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基于塑性区控制的巷道围岩支护理论与技术研究进展

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煤炭学报 2024年第1期49卷 320-336页

作者：王卫军范磊赵志强韩森湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083

随着煤层开采深度的不断增加,深部巷道围岩稳定性控制已成为采矿领域的重大难题之一,深部巷道围岩控制效果直接关系煤矿井下的安全生产和人员健康。巷道开挖后,塑性区的出现是影响巷道围岩稳定的主要原因。从塑性区形成与扩展的视角出发... 详细信息

随着煤层开采深度的不断增加,深部巷道围岩稳定性控制已成为采矿领域的重大难题之一,深部巷道围岩控制效果直接关系煤矿井下的安全生产和人员健康。巷道开挖后,塑性区的出现是影响巷道围岩稳定的主要原因。从塑性区形成与扩展的视角出发,在整理和归纳现有巷道破坏机理和围岩塑性区理论等成果的基础上,探讨了巷道破坏模式与围岩塑性区分布的内在关系,认为巷道围岩控制从本质上来说就是控制围岩塑性区形成与扩展的过程。围岩塑性区扩展的时效特性以及锚杆支护对围岩塑性区的控制作用,成为科学有效控制巷道围岩的重要理论依据,并基于此提出巷道围岩稳定性的控制理论与技术。结果显示,塑性区是巷道开挖的产物,围岩塑性区的形成与扩展是矿山压力作用的结果,对于深部巷道,围岩塑性区的出现是必然的。科学控制塑性区需要全面认识塑性区在巷道围岩中所起的作用,既要让围岩通过塑性破坏释放体内能量,又要防止塑性区的无序扩展。因此,在巷道围岩控制过程中应以充分发挥围岩自承能力为主,支护干预为辅。深部巷道围岩塑性区的控制具有全局性和过程性,将对巷道全周期内围岩塑性区的控制划分为3个阶段,通过调控塑性区形态、抑制塑性区扩展,实现深部巷道围岩的稳定控制。

关键词：塑性区巷道围岩控制形成与扩展破坏模式支护机理

中国城镇化与碳排放机制分析及实证研究——基于经济发展、人口转移和城镇扩张视角

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自然资源学报 2024年第6期39卷 1399-1417页

作者：陈姜全李效顺耿艺伟刘希朝李光亮中国矿业大学公共管理学院徐州221116 中国矿业大学中国资源型城市转型发展与乡村振兴研究中心徐州221116

城镇化与碳排放都是国家关注重点、学界研究热点和政策治理难点。基于经济发展、人口转移和城镇扩张视角,从“产业—人口—土地”多维度分析城镇化与碳排放机制,并综合运用脱钩分析、Kaya-LMDI因素分解和STIRPAT-LSDV模型,实证研究中国... 详细信息

城镇化与碳排放都是国家关注重点、学界研究热点和政策治理难点。基于经济发展、人口转移和城镇扩张视角,从“产业—人口—土地”多维度分析城镇化与碳排放机制,并综合运用脱钩分析、Kaya-LMDI因素分解和STIRPAT-LSDV模型,实证研究中国城镇化与碳排放机制。结果发现:(1)产业、人口和土地是城镇化的关键物质要素,其交互演变构成碳排放变化的逻辑起点。经济发展、人口转移和城镇扩张是城镇化与碳排放耦合交互的底层逻辑、重要因素和空间保障。(2)加入WTO以来,中国工业化进程加快,城镇化与碳排放耦合关系从弱脱钩转变为增长耦合乃至增长负脱钩。迈入高质量发展阶段后,产业、人口和土地城镇化对碳排放的促进作用逐渐衰竭。(3)1990—2020年,伴随城镇化快速推进,中国能源结构、能源效率、低碳经济结构、人均经济水平、经济规模、城镇人口规模、城镇人口密度、城镇用地规模、城镇用地强度的变动,对碳排放的作用效应分别为1.37亿t、-139.98亿t、-138.61亿t、163.53亿t、223.95亿t、60.41亿t、-25.24亿t、85.66亿t、138.29亿t。(4)2003—2020年,中国能源结构、能源效率、第二三产业占比、城镇人口、城镇建成区面积分别提升1%,碳排放相应增长1.111%、-0.560%、0.771%、0.477%、0.488%,并且城镇化与碳排放交互机制具有时空异质性。研究结果能够为新型城镇化和“双碳”战略实施提供科学依据与决策参考。

