,综合考虑煤柱的稳定性和资源回收率,采用基于莫尔-库伦破坏准则的极限平衡理论计算煤柱留设宽度,优化了条带开采条件下采留比的设计方法,并对特定条件下采场稳定性和地表沉降控制效果进行了考察。为矿井保护煤柱合理回收提供了新思路。     

基于模糊物元理论的岩爆倾向性等级评价

岩爆倾向性等级评价是研究岩爆发生机理的基础。本文以脆性岩爆指标(B)、Barton岩爆指标(α)、弹性变形能岩爆指标(Wet)和冲击能岩爆指标(Wcf)为基础建立岩爆倾向性评价指标体系,建立了基于模糊物元理论的岩爆倾向性等级评价模型。采用该模型对小厂坝矿区典型岩石的岩爆倾向性等级进行评价,结果表明:矿岩和黑云母石英片岩均为强岩爆倾向性。灰岩随着埋深增加,由弱岩爆倾向性向中岩爆倾向性过渡。矿体的上盘(黑云母石英片岩)为强岩爆倾向性,矿体的下盘(灰岩)为中岩爆倾向性,在实际开采过程中,应尽量将采矿工程布置于下盘。矿体为强岩爆倾向性,这与实际开采中频繁出现岩爆征兆现象一致。建议开采过程中应加强地压监测,合理布置卸压工程。     

BDAS-I型在线矿浆浓度计的设计

矿浆浓度是选矿流程中各环节的重要指标参数,是工艺调控决策的重要依据。本文基于浓度壶测量原理,通过将简单可靠的浓度壶测量结构和测量过程流程化、自动化,设计了一套结构简单、测量稳定、测量精度优于1.5%的单流道在线浓度测量系统。配套代表性的取样器,BDAS-I型浓度计可灵活安装在搅拌桶、浮选机、矿浆槽、浓密机等测量点附近,满足浮选原、精、尾及中间流程矿浆的浓度测量需求。     

采场结构参数与放矿方式的相似物理试验优化研究

基于单漏斗放矿试验,对放出椭球体形态发展趋势进行了分析,确定最终放出椭球体轴偏角、偏心率等核心指标。基于立体放矿模型,对比无贫化与低贫化两种放矿方式下回贫差指标,对放矿方式进行了优选。在物理试验结果基础上,采用相似物理试验法、经验类比法、理论分析法相结合的方法,对大间距椭球体排列形式下的采场结构参数进行优化,确定20m分段高度下的进路间距、崩矿步距、放矿步距、放矿方式等关键参数与工艺。采场结构参数优化的过程与结果,可以为同类工艺矿山参数设计提供技术参考。     

基于岩石破裂特征及能量演化的致密砂岩脆性指数优选

脆性参数是致密油“三品质”评价中完井品质评价的重要敏感参数之一。采用岩心三轴岩石力学参数测试方法，基于岩石破裂特征及岩石破裂过程中的能量演化优选出适用于鄂尔多斯盆地定边油田长7段致密砂岩储层的脆性指数计算方法。首次应用裂缝体积密度计算方法对岩石破裂复杂程度进行了定量表征，表征结果与岩石的弹性模量、抗压强度呈正相关；与泊松比、峰值应变呈负相关。通过对岩石力学参数各向异性系数C1和C2的分析，认为弹性模量和泊松比对各向异性更为敏感，两者构建的脆性参数更能体现岩石的脆性特征。基于岩石破裂的能量演化过程，将峰值强度前后能量变化大小与变化速率相结合，构建脆性评价新指标BEC，其与裂缝体积密度及前人提出的脆性评价指标均具有较好的相关性。以BEC为衡量标准优选出适合研究区致密砂岩储层的脆性指数E/μ，该指数与研究区直井试油试采的初周日产液呈正比关系。研究结果为研究区水平井水力压裂施工时指示有利压裂层段提供了科学依据。     

基于未确知测度理论的采矿方法优选

为选择适合贵州某金矿的最佳采矿方法,以解决该矿开采难度大与开采成本高的问题,根据矿山实际地质条件,初选出了适用于该矿体的采矿方法。将数值模拟与未确知测度理论相结合,利用数值模拟分析三种备选采矿方法的安全性,同时作为优选模型的指标。结合矿山实践经验,优选出采场生产能力等11项影响采矿方法选择的指标,利用信息熵计算各指标的客观权重,引入置信度识别准则进行评价,同时按照优越度进行排序,构建基于未确知测度理论的采矿方法优选模型。通过综合比较分析,最终确定最佳的采矿方法即下向中深孔落矿嗣后充填法,该方法可以有效解决目前开采遇到的问题,扩大矿山生产能力,降低采矿成本,提高矿山经济效益。     

Nickel cobalt oxide nanowires-modified hollow carbon tubular bundles for high-performance sodium-ion hybrid capacitors

Sodium-ion hybrid capacitors are a prospective energy storage device candidate that couples the superiorities of battery-type and capacitive storage mechanisms. In this study, we fabricate a composite of NiCo₂O₄ nanowires with carbon tubular bundles (CTBs) via a facile hydrothermal and annealing procedure. The density functional theory (DFT) calculations are performed to evaluate the bonding strength between the two components of the composite, the binding energy of the NiCo₂O₄ is calculated to be −0.952 J m⁻², indicating that the NiCo₂O₄ nanowires can be stabilized on both sides of the carbon tubular bundles, which leads to a good cycling performance. Moreover, the composite in this work exhibits a metallic property because of the introduction of carbon material. As expected, when used for sodium storage, the NiCo₂O₄/CTBs shows a high capacity of 298 mA h g⁻¹ at 1 A g⁻¹ and high capacity retention of 92% after 500 cycles, which are superior than the bare NiCo₂O₄ electrode. Consequently, the sodium-ion hybrid capacitor is also assembled with NiCo₂O₄/carbon tubular bundles and commercial activated carbon, which achieves high energy density of 99 Wh kg⁻¹ in a wide potential range from 0.5 V to 4.0 V.