电石渣激发矿渣-粉煤灰复合胶凝材料的作用机制

为探究矿渣、粉煤灰及电石渣的资源化利用,以电石渣作为碱激发剂,研究了矿渣-粉煤灰复合胶凝材料的水化产物组成及强度特征。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重-差示扫描热(TG-DSC)、扫描电子显微镜及能谱(SEM-EDS)等微观测试技术,分析了复合胶凝材料的晶体结构、热化学性质以及微观形貌等特性,研究了电石渣激发矿渣-粉煤灰复合胶凝材料的作用机制。结果表明：电石渣作为碱激发剂时能为矿渣-粉煤灰复合胶凝材料提供初始水化所需要的强碱环境,驱动矿渣和粉煤灰发生水化反应。随着矿渣掺量的增加,复合胶凝材料的强度发展呈先增加后减小的变化趋势,在粉煤灰与矿渣掺量质量配比为4∶6、外掺电石渣质量分数为4%时,复合材料浆体经4 d常温养护+32 h高温蒸汽养护后抗压强度达到25.9 MPa;矿渣-粉煤灰复合胶凝体系中水化产物分布不均,主要组成为水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硅铝酸钙等凝胶。电石渣作为矿渣-粉煤灰体系的碱激发剂使用时效果良好。     

水泥-磨细矿渣固化滨海盐渍土强度及机理

用水泥和磨细矿渣制作复合固化剂,来加固滨海盐渍土.测试滨海盐渍加固土(以下简称加固土)7、28、90d龄期的无侧限抗压强度,并结合加固土烧失量、固结物含量、X射线衍射(XRD)仪、热重-差示扫描量热(TG-DSC)法和扫描电子显微镜(SEM)探究其加固机理.结果表明:水泥-磨细矿渣复合固化剂的加固效果明显优于单掺水泥或磨细矿渣,且当磨细矿渣掺量为0%～75%时,加固土7、 28d无侧限抗压强度随磨细矿渣掺量增大而逐渐增强,最高可达6.0、10.0MPa;当磨细矿渣掺量为25%～100%时,90d龄期时加固土强度均达到11.5MPa以上,远高于单掺水泥加固土强度;加固土强度与其固结物含量呈正相关,而与其烧失量相关性不强.加固土28d龄期SEM照片显示,复合固化剂的水化产物与盐渍土结合较好,致密性明显优于单掺水泥或磨细矿渣;固结物是加固土强度的主要来源,其由固化剂水化产物及其黏结的土颗粒构成,受水化产物数量和团粒化作用共同影响.     

基于光纤光栅采动应力测试的冲击地压预警技术研究

为了提高我国冲击地压预警的准确性,结合光纤光栅测量领域已取得的研究成果,利用光纤光栅钻孔应力计、解调分站作为煤矿井下1孔多点采动应力数据的采集、解调装置,以应力控制理论为指导,研发了以采动应力监测系统软件为数据采集、分析软件,应力梯度为预警指标的冲击地压动态预警技术,集成了基于采动应力测试技术的冲击地压预警系统。研究结果表明:该系统可应用于煤矿工作面采动应力监测和冲击地压动态预警,能准确揭示工作面受采动影响应力的变化情况,推导出工作面应力场的时空演化规律。为矿井冲击地压灾害的预测预警增加一种新方法,从而有效减少冲击地压事故的发生。     

主要通风机远程监测系统的设计

针对现有的矿井主要通风机运行参数检测方式存在精度低、实时性差、无法实现全面监测的问题,提出了一种主要通风机远程监测系统的设计方案。该系统以C8051F020单片机为控制核心,通过数据采集模块采集主要通风机风压、风量、三相电压、三相电流、有功功率、效率、振动、电动机轴承温度等参数,对参数进行处理后实时显示在本地液晶屏上,并可通过GPRS网络将参数传输至上位机进行显示。试运行结果表明,该系统未出现错报及掉线现象。     

矿用分布式采集系统时钟同步方案设计与实现

单一的时钟同步技术由于其精度及应用局限性,无法满足矿用分布式采集系统高精度、高可靠性的时钟同步性能要求。针对上述问题,提出了基于北斗+IEEE 1588V2+本地后备时钟的三级协同时钟同步方案。选用部署在地面的T600-BDGOCXC型北斗授时服务器作为主时钟,为系统提供纳秒级精度的绝对时钟;采用STM32F407+DP83848及PTPd协议栈实现支持IEEE 1588V2协议的采集节点,通过井下工业环网将北斗的绝对时钟同步到各采集节点;本地后备时钟采用STM32F407内部RTC(实时时钟)实现,给各采集节点提供秒级精度的时间戳初值,便于各采集节点用最短时间实现与主时钟的同步。测试结果表明,北斗授时服务器与采集节点通过交换机直连的情况下,1 min后时钟同步精度达162 ns;北斗授时服务器与采集节点通过三级交换机连接的情况下,时钟同步精度为565 ns;在北斗授时服务器失效的情况下,优先级高的采集节点升级为主时钟并为其余采集节点授时,具有较强的可靠性。     

