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Effect of dry-wet cycles on dynamic properties and microstructures of sandstone:Experiments and modelling

International Journal of Mining Science and Technology 2024年第5期34卷 655-679页

作者： Hai Pu Qingyu Yi Andrey P.Jivkov zhengfu bian Weiqiang Chen Jiangyu Wu State Key Laboratory of Intelligent Construction and Healthy Operation and Maintenance of Deep Earth Engineering China University of Mining and TechnologyXuzhou 221116China Key Laboratory of Xinjiang Coal Resources Green Mining Ministry of EducationXinjiang Institute of EngineeringUrumqi 830023China Department of Solids and Structures School of EngineeringUniversity of ManchesterManchester M139PLUK School of Environment Science and Spatial Informatics China University of Mining and TechnologyXuzhou 221116China Department of Civil and Environmental Engineering Rice UniversityHouston 77005USA State Key Laboratory of High Performance Civil Engineering Materials Jiangsu Research Institute of Building Science Co.Ltd.Nanjing 210008China Department of Materials University of OxfordOxford OX13PHUK

Underground pumped storage power plant(UPSP)is an innovative concept for space recycling of abandoned *** realization requires better understanding of the dynamic performance and durability of reservoir *** paper conducted ultrasonic detection,split Hopkinson pressure bar(SHPB)impact,mercury intrusion porosimetry(MIP),and backscatter electron observation(BSE)tests to investigate the dynamical behaviour and microstructure of sandstone with cyclical dry-wet damage.A coupling FEM-DEM model was constructed for reappearing mesoscopic structure *** results show that dry-wet cycles decrease the dynamic compressive strength(DCS)with a maximum reduction of 39.40%,the elastic limit strength is reduced from 41.75 to 25.62 *** sieved fragments obtain the highest crack growth rate during the 23rd dry-wet cycle with a predictable life of 25 cycles for each rock *** pore fractal features of the macropores and micro-meso pores show great differences between the early and late cycles,which verifies the computational statistics analysis of particle *** numerical results show that the failure patterns are governed by the strain in pre-peak stage and the shear cracks are *** dry-wet cycles reduce the energy transfer efficiency and lead to the discretization of force chain and crack fields.

关键词： Underground pumped storage power plant Dry-wet cycles Split Hopkinson pressure bar Macro and micro properties FEM-DEM coupling model Damage characterization

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关闭矿井采空区破碎岩体再断裂机制及空隙结构演化特性

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煤炭科学技术 2024年第2期52卷 104-114页

作者：孟凡非浦海倪宏阳卞正富中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学教育部矿山生态修复工程中心江苏徐州221116 中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116

受“双碳”政策影响,关闭矿井地热开采技术逐渐受到关注。关闭矿井采空区内储热流体提取效率与其渗流特性密切相关,而破碎岩体空隙结构是决定采空区渗流特性的关键因素。因此,需要研究地热开采复杂环境下储热空间破碎岩体空隙结构变形... 详细信息

受“双碳”政策影响,关闭矿井地热开采技术逐渐受到关注。关闭矿井采空区内储热流体提取效率与其渗流特性密切相关,而破碎岩体空隙结构是决定采空区渗流特性的关键因素。因此,需要研究地热开采复杂环境下储热空间破碎岩体空隙结构变形演化特性。笔者基于颗粒离散元数值方法,建立浸水及侧向约束压缩条件下不同级配的破碎岩体数值模型,分析破碎岩体变形行为及二次断裂演化特性,追踪颗粒从岩体骨架结构剥离及空隙内运移规律。得到如下结论:破碎岩体压实过程应力随应变增长可分为3个阶段:初始阶段(00.275)。快速增长阶段应力-应变曲线出现明显波动,破碎岩体二次断裂及应力重分布现象在该阶段最明显。破碎岩体热储环境下空隙率的变化值与初始空隙率成正比,最大达到0.2。当破碎岩体内岩块粒径悬殊大时,接触键应变能最大,断裂能增长缓慢。岩块与颗粒密集区接触部分断裂分布多,与空隙接触部分断裂分布极少。颗粒未剥离岩块时,随岩块运动,整体运动路径复杂速度较小;颗粒剥离瞬间速度突然增大,与岩块碰撞导致速度改变。当颗粒速度减小到与周围岩块相近时,将造成空隙空间的堵塞。研究结果可为关闭矿井储热空间换热效率评估提供理论依据。

关键词：关闭矿井热储空间破碎岩体空隙结构裂隙分布特征

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论露天矿区近自然生态修复

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煤炭学报 2024年第4期49卷 2021-2030页

作者：雷少刚夏嘉南卞正富程伟中国矿业大学矿山生态修复教育部工程研究中心江苏徐州221116

露天矿区生态修复面临着重建生态系统自维持力低、维持成本高,尤其是修复后“采矿痕迹”明显等问题,亟待协调好人工修复与自然恢复的关系,升级发展传统生态修复模式,促进露天矿区人与自然和谐共生。在长期的理论方法研究和应用实践经验... 详细信息

露天矿区生态修复面临着重建生态系统自维持力低、维持成本高,尤其是修复后“采矿痕迹”明显等问题,亟待协调好人工修复与自然恢复的关系,升级发展传统生态修复模式,促进露天矿区人与自然和谐共生。在长期的理论方法研究和应用实践经验总结基础上,①提出了露天矿区近自然生态修复的必要性及其理论内涵与技术框架。近自然矿山生态修复是参照本地自然地貌、水文、土壤、植被、景观及其演变规律,使修复后的矿业斑块达到与周边自然生态系统近似的结构与功能状态,并与周边自然地貌、水系、景观相融合的修复模式,是对传统生态修复模式的升级,逼近“采矿无痕”是其追求的理想状态。②近自然生态修复是露天矿生态化设计的重要构成,其技术环节主要包括,参照生态系统学习、近自然地貌重塑、水文衔接与调控、矿山活土层重构、植被重建与多样性重组等。参照生态系统学习为后续各个修复环节提供修复目标与参数。近自然地貌重塑是近自然生态修复的核心与基础,包括内排土场全生命周期近自然地貌重塑、外排土场近自然地貌重塑、邻近自然问题地貌协同重塑等。水文衔接与调控要解决河道沟道的优化布局、矿区上下游水系的衔接、以蓄代排径流调控等。矿山活土层重构包括矿山土物理结构重组、微生物和养分循环过程重构等内容;植被重建与多样性重组包括近自然的植物群落与多样性配置,以及近自然的植株空间布局等。③实践分析表明,露天矿近自然生态修复有助于减少土壤侵蚀,提高地貌稳定性,增强重建生态系统的自维持能力,有利于实现露天矿区“采矿无痕”,促进人与自然和谐共生。

关键词：露天开采矿山生态生态化设计自然修复地貌重塑

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面向中国式现代化的国土空间治理:从理论逻辑到实现路径

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中国土地科学 2024年第1期38卷 9-19页

作者：于昊辰吕晓杨俊卞正富青岛科技大学经济与管理学院山东青岛266061 东北大学文法学院辽宁沈阳110169 中国矿业大学公共管理学院江苏徐州221116

研究目的:阐释中国式现代化语境下国土空间治理的新要求及理论逻辑,为助推中国式国土空间治理现代化提供路径支撑。研究方法:理论分析法、归纳演绎法和逻辑推理法。研究结果:(1)依据中国式现代化的核心要义,国土空间治理有必要在人地协... 详细信息

研究目的:阐释中国式现代化语境下国土空间治理的新要求及理论逻辑,为助推中国式国土空间治理现代化提供路径支撑。研究方法:理论分析法、归纳演绎法和逻辑推理法。研究结果:(1)依据中国式现代化的核心要义,国土空间治理有必要在人地协调、公平均衡、特色鲜明、绿色高效、稳定安全等方面发挥更大的价值和作用。(2)归纳阐释了中国式现代化与国土空间治理之间所存在的系统协调、协同共生、演绎交互、调适匹配、包容共区5大理论逻辑。(3)由于区域间和城乡间差距(宏观)、产业间和地类间竞争(中观)、部门间和主体间博弈(微观),国土空间治理落实中国式现代化要求仍有较大差距。(4)从规划引导、用途管制和实践行动出发,提出区域协调与城乡融合、调适匹配与差别管控、精细治理与共治共享的中国式国土空间治理现代化路径。研究结论:国土空间治理将始终贯穿于中国式现代化的各个方面和各个环节,从中国式现代化的时代特征和整体逻辑去反思治理路径,可为拓展具有中国特色的国土空间治理内涵外延和理论实践提供有效参考。

关键词：空间治理中国式现代化国土空间理论逻辑路径

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新疆煤炭资源开发潜力与开发策略

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煤炭学报 2024年第2期49卷 967-977页

作者：卞正富张益东王猛王长申韩晓彤牟守国任清晨李国栋中国矿业大学教育部矿山生态修复工程研究中心江苏徐州221008 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221008 中国矿业大学碳中和研究院江苏徐州221008 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221008 中国矿业大学公共管理学院江苏徐州221008 新疆大学地矿学院新疆乌鲁木齐830046

鉴于新疆煤炭资源赋存条件的独特性以及煤炭赋存区生态环境的脆弱性,科学开发新疆煤炭资源成为当务之急。为此,简要论述了新疆煤炭资源地质赋存条件、赋煤区水文地质条件、自然地理与生态环境条件,分析了新疆煤炭资源开发潜力。结果表明... 详细信息