关键词：城镇化碳排放经济发展人口转移城镇扩张

农村宅基地“有偿使用”改革中的行动者网络何以形成?——以山东省禹城市为例

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东岳论丛 2024年第8期45卷 96-106,192页

作者：杨璐璐赵卫卫王怡中国矿业大学(北京)共同富裕研究院北京100083 中国矿业大学(北京)文法学院北京100083

农村宅基地有偿使用制度改革是2020年以来全国“新一轮”宅基地制度改革试点的探索内容之一,针对“多宅”、面积超标、非本集体成员继承、跨集体实现资格权等情况的有偿使用探索“自上而下”推行较难,亟待对这一现实问题进行理论研究,... 详细信息

农村宅基地有偿使用制度改革是2020年以来全国“新一轮”宅基地制度改革试点的探索内容之一,针对“多宅”、面积超标、非本集体成员继承、跨集体实现资格权等情况的有偿使用探索“自上而下”推行较难,亟待对这一现实问题进行理论研究,构建农村宅基地有偿使用政策实施的“集体行动逻辑”。以禹城“全域有偿使用改革”成功案例为样本,运用行动者网络理论,识别宅基地有偿使用政策实施中的各类行动者,发现“强制通行点”,解构转译过程,揭示宅基地改革中行动者网络构建的历程。研究发现:中央政府、地方政府、集体经济组织、村干部、村民以及第三方专家都是有偿使用政策实施网络中的行动者;宅基地有偿使用政策实施进行了两步转译过程,中央政府是第一层转译的核心行动者,在行政系统内部围绕制度建设形成“中央政府+制度”的行动者网络;地方政府是第二层转译的核心行动者,在基层行政系统和自治系统之间进行征召,形成“地方政府+村民”的行动者网络。行动者网络的构建过程仰赖行政系统和自治组织的良性互动,自主治理在其中表现出明显的优越性,畅通的信息传递渠道是网络构建的关键。推进宅基地有偿使用制度改革需要完善制度体系,明确行政机关和自治组织的权利,以村民为核心构建行动者网络,通过畅通沟通渠道,增强行动者网络的凝聚力。

关键词：宅基地有偿使用行动者网络自主治理集体行动逻辑

粗颗粒流态化浮选Ⅰ：动力学分区及矿化气絮体稳定性分析

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中国有色金属学报 2024年

作者：刘金成何琦尹青临李世祥张怡晴丁世豪徐梦迪邢耀文桂夏辉中国矿业大学炼焦煤资源绿色开发全国重点实验室中国矿业大学国家煤加工与洁净化工程技术研究中心中国矿业大学化工学院

流态化浮选技术作为粗颗粒分选新技术，明晰其动力学分选过程并揭示粗颗粒回收强化机理可为调控粗颗粒流态化分选过程奠定理论基础。搭建了实验室粗颗粒流态化浮选试验系统，系统研究了不同上升水速下床层轴向浓度分布，并依据矿浆浓度... 详细信息

流态化浮选技术作为粗颗粒分选新技术，明晰其动力学分选过程并揭示粗颗粒回收强化机理可为调控粗颗粒流态化分选过程奠定理论基础。搭建了实验室粗颗粒流态化浮选试验系统，系统研究了不同上升水速下床层轴向浓度分布，并依据矿浆浓度分布差异和矿化反应机理不同，提出了基于泡沫富集-稀相矿化分离-浓相矿化分离-尾矿浓缩的粗颗粒流态化浮选“四分区”动力学模型，揭示了浓相矿化分离区和稀相矿化分离区“重浮-浮重”双向耦合作用下的流态化矿化反应机理，进一步建立了颗粒气泡矿化气絮体稳定性计算模型，并以矿化气絮体稳定存在（S≥0）为判断依据，从理论上证明了流态化浮选的粗颗粒浮选粒度上限远大于传统机械搅拌式浮选。

关键词：粗颗粒流态化浮选动力学分区电阻层析成像气絮体稳定性模型

新疆煤层气大规模高效勘探开发关键技术领域研究进展与突破方向

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煤炭学报 2024年第1期49卷 563-585页

作者：桑树勋李瑞明刘世奇周效志韦波韩思杰郑司建皇凡生刘统王月江杨曙光秦大鹏周梓欣中国矿业大学江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室江苏徐州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221116 中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室江苏徐州221008 新疆维吾尔自治区煤田地质局新疆乌鲁木齐830091 新疆亚新煤层气投资开发(集团)有限责任公司新疆乌鲁木齐830063

