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期刊信息/Journal information
煤炭科学技术
煤炭科学技术

王金华

月刊

0253-2336

cst410@china.com

010-84262920 84262926

100013

北京和平里青年沟路5号

煤炭科学技术/Journal Coal Science and TechnologyCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>该刊为实用性的技术类刊物。辟有技术经验、实验研究、问题探讨、专家论坛、新产品、科技信息等栏目。是全国优秀期刊之一，第二届全国科技期刊评比获二等奖。读者对象为有关专业的科研生产设计教学管理等单位的工作者。
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    基于CFS-YOLO算法的复杂工况环境下煤矸图像识别方法

    李德永王国法郭永存王爽...
    226-237页
    查看更多>>摘要：针对煤矿高噪声、低照度、运动模糊与大批量煤矸混杂等复杂工况环境因素导致煤矸识别存在误检、漏检以及检测精度低的问题,提出一种基于CFS-YOLO算法的煤矸智能识别模型.采用ConvNeXt V2(Convolutional Neural Network with NeXt Units Version 2)特征提取模块替换主干网络末端的 2个C3(Cross Stage Partial Bottle Neck Mudule)模块,通过将掩码自动编码器(Masked Autoen-coders,MAE)和全局响应归一化(Global Response Normalization,GRN)层添加到ConvNeXt架构中,有效缓解特征崩溃问题以及保持特征在网络传递过程中的多样性;采用Focal-EIOU(Focal and Effi-cient Intersection Over Union)损失函数替换原CIOU(Computer Intersection Over Union)损失函数,通过其Focal-Loss机制和调整样本权重的方式优化边界框回归任务中的样本不平衡问题,提高模型的收敛速度和定位精度;添加无参注意力机制(Simple Attention Mechanism,SimAM)于主干网络每个C3模块的后端,凭借其注意力权重自适应调整策略,提升模型对尺度变化较大或低分辨率煤矸目标关键特征的提取能力.通过消融试验和对比试验验证所提CFS-YOLO模型的有效性与优越性.试验结果表明:CFS-YOLO模型对于煤矸在煤矿高噪声、低照度、运动模糊与大批量煤矸混杂等复杂环境下的检测效果均得到有效提高,模型的平均精度均值达到 90.2%,相较于原YOLOv5s模型的平均精度均值提高了 3.7%,平均检测速度达到 90.09 FPS,可充分满足煤矸实时检测的需求.同时与YOLOv5s、YOLOv7-tiny与YOLOv8n等 6种YOLO系列算法相比,CFS-YOLO模型对煤矿复杂环境的适应性最强且综合检测性能最佳,可为煤矸的智能高效分选提供技术支持.

    YOLOv5s煤矸识别特征提取损失函数注意力机制

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    煤基灰/渣的大宗固废资源化利用现状及发展趋势

    吴锦文邓小伟焦飞硕吕波...
    238-252页
    查看更多>>摘要：近年来,煤炭工业快速发展,为国民经济运行提供了重要能源保障和原料支撑,与此同时,燃煤电厂、工业和民用锅炉等设备在煤燃烧和气化工艺过程中,产生大量的煤基灰/渣(粉煤灰、燃煤炉渣、气化渣)等工业固体废弃物,对生态环境造成了较大影响.以粉煤灰和气化渣为代表的煤基灰/渣为例,我国每年排放约 8亿t粉煤灰和 3500万t气化渣,但是受限于国家能源结构、产业政策等因素的影响,以及煤基灰/渣的资源分布、产地性质的制约,目前,煤基灰/渣的高效资源化利用率还有待提升,其中,粉煤灰的综合利用率为 70%、气化渣的综合利用率仅为 30%,未来我国大宗固废仍存在产量大、资源利用不充分、综合利用产品附加值低等困境.因此,进一步提升大宗固废综合利用水平,全面提高资源利用效率,积极落实国家"碳达峰"和"碳中和"相关政策,完成煤炭工业"十四五"发展规划中相关工作,是当前煤炭开发利用需面对的重要问题.基于此,针对煤基灰/渣的性质,开展了大量的探索,如分级、分选、提质等技术研究,开发了具有针对性的工艺技术及装备,部分实现了煤基灰/渣的大宗固废资源化利用和高附加值利用.鉴于煤基灰/渣具有比表面积大、孔隙结构发达、含碳量偏高、铝硅含量丰富等特性,目前已经作为原料广泛应用于建工建材、环保、生态、化工等领域.文章分别从大宗固废资源化利用和深加工高附加值利用两个方面对煤基灰/渣进行了阐述.①建工建材等应用领域仍是提升煤基灰/渣大宗固废资源化利用的重要方向,但由于煤基灰/渣资源化利用存在脱碳与炭-灰分离技术装备有待完善、脱水与干燥困难、重金属可能存在沉淀等问题,后续有待深入研究;②提取有用组分并用于功能性碳材料制备、环境污染治理等领域可实现煤基灰/渣深加工高附加值利用,但需对生产工艺环节中产生的酸碱性或重金属废液进行有效处理,从而减少对环境的污染.针对煤基灰/渣在大宗固废资源化利用中所存在的问题,探讨了其未来发展趋势,以期为煤基灰/渣的大宗固废资源化利用以及煤化工行业高端化、低碳化、绿色化发展提供借鉴与参考.

    煤基灰/渣粉煤灰燃煤炉渣煤气化渣大宗固废资源化

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    基于矿化反应过程三阶段划分的粉煤灰高效矿化方法研究

    于秋鸽尹希文樊振丽甘志超...
    253-260页
    查看更多>>摘要：粉煤灰由于含有钙镁等碱土金属氧化物导致其浆液呈碱性,直接充填井下采空区易污染地下水源.利用陕北矿区府谷电厂粉煤灰开展组分测试、浆液pH值特性测试及固碳降碱试验,基于浆液pH值与OH-浓度理论关系对粉煤灰固碳降碱反应过程进行阶段划分并提出两级耦合的粉煤灰高效矿化方法.研究结果表明:①粉煤灰含CaO、MgO、K2O等碱土金属氧化物,溶于水浆液呈高碱特性,浆液pH值随浆液浓度增大而增大,当粉煤灰浆液质量分数≥30%时,浆液pH值不受质量分数影响且粉煤灰碱土金属氧化物与水反应生成OH-速率较快,溶于水 20 min,OH-浓度饱和;②粉煤灰与CO2 发生矿化反应生成方解石型CaCO3,每 1kg粉煤灰可矿化封存 29.57 g CO2;③粉煤灰与CO2 发生矿化粉煤灰固碳降碱过程中pH变化曲线呈"倒S"型,按降pH速率分为慢速(Ⅰ)、快速(Ⅱ)、慢速(Ⅲ)3个阶段,3个阶段的pH值分界点分别为 11.39、7～8且第I阶段无法消除;④降pH与降碱不是同一概念,降碱指的是降浆液中OH-浓度,降pH第I阶段对应快速降碱阶段,降pH第Ⅱ、Ⅲ阶段对应深度降碱阶段;⑤决定粉煤灰固碳量的主要为降pH第Ⅰ阶段,而非pH下降速率较大的第Ⅱ阶段,第I阶段CO2 利用率约为 30.78%,第Ⅱ、Ⅲ阶段CO2 总利用率约为 9.04%;⑥基于粉煤灰固碳降碱过程阶段划分及反应装置降碱速率、容积的差异性,提出两级耦合的粉煤灰高效矿化方法.研究结果对分析粉煤灰固碳降碱机理,提高粉煤灰固碳降碱效率,促进粉煤灰处置工业化应用具有重要意义.

    高碱粉煤灰固碳降碱阶段划分高效矿化两级耦合矿化反应

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    水分对无烟煤破碎行为和研磨能耗的影响

    李召辉谢卫宁林生茂姜海迪...
    261-269页
    查看更多>>摘要：煤中水分赋存形态和含量的变化会改变煤炭物理特性和孔隙结构,进而影响其破碎过程.为研究煤炭所含水分对其破碎行为的影响,以无烟煤为研究对象,利用加装功率测量装置的哈氏可磨仪模拟中速磨煤机内的破碎环境,对不同含水量煤样开展多时间批次的单独与混合破碎试验,并研究水分对煤炭破碎速率、煤粉细度及研磨能耗的影响.试验结果表明:相比于原始煤样,均化浸泡煤样单独破碎时初始粒级物料破碎速率因含水量的增加明显减小,其可磨性指数随水分增加先减小后增大,煤粉细度t10 与含水量呈正相关关系.干、湿煤样混合破碎时 13.34%含水量样品破碎速率和细粒级物料生成速率远大于相同水分的均化浸泡煤样,且其可磨性指数大于原煤;其他含水量的混配煤样可磨性指数略小于均化浸泡煤样,此差异随含水量增加而变大,而破碎速率和细粒级物料产率与均化浸泡煤样差别较小.经典能量—粒度关系模型可用来表征不同水分梯度样品单独和混合破碎过程,内、外水分不同程度降低了无烟煤抵抗破碎的能力,单独破碎时含水量增加可显著提高能量效率;将含水量参数引入能耗模型,实现对多梯度水分煤样破碎过程的表征.通过探究煤中含水量对煤炭破碎能耗的影响机理,揭示煤炭破碎过程中能量损失方式并为优化煤炭破碎工艺、降低能耗提供理论指导.

    无烟煤破碎速率可磨性指数煤粉细度研磨能耗

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    1995-2021年榆神府矿区景观生态风险时空异质性研究

    杜华栋刘云龙毕银丽孙浩...
    270-279页
    查看更多>>摘要：煤炭开采作为一种强烈的人类活动影响了矿区生态系统服务功能和经济价值,而相同气候环境不同地貌长时序空间尺度上矿区开发后景观生态风险演化特征对比研究较欠缺.以半干旱榆神府矿区为研究对象,基于 1995-2021年Landsat数据,通过构建景观生态风险指数以及空间统计学分析,探究了近 30年来矿区黄土丘陵和覆沙地两种不同地貌类型景观生态风险时空演化特征.结果表明:①1995-2000年间榆神府矿区两种地貌生态风险格局整体无明显变化;2000-2010年间黄土丘陵区景观低生态风险区向更高等级生态风险转变,2010年黄土丘陵区中高、中和中低生态风险区占比为 70%,而覆沙区高生态风险区域虽增加但不显著,仍以中低生态风险区为主,占比为 31%;2010-2021年矿区景观生态格局向着均匀化的方向发展,黄土丘陵区逐渐稳定为以中低、中和中高生态风险等级为主,2021年 3个风险等级占比为 74%,覆沙区也形成了以低、中低和中生态风险等级为主的分布情况,3个风险等级占比为 77%,生态风险等级逐渐趋于稳定,生态风险格局不断优化;②1995-2021年榆神府矿区景观生态风险在空间上有明显的集聚分布特征,局部生态风险具有明显的热点、冷点区域,生态风险热点主要分布于煤炭开发时间长、地质环境损害较严重的东北部和东南部黄土丘陵区,生态风险冷点主要位于目前仍处于资源勘探普查的中部覆沙区;③人为干扰度是对榆神府矿区景观生态风险影响最大的驱动因子,黄土区与覆沙区决定力q值大小分别在0.49～0.72和 0.38～0.55,在黄土丘陵区植被覆盖度是第二大影响因子,决定力q值在 0.27～0.46之间,气温因子影响程度次之,而覆沙区植被覆盖度与气温的影响程度在 1995-2021年间互有高低,两种地貌类型景观生态风险均受高程影响最小,q值均小于 0.10;④景观生态风险时空演化相关分析表明,榆神府矿区生态修复过程中,应根据不同地貌类型特征优化景观生态格局,在黄土丘陵区应优化开采方案减小地表生态损害、积极开展损害地主动修复策略,在覆沙区由于开采对该区景观格局影响较小,矿区损害地可实施引导型生态自修复等以保障矿区生态安全.

    榆神府矿区生态修复景观生态风险空间统计学地理探测器

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