鉴于新疆煤炭资源赋存条件的独特性以及煤炭赋存区生态环境的脆弱性,科学开发新疆煤炭资源成为当务之急。为此,简要论述了新疆煤炭资源地质赋存条件、赋煤区水文地质条件、自然地理与生态环境条件,分析了新疆煤炭资源开发潜力。结果表明:新疆煤炭资源极为丰富,全区预测煤炭资源量2.19万亿t,占全国总预测储量的40%以上;新疆共有24个预测资源量超过100亿t的煤田,其中5个煤田预测资源量超过1 000亿t,8个煤田预测资源量在400亿~1 000亿t,11个煤田预测资源量在100亿~400亿t;潜在煤炭资源量中,1 000 m以下浅储量占比52.8%。新疆煤炭资源以低阶烟煤和中阶烟煤为主要煤阶,其次是中煤阶煤中的高阶烟煤,而低煤阶煤中的褐煤和中煤阶煤中的超高阶烟煤以及高煤阶煤中的无烟煤,分布范围和数量极为有限,所占资源总量的比例很低;综合考虑疆煤外运、疆电外送、西气东输以及本地煤化工产业规划,预计2035年新疆煤炭产能有望超8亿t。在此基础上,构建了生态环境承载力评价指标体系,对新疆规划建设的五大煤矿区生态环境承载力进行了评价,得出:新疆煤炭资源赋存区生态环境承载力整体处于中低水平,五大煤矿区生态环境承载力均值排序为伊犁(0.42)>库拜(0.38)>和丰(0.31)>准东(0.25)>吐哈(0.22),呈现出由西到东递减的趋势。针对新疆煤炭资源开发条件与潜力,提出了优化煤炭资源开发布局、推动开采技术升级、推进智能采矿技术、强化绿色开采理念、拓展煤炭多元化利用渠道等策略。

关键词：新疆煤炭开发潜力生态承载力开发策略

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先验信息驱动的DSInSAR自适应相位优化算法

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中国矿业大学学报 2024年第2期53卷 409-420页

作者：李世金卞正富高延东张书毕郑南山张秋昭张艳锁田雨中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 中国矿业大学自然资源部国土环境与灾害监测重点实验室江苏徐州221116

相位优化是分布式散射体干涉合成孔径雷达(Distributed Scatterers Interferometric Synthetic Aperture Radar,DSInSAR)技术中提升相位信噪比的关键步骤.为了改善现有相位优化算法在矿区大梯度形变对应密集条纹处的相位信息严重损失问... 详细信息

相位优化是分布式散射体干涉合成孔径雷达(Distributed Scatterers Interferometric Synthetic Aperture Radar,DSInSAR)技术中提升相位信噪比的关键步骤.为了改善现有相位优化算法在矿区大梯度形变对应密集条纹处的相位信息严重损失问题,提出一种基于先验信息驱动的DSInSAR自适应相位优化算法.算法首先采用常规小基线集技术反演初始时序形变相位,通过时序相位预处理获取先验形变相位信息;然后将其从原始单视复数(Single Look Complex,SLC)相位中去除,获取SLC残余相位,结合相干性次幂加权策略构建残余相位优化模型,通过先验形变相位补偿,估计最终优化相位.试验结果表明:提出算法可有效兼顾大梯度形变场对应条纹密集区域的相位信息保护及噪声抑制,且有效提升了大梯度形变区域的监测点密度及监测精度,较常规优化算法具有更好的自适应效果及优化性能.

关键词： DSInSAR 相位优化先验信息矿区形变监测

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Investigating spatial and temporal variations of soil moisture content in an arid mining area using an improved thermal inertia model

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Journal of Arid Land 2017年第5期9卷 712-726页

作者： WANG Yuchen bian zhengfu LEI Shaogang ZHANG Yu School of Environment Science and Spatial Informatics China University of Mining and Technology Xuzhou 221116 China

Mining operations can usually lead to environmental deteriorations. Underground mining activities could cause an extensive decrease in groundwater level and thus a dramatic variation in soil moisture content（SMC）. In this study, the spatial and temporal variations of SMC from 2001 to 2015 at two spatial scales（i.e., the Shendong coal mining area and the Daliuta Coal Mine） were analyzed using an improved thermal inertia model with a long-term series of Landsat TM/OLI（TM=Thematic Mapper and OLI=Operational Land Imager） data. Our results show that at large spatial scale（the Shendong coal mining area）, underground mining activities had insignificant negative impacts on SMC and that at small spatial scale（the Daliuta Coal Mine）, underground mining activities had significant negative impacts on SMC. Trend analysis of SMC demonstrated that areas with decreasing trend of SMC were mainly distributed in the mined area, indicating that underground mining is a primary cause for the drying trend in the mining region in this arid environment.

关键词： mining disturbance spatial-temporal variation soil moisture content thermal inertia Shendong coal mining area

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Mechanism of formation of sliding ground fissure in loess hilly areas caused by underground mining

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International Journal of Mining Science and Technology 2015年第4期25卷 553-558页

作者： Liu Hui Deng Kazhong Lei Shaogang bian zhengfu Research Center of Geotechnical and Structural Engineering Shandong University School of Resource Science Hebei University of Engineering Jiangsu Key Laboratory of Resources and Environmental Information Engineering NASG Key Laboratory of Land Environment and Disaster Monitoring China University of Mining and Technology

Based on a shallow-buried coal seam covered with thick loose layers in hilly loess areas of western China,we developed a mechanical model for a mining slope with slope stability analysis, and studied the mechanism of formation and development of a sliding ground fissure by the circular sliding slice ***, we established a prediction model of a sliding fissure based on a mechanical mechanism,and verified its reliability on face 52,304, an engineering example, situated at Daliuta coal mine of Shendong mining area in western China. The results show that the stress state of a mining slope is changed by its gravity and additional stress from the shallow-buried coal seam and gully terrain. The mining slope is found to be most unstable when the ratio of the down-sliding to anti-sliding force is the maximum, causing local fractures and sliding fissures. The predicted angles for the sliding fissure of face 52,304 on both sides of the slope are found to be 64.2° and 82.4°, which are in agreement with the experimental data.

关键词：黄土丘陵区圆弧滑动地裂缝形成机理地下开采边坡稳定性分析中国西部浅埋煤层

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Monitoring on subsidence due to repeated excavation with DInSAR technology

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International Journal of Mining Science and Technology 2013年第2期23卷 185-190页

作者： Liu Zhenguo bian zhengfu Lü Fuxiang Dong Baoquan School of Environmental Science & Spatial Informatics China University of Mining & Technology Jiangsu Key Laboratory of Resources and Environmental Information Engineering Xishan Coal Electricity Group Co. Ltd.

DInSAR technology was used to monitor subsidence caused by underground coal mining activities in mountainous area, with multi source SAR data, including 8 EnviSAT C-band and 4 ALOS L-band, and 4 programmed TerraSAR-X dataset. The results revealed that 2-pass DInSAR technique sometimes failed to retrieve the mining-caused subsidence due to spatial and/or temporal de-correlation. We also noticed that there existed residual topographic phase after the compensation with SRTM DEM, which could almost overwhelm the subsidence information when the perpendicular baseline was relatively large. Based on the mining materials, analysis was made on the shape of subsidence area. For the well geocoded results from TerraSAR-X, confirmed by GPS surveying results of corner reflectors, we tried to extract the advance distance of influence besides the subsidence area. Due to the big deformation gradient over stopingfaces, the X-band SAR data could not capture the maximum value subsidence revealed by GPS survey in our preliminary results, the same as C-band EnviSAT data. This will turn to be our research subject in the next few months.

关键词： DInSAR Repeated excavation Corner reflectors Subsidence TerraSAR-X

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Environmental issues from coal mining and their solutions

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Mining Science and Technology 2010年第2期20卷 215-223页

作者： bian, zhengfu INYANG, Hilary I DANIELS, John L OTTO, Frank STRUTHERS, Sue institute of land resources china university of mining & technologyxuzhou 221008china global institute for energy and environmental systems university of north carolinacharlotte nc 28223usa global institute for energy and environmental systems university of north carolinacharlotte nc 28223usa natural science foundation of the usa arlington va 22230usa department of geoengineering and mining university of applied sciencebochum 44801germany skapa mining services orkney kw172sxuk

The environmental challenges from coal mining include coal mine accidents,land subsidence,damage to the water environment,mining waste disposal and air *** are either environmental pollution or landscape change.A conceptual framework for solving mine environmental issues is *** processes,or remediation measures,are designed to address environmental *** measures are proposed to handle landscape *** total methane drainage from 56 Chinese high methane concentration coal mines is about 101.94 million cubic *** this methane,19.32 million,35.58 million and 6.97 million cubic meters are utilized for electricity generation,civil fuel supplies and other industrial purposes,*** 39% of the methane is emitted into the *** production of coal mining wastes can be decreased 10% by reuse of mining wastes as underground fills,or by using the waste as fuel for power plants or for raw material to make bricks or other infrastructure *** proper use of mined land must be decided in terms of local physical and socio-economical *** European countries more than 50% of previously mined lands are reclaimed as forest or grass ***,in China more than 70% of the mined lands are reclaimed for agricultural purposes because the large population and a shortage of farmlands make this *** of rural communities or native residential improvement is one environmental problem arising from *** suggest two ways to reconstruct a farmer's house in China.

关键词： mine environment management of mining wastes reuse of mine gas mined land reclamation clean coal mining

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