新疆煤层气资源量7.5万亿m^(3)(2000 m以浅),已施工煤层气井450口,年产气量达到0.8亿m^(3),新疆维吾尔自治区提出了2025年实现煤层气产量25亿m^(3)的目标,煤层气大规模高效开发成为紧迫的重大需求。从煤层气富集模式与选区技术、“甜点... 详细信息

新疆煤层气资源量7.5万亿m^(3)(2000 m以浅),已施工煤层气井450口,年产气量达到0.8亿m^(3),新疆维吾尔自治区提出了2025年实现煤层气产量25亿m^(3)的目标,煤层气大规模高效开发成为紧迫的重大需求。从煤层气富集模式与选区技术、“甜点”预测探测技术、加速滚动开发与快速增储上产策略、地质适配性开发技术、煤层气与煤炭、油气协同开发技术5个关键技术领域,系统梳理了新疆煤层气勘探开发已取得的主要研究进展,分析提出了可能突破方向。研究表明:新疆煤储层具有多-厚煤层普遍、低阶煤发育、急倾斜煤层多见、煤体变形与构造控制显著、水文条件和露头条件复杂,和三“低”(含气量低、甲烷体积分数低、含气饱和度低)五“高”(高含气强度、高孔隙度、高地应力变化、高储层压力变化、高渗透率变化)的含气性及物性等煤层气地质独特性;煤层气成因与富集模式具有多样性,包括生物成因气、热成因气或生物-热复合成因及其相应富集模式,生物成因气藏或生物成因气贡献普遍;煤层气分布赋存规律呈现前陆盆地、山间盆地显著差异性;创新形成基于“两”分开(浅部与深部,低阶煤与中高阶煤)“两”结合(地质评价与工程评价,多元数据)的科学评价与基于“机器学习+三维地质建模”的精准选区技术是第1个突破方向。深部煤层气/煤系气“甜点”发育区域主要为盆内坳陷的凸起、盆内隆起的凹陷、盆缘斜坡,高产井位多为构造高点,发育层位为割理裂隙发育的原生结构煤层或孔裂隙发育的煤系砂砾岩储层;基于“地球物理+岩石物理+岩石力学地层新方法”和“地质甜点+工程甜点新理念”的深部煤层气/煤系气“甜点”预测探测技术是第2个突破方向。低风险、短周期、高效率、多批次工程部署是加速滚动开发的基本原则;中浅部煤层气快速增储上产技术策略是在优选新区块布井建井、对老区块煤层气井进行增产改造;深部煤层气快速增储上产技术策略是在大型盆地缓坡深部和盆内凸起“甜点”区优先部署开发;科学加速滚动开发与高效快速增储上产的工程部署方法与技术策略是第3个突破方向。在井网井型差异性优化部署、低储层伤害钻井固井、高可靠性录井测井试井、多井型高效分段压裂、低套压-控压排采管控等工程技术取得重要进展;发展构建新疆煤层气大规模高效勘探开发地质适配性技术体系是第4个突破方向。开展先采气后采煤、煤层气与煤共采、煤层气与原位富油煤共采,推动中浅部煤层气与煤炭协同勘探开发;开展煤系叠合型气藏开发、煤层气与煤系气共探共采、煤系全油气系统勘探开发,推动深部煤层气与油气协同勘探开发,已有关注和探索;煤层气与煤、油气共探共采是第5个突破方向。成果试图为新疆煤层气大规模高效勘探开发提供技术支持和工程决策参考。

关键词：地质独特性成因与成藏模式工程部署方法地质适配性技术协同勘探开发新疆煤层气

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煤基固废矿化封存CO_(2)技术研究进展

煤炭科学技术 2024年第2期52卷 309-328页

作者：朱磊古文哲宋天奇何志伟刘治成中煤能源研究院有限责任公司陕西西安710054 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083

“碳达峰、碳中和”目标是中国维护全球生态安全的大国责任担当,也是实现高质量发展和生态文明建设的重要途径,CO_(2)减排势在必行。“相对富煤、贫油、少气”的能源资源禀赋格局导致中国主体能源仍以碳排放强度较高的煤炭为主,煤炭作... 详细信息

“碳达峰、碳中和”目标是中国维护全球生态安全的大国责任担当,也是实现高质量发展和生态文明建设的重要途径,CO_(2)减排势在必行。“相对富煤、贫油、少气”的能源资源禀赋格局导致中国主体能源仍以碳排放强度较高的煤炭为主,煤炭作为电力、钢铁、煤化工等高耗能行业的重要能源与原料,在“双碳”目标实现过程中占有重要地位,煤炭工业通过低碳转型实现碳达峰,既是煤炭工业高质量发展的内在要求,也是落实国家“双碳”战略目标的重要抓手。相对于传统天然矿化原料,煤基固废矿化封存CO_(2)具有原料丰富、产物友好、能耗较低、反应迅速等优点,同时可以产出高附加值产物用于化工、建筑等领域,受到了广泛的关注。介绍了我国主要煤基固废煤矸石、粉煤灰、脱硫石膏、气化渣、炉底渣的特点,分析了我国主要CO_(2)排放源及产生量;回顾了按照矿化封存位置不同的原位和非原位CO_(2)矿化技术及按照矿化机理不同的直接碳酸化和间接碳酸化技术;综述了以煤基固废作为原料进行CO_(2)矿化封存技术的研究进展,发现该技术反应条件苛刻,成本较高,处理规模小,研究尚停留在实验室阶段;简述了以煤基固废作为载体,利用采空区作为储源矿化封存CO_(2)技术,主要包括构筑功能性充填体及制备负碳型充填材料2种技术;分析了煤基固废矿化封存CO_(2)现存问题及未来研究方向。煤基固废为原料的CO_(2)矿化技术,未来应优化工艺流程,降低反应成本,进一步加强工业化推广的研究;针对以煤基固废作为载体,利用采空区作为储源的CO_(2)矿化封存技术,未来应加强对深度矿化机理、封存风险评价及长期稳定性的研究,提高CO_(2)封存规模和长期稳定性。在此基础上,利用煤基固废制备浆体充填材料,以水为载体,以泵为动力,以管路为通道,将充填材料及CO_(2)输送至采空区进行矿化反应,同时结合微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术,封闭岩体采动裂隙,实现CO_(2)矿化封存。

关键词： “双碳”目标碳排放煤基固废矿化封存源头减排

2023年土地科学研究重点进展评述及2024年展望——土地工程与信息技术分报告

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中国土地科学 2024年第3期38卷 116-126页

作者：胡振琪张帆张子璇孙煌钟安亚中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116

研究目的:归纳分析2023年国内外土地工程与信息技术领域的研究进展,展望研究趋势。研究方法:文献分析法。研究结果:国内研究主要集中在土地综合开发模式与运行机制、全域土地综合整治的潜力机制及路径、碳中和背景下的土地复垦与生态修... 详细信息

研究目的:归纳分析2023年国内外土地工程与信息技术领域的研究进展,展望研究趋势。研究方法:文献分析法。研究结果:国内研究主要集中在土地综合开发模式与运行机制、全域土地综合整治的潜力机制及路径、碳中和背景下的土地复垦与生态修复、土壤—植物—微生物模式下的复垦土壤重构、国土空间生态修复差异化分区与格局构建、土地信息智能化监测技术与信息提取方法、数字化国土空间规划技术、基于GIS的土地管理技术。国外研究主要集中在农业用地土地整理模式、基于土壤改良的矿区土地复垦、土壤—植物—微生物协同修复作用机制、基于社会经济和生态指标的生态修复、土地信息监测与预测技术、基于人工智能的土地规划技术、土地管理系统优化技术。研究结论:2023年土地工程与信息技术在全域土地综合整治、土地复垦与土壤重构、国土空间生态修复、土地信息监测与管理技术等方面取得了一定进展。结合当前科技需求,2024年及未来重点关注山水林田湖草沙一体化保护和系统治理、全域土地综合整治和国土空间生态保护修复、碳中和目标下的矿区土地复垦、乡村振兴背景下的土地集约利用和低效用地治理、土地信息可视化技术和土地信息智能化处理技术。

关键词：土地开发土地整理土地复垦生态修复土地信息技术综述

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燃料辅助电解在固体氧化物电解池中的研究进展

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燃料化学学报(中英文) 2024年

作者：郑国柱张广君王健成吴英豪庄子辰陈婷王绍荣中国矿业大学化工学院

固体氧化物电解池（Solid Oxide Electrolysis Cell, SOEC）在CO2转化和可再生能源电力存储方面表现出极具潜力的应用前景。然而，较高的电能消耗限制了其商业化应用。燃料辅助固体氧化物电解池（Fuel-assisted solid oxide electrolysi... 详细信息

固体氧化物电解池（Solid Oxide Electrolysis Cