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关废矿山(地)热能开发与储用

科学通报 2025年第01期 8-16页

作者：褚召祥田家丰李晓昭中国矿业大学力学与土木工程学院深地科学与工程云龙湖实验室自然资源部矿山生态效应与系统修复重点实验室

2023年5月和8月, Science连续发表面向关废矿山的资源和能源开发利用文章[1,2],尝试回答部分学者在Nature提出的“能源危机:2023年需要回答的5个问题”之“How will the industrial landscape shift?”[3],引起了该领域国内外学者的广...

2023年5月和8月, Science连续发表面向关废矿山的资源和能源开发利用文章[1,2],尝试回答部分学者在Nature提出的“能源危机:2023年需要回答的5个问题”之“How will the industrial landscape shift?”[3],引起了该领域国内外学者的广泛关注.

关键词：

铜污染土壤光谱特征及弱差信息的LH-PSD甄测模型

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光谱学与光谱分析 2019年第7期39卷 2228-2236页

作者：杨可明张伟付萍杰高鹏程凤李燕中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室

土壤受重金属污染后,会影响农作物及食品安全,危及人体健康,因此寻找快速、高效甄测土壤重金属污染信息的方法尤为关键。传统化学分析方法存在过程繁杂、费时耗力等缺点,而高光谱遥感因光谱分辨率高、信息量大、快速无损等特点在环境监... 详细信息

土壤受重金属污染后,会影响农作物及食品安全,危及人体健康,因此寻找快速、高效甄测土壤重金属污染信息的方法尤为关键。传统化学分析方法存在过程繁杂、费时耗力等缺点,而高光谱遥感因光谱分辨率高、信息量大、快速无损等特点在环境监测等应用方面优势明显。由于电磁遥感信号反射、辐射过程复杂,通过仪器获取的土壤高光谱数据难以直接解析出重金属污染信息,因而,研究并寻求一种能够有效挖掘土壤重金属污染信息的方法对高光谱遥感监测污染意义重大。不同浓度铜(Cu)污染会使土壤理化性质改变,引发土壤光谱产生微弱变化,该研究目的是对Cu污染土壤光谱的特征及弱差信息进行识别、提取与分析,进而挖掘光谱中的重金属污染信息。采用包络线去除(CR)对光谱进行预处理,通过定义局部极大值均值(LMM)与半波高(HWH),结合时频分析的短时傅里叶变换(STFT)及能量谱密度(PSD),构建LH-PSD甄测模型。通过模型对极相似土壤光谱进行处理,所获PSD分布图使光谱间的微弱差异可视化显现,并显著区分了相似光谱,验证了模型对光谱特征及弱差信息的甄别能力和有效性。同时应用该模型,对不同Cu污染梯度的土壤实验光谱进行重金属污染信息的提取与分析,研究结果表明,LH-PSD甄测模型中,LMM与HWH可有效提取光谱间差异特征并以阶梯状显现。经模型处理后得到的可视化PSD分布图能直观定性判别土壤是否受重金属Cu污染,即当土壤受重金属Cu污染后,相同采样频数下,在频率为100与600Hz附近PSD分布会出现明显空缺分离,随着Cu污染浓度的增加,在100~600Hz之间PSD的分布呈逐渐稀疏态势。能量值E可定量化监测土壤Cu污染程度,即随着土壤中Cu污染浓度的增加,E值呈下降趋势,且与Cu含量的相关系数达到-0.9105,显著相关。为检验模型的可靠性,研究结合栽种玉米作物的土壤光谱,经LH-PSD甄测模型对其进行分析,所得可视化的PSD分布图结果与实验分析中基本一致,且能量值E的监测结果与土壤中Cu含量相关系数达到-0.9739,相关性显著,验证了模型的可靠性。因此,LH-PSD甄测模型实现了对土壤光谱从光谱域到时频域的甄析,为深度挖掘重金属污染的光谱特征及弱差信息提供一种新思路。

关键词：高光谱遥感重金属污染特征信息甄测模型土壤污染监测

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铜污染植被指数的玉米叶片污染程度探测模型

光谱学与光谱分析 2020年第1期40卷 209-214页

作者：程凤杨可明崔颖陆天宇陈立帆荣坤鹏中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室

高光谱遥感监测农作物重金属污染已成为遥感研究的重要内容之一。受污染的作物叶片中重金属含量映射到光谱上的信息量差异较微弱,如何灵敏地挖掘其所包含的价值信息具备一定挑战性。以农作物叶片光谱为研究对象,通过多个光谱特征波段组... 详细信息