基于精密时钟同步技术的微震监测分站

研发了基于精密时钟(PTP)同步技术的KJ768-F微震监测分站。介绍了分站的软、硬件设计及精密时钟同步协议原理与实现;对分站的等效输入噪声及时间同步精度进行测试:结论表明分站的最大等效输入噪声为10.04μV;分站与授时服务器的同步精度为320 ns;分站与分站间的同步精度为120 ns。基于该分站的KJ768微震监测系统井下定点爆破试验定位误差小于10 m,定位精度满足对冲击地压矿井监测的需要。     

银修饰铜纳米阵列用于电催化还原CO2

二氧化碳的电化学转化为气态或液体燃料具有存储可再生能源以及减少碳排放的潜力。报道了一种Ag修饰Cu纳米阵列作为二氧化碳电化学还原催化剂的简单合成方法。首先，在铜箔上通过阳极氧化生成Cu(OH)₂纳米阵列，然后经过原位电化学还原得到Cu纳米阵列，最后通过Cu纳米阵列和Ag⁺前驱体之间的电化学置换来生成Ag修饰的Cu纳米阵列。Ag修饰铜纳米阵列增强了电化学还原二氧化碳的催化性能，相较于未经修饰的铜纳米阵列，Ag修饰Cu纳米阵列电催化还原CO₂生成C₂H₄的法拉第效率提升了158%,同时，修饰后的电极对于C₂₊产物的选择性提升了121%。其对CO₂电催化性能的提升和对氢气的抑制归因于Ag和Cu的协同催化效应。     

STM32便携式煤层瓦斯压力监测仪的研制

针对传统煤层瓦斯压力监测仪无法实时准确测量记录瓦斯压力的问题，设计了一种以STM32F103VCT6为核心的高性能智能瓦斯压力监测仪。将压力变送器及瓦斯浓度传感器输出的模拟信号经采样滤波及控制器处理后，实时显示以及存储。并将瓦斯压力数据通过RS-485或CAN（ControllerAreaNetwork）总线上传到监控系统；同时还可以传送至矿井分站处理系统，能实时动态监测瓦斯压力的变化。为保护层开采效果考察、抽采半径考察等提供重要的数据基础。     

煤与瓦斯突出危险精准辨识理论方法与技术探索

针对我国煤与瓦斯突出频发、突出事故呈现新特征、突出预测方法和指标体系有待完善等现实问题,为了更好地指导突出预测与防治工作,以煤与瓦斯突出关键结构体致灾机理为指导,基于突出发生位置必须具备特殊的地质结构环境这一基本认识,提出了煤与瓦斯突出危险"层层递进-精准辨识"的理论方法,具体包括3个层次:采用物探和钻探相结合的手段,超前探测采掘工作面周围存在的异常地质结构;采用微震和瓦斯涌出实时监测相结合的方法,动态分析采掘扰动条件下采掘工作面前方煤体结构、地应力和瓦斯大小变化特征;采用随钻测定相关特征参数和预测指标的方法,进一步验证超前探测和实时监测的辨识结果。探索性工程试验表明:"超前探测地质结构异常-实时监测煤体突出危险性-随钻测定煤层瓦斯大小"相结合的突出危险辨识技术能够综合反映采掘工作面周围地质结构、煤体结构、地应力和瓦斯大小变化特征,促进了突出预测工作由点预测向面预测、由间断式向连续式、由接触式向接触-非接触式相结合的转变。通过进一步发展物探和钻探相结合的精细探测技术,引入大数据分析和机器学习算法等训练综合判识模型,开发以"超前探测异常地质结构,实时监测采掘工作面微震信号和瓦斯涌出时序变化特征,随钻测定各种特征参数和预测指标"为核心的综合预警系统,实现突出灾害多元信息综合监测与智能预警,更好地服务于煤与瓦斯突出防治工作。     

碱渣-矿渣复合胶凝材料硬化体的微观结构与组成

为了对工业废料—碱渣进行回收利用,研发了一种碱渣-矿渣复合胶凝材料(SSCBM).采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)和热重-差示扫描热分析(DSC-TG)等对碱渣-矿渣复合胶凝材料28d龄期硬化体的微观结构与组成进行了研究.结果表明:水胶比为0.5,砂胶比为3∶1,碱渣和矿渣的质量比为1∶4时,所成型的40mm×40mm×160mm SSCBM试件28d龄期抗压强度为39.6MPa,抗折强度为8.0MPa,氯离子化学结合率为84.4%;SSCBM体系中生成了大量尺寸为5～10μm的水化产物,且水化产物之间互相搭接形成致密的三维网状结构,其28d龄期的水化产物主要为水化硅酸钙(C-S-H)、水化碳铝酸钙(C-A-C-H)、水化硅铝酸钙(C-A-S-H)和3CaO·Al_2O_3·CaCl_2·10H_2O(Friedel’s盐).