高光谱遥感监测农作物重金属污染已成为遥感研究的重要内容之一。受污染的作物叶片中重金属含量映射到光谱上的信息量差异较微弱,如何灵敏地挖掘其所包含的价值信息具备一定挑战性。以农作物叶片光谱为研究对象,通过多个光谱特征波段组合的方式,提出了一种铜污染植被指数(CPVI)的污染程度探测模型,来表征重金属Cu对农作物的污染程度。首先设置盆栽实验,将不同浓度梯度的CuSO4·5H2O粉末添加到土壤中,模拟Cu污染土壤环境,胁迫玉米生长。采集玉米穗期的老、中、新叶片光谱,测定叶片中Cu2+含量及相对叶绿素浓度。而后利用随机选取的58组玉米叶片光谱作为实验数据,在380~900 nm波长范围内选取波长λ1和λ2的两组叶片光谱反射率并计算相应的CPVI[λ1,λ2]模型指数及其与对应叶片中Cu2+含量的皮尔逊相关系数,得到相关性特征绝对值矩阵。其次,根据得到的相关性特征绝对值矩阵,提取皮尔逊相关系数较高的光谱特征波段690和465 nm,并结合波段850 nm建立针对玉米叶片的铜污染植被指数(CPVIm)。之后,利用另外26组数据对CPVIm指数进行检验,同时将该指数与归一化植被指数(NDVI)、陆地叶绿素指数(MTCI)等常规植被指数进行比较以验证CPVIm的有效性与优越性。结果表明,NDVI, MTCI, REP和DVI与叶片中Cu2+含量相关系数最高仅为0.68,残差平方和RSS最低为70.99,而CPVIm与叶片中Cu2+含量显著负相关,相关系数达-0.80,残差平方和为48.52,均优于NDVI和MTCI等常规植被指数,证明CPVIm对重金属胁迫更敏感。同时利用两期不同年份不同品种的玉米光谱数据进行CPVIm指数的鲁棒性验证, CPVIm与叶片Cu2+含量的相关系数r分别为-0.90和-0.96,均显著相关,说明该指数对于不同品种的玉米污染程度探测仍具有良好的适用性。另外,利用玉米叶片中Cu2+含量、 CPVIm和叶片中叶绿素相对浓度构建三维分析模型,从空间角度直观地反映了三者之间具有一定的相关关系。通过光谱特征波段组合方式构建的CPVI探测模型可作为评价农作物重金属污染程度的参考方法,基于该方法构建的CPVIm指数可有效甄别玉米受重金属Cu2+污染的程度。

关键词：光谱玉米叶片皮尔逊相关系数矩阵铜污染植被指数叶绿素

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重金属铜胁迫下玉米的光谱特征及监测研究

光谱学与光谱分析 2019年第9期39卷 2823-2828页

作者：李燕杨可明荣坤鹏张超高鹏程凤中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室

农作物重金属污染监测是当今高光谱遥感研究的重要内容之一,旨在设计一种新的窄带植被指数,以实现不同培育期的两种玉米品种的重金属铜胁迫监测。研究设计了不同浓度的铜污染实验,采用SVCHR-1024I型高性能地物光谱仪测量不同浓度铜离子(... 详细信息

农作物重金属污染监测是当今高光谱遥感研究的重要内容之一,旨在设计一种新的窄带植被指数,以实现不同培育期的两种玉米品种的重金属铜胁迫监测。研究设计了不同浓度的铜污染实验,采用SVCHR-1024I型高性能地物光谱仪测量不同浓度铜离子(Cu^2+)胁迫下玉米叶片的光谱反射率,并同步获取了玉米叶片中Cu^2+含量数据。首先,对玉米叶片原始光谱数据进行一阶差分处理,并计算一阶差分反射率与叶片中Cu^2+含量的相关系数(r),筛选对铜胁迫敏感的波段。计算结果显示,489~497,632和677nm波长附近的一阶差分反射率与叶片中Cu^2+含量显著相关,可将其视为敏感波段。其次,根据以上3个敏感波段,建立基于一阶差分反射率的铜胁迫植被指数(dVI)。对所有可能的dVIs和Cu^2+含量进行一元回归分析,并采用决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)对回归结果进行评估,以筛选最佳指数。最后,采用不同生长年份的玉米实验数据对敏感波段的稳定性及dVI的适用性进行了验证评估;同时,通过与归一化植被指数(NDVI)、红边叶绿素指数(CIred-edge)、红边位置(REP)、光化学反射指数(PRI)等常规重金属胁迫植被指数进行应用比较,证明dVI更具有优越性。结果表明:一阶差分处理后,在450~500,630~680和677nm波长处的叶片反射率与Cu^2+含量的相关系数明显增大。基于一阶差分反射率的特征波段具有稳定性,对于不同生长年份的玉米叶片数据,特征波段的波长位置不变。一元回归分析结果表明,结合497,632和677nm波长的一阶差分反射率的指数与Cu^2+含量具有显著的相关性,对于不同生长年份的2种玉米品种数据集,R2都高达0.75以上。另外,与常规植被指数比较结果表明,该研究所提出的dVI具有更好的鲁棒性及有效性,可为冠层尺度的重金属胁迫监测提供理论基础。

关键词：玉米铜胁迫植被指数特征波段高光谱

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关键层运动对邻近层瓦斯涌出影响的研究

岩石力学与工程学报 2007年第7期26卷 1478-1484页

作者：屈庆栋许家林钱鸣高中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室

煤矿覆岩中的关键层控制着上覆岩层的移动和采动裂隙的动态发展过程,进而也必将影响到邻近层瓦斯在采动破裂岩体内的动态涌出规律。利用阳泉矿区2种不同覆岩结构综放面的实测数据,对比研究关键层运动对邻近层瓦斯动态涌出的影响,研究结... 详细信息

煤矿覆岩中的关键层控制着上覆岩层的移动和采动裂隙的动态发展过程,进而也必将影响到邻近层瓦斯在采动破裂岩体内的动态涌出规律。利用阳泉矿区2种不同覆岩结构综放面的实测数据,对比研究关键层运动对邻近层瓦斯动态涌出的影响,研究结果表明:不同覆岩关键层结构条件下,邻近层瓦斯涌出的动态过程是不一致的,进一步证实了关键层运动对邻近层瓦斯动态涌出的控制作用。分析不同覆岩关键层结构条件下初采期邻近层瓦斯抽采技术方案的适应性,提出初采期邻近层瓦斯抽采方案的确定必须结合具体覆岩关键层结构特征,才能取得预期的抽采效果。

关键词：采矿工程岩层移动关键层煤与瓦斯共采邻近层瓦斯涌出

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超长孤岛综放工作面支承压力分布规律研究

岩石力学与工程学报 2007年第A01期26卷 2761-2766页

作者：刘长友黄炳香孟祥军杨培举陈龙高中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室

为对超长孤岛综放工作面围岩稳定性和顶煤冒放性进行控制,采用FLAC3D有限元软件对比分析了超长孤岛工作面的支承压力分布特征。研究老顶上覆岩层应力场的变化规律,分析初采期间和正常推进期间工作面超前支承压力分布规律。老顶岩层内工... 详细信息

为对超长孤岛综放工作面围岩稳定性和顶煤冒放性进行控制,采用FLAC3D有限元软件对比分析了超长孤岛工作面的支承压力分布特征。研究老顶上覆岩层应力场的变化规律,分析初采期间和正常推进期间工作面超前支承压力分布规律。老顶岩层内工作面超前支承压力存在两个峰值区域,工作面后方支承压力沿面长方向的中间存在一个峰值区域,两者之间为低支承压力区域。顶煤层位支承压力峰值大于煤层的机采层位,但支承压力的影响范围小于机采层位,且顶煤的极限平衡区宽度较机采层大。工作面正常推进期间较初采期间的支承压力极限平衡区宽度增大,孤岛工作面加长后支承压力峰值系数在初采期间增加,而在正常推进期间降低。超长孤岛工作面减小孤岛工作面侧向支承压力的叠加影响。

关键词：采矿工程超长孤岛综放工作面顶板顶煤支承压力数值模拟

北宋定窑茶叶末釉的微观结构与矿物形态学研究

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岩矿测试 2025年第1期44卷 115-126页

作者：徐建业王富芳梁汉东李展平煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 清华大学分析中心北京100084 清华大学化学系有机光电子与分子工程教育部重点实验室北京100084

茶叶末釉古瓷作为最早出现的结晶釉之一,开展深入研究可明确其矿物晶体特征、呈色机理以及古代烧制工艺,丰富古陶瓷数据库。目前相关研究多来源于二十世纪末,样本稀少且囊括的年代和窑口严重不足,所用科学仪器多已淘汰,亟需更多实验分... 详细信息

茶叶末釉古瓷作为最早出现的结晶釉之一,开展深入研究可明确其矿物晶体特征、呈色机理以及古代烧制工艺,丰富古陶瓷数据库。目前相关研究多来源于二十世纪末,样本稀少且囊括的年代和窑口严重不足,所用科学仪器多已淘汰,亟需更多实验分析与数据支撑。本文采用光学显微镜(OM)、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)、扫描电镜-能谱(SEM-EDS)、激光共聚焦拉曼光谱(LRS)、飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)等现代科学仪器对北宋定窑茶叶末釉样本中矿物晶体开展了分析和表征。结果表明,釉中主晶相与辽金龙泉务窑一致,为钙长石和辉石;釉面整体表现为酱-黑色釉基质富铁(Fe2O3含量均值9.73%)和矿物结晶富铁(Fe2O3含量均值11.33%),除α-Fe2O3和Fe3O4晶体等熔后重结晶矿物,还有铁镁尖晶石、残余高岭石等未融熔矿物,反演出制釉原料中有镁的加入以及烧成温度可能低于1200℃,异于前人高温烧制的观点。SIMS离子成像揭示了胎釉交界处为厚约20~80μm的钙长石晶体层,而非化妆土或玻璃态的致密反应层。研究揭示了茶叶末古瓷中Fe元素不均匀富集,部分区域过饱和而析出含铁矿物晶体,釉面颜色则主要由黄褐色的矿物晶体斑点和酱-黑色玻璃基质共同组成,同时ToF-SIMS在古瓷微区原位的形貌结构和元素分析上效果显著,能够辨别钙长石、碱性长石等微米级矿物。

关键词：茶叶末瓷矿物元素成像 ToF-SIMS LA-ICP-MS

拉伸载荷下准脆性材料微裂纹损伤宏细观损伤变量关系初探

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岩石力学与工程学报 2007年第A01期26卷 2648-2653页

作者：姜小春谢和平周宏伟中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室

给出一种建立拉伸载荷下准脆性材料微裂纹损伤宏细观损伤变量关系的方法,用于发展连续损伤力学和细观损伤力学思想相结合的损伤力学模型。通过假设宏观损伤分析和细观损伤分析所得到的有效模量等价得到宏细观损伤变量的联系,将宏观损伤... 详细信息

给出一种建立拉伸载荷下准脆性材料微裂纹损伤宏细观损伤变量关系的方法,用于发展连续损伤力学和细观损伤力学思想相结合的损伤力学模型。通过假设宏观损伤分析和细观损伤分析所得到的有效模量等价得到宏细观损伤变量的联系,将宏观损伤变量赋予与细观损伤机制相关的物理意义,并以单轴拉伸为例表明这种分析方法的可行性。

关键词：岩石力学损伤力学宏观损伤变量细观损伤变量有效模量

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压缩载荷下准脆性材料宏细观损伤变量研究

岩土力学 2008年第9期29卷 2531-2536页

作者：姜小春谢和平周宏伟中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室

在连续损伤力学的基本框架内构建损伤力学模型,而对损伤变量的定义及其演化方程的描述则充分借鉴细观损伤力学的研究成果,就可以建立一个宏细观相结合的损伤模型。对于压缩载荷下准脆性材料损伤,通过假设宏观损伤分析和细观损伤分析所... 详细信息

在连续损伤力学的基本框架内构建损伤力学模型,而对损伤变量的定义及其演化方程的描述则充分借鉴细观损伤力学的研究成果,就可以建立一个宏细观相结合的损伤模型。对于压缩载荷下准脆性材料损伤,通过假设宏观损伤分析和细观损伤分析所得到的有效弹性张量等价,可以求得宏观损伤变量与细观损伤机制相关的表达及其损伤演化方程,进而可以建立宏细观相结合的损伤模型,并以单轴压缩为例表明这种分析方法是可行的。

关键词：损伤力学宏观损伤变量细观损伤变量有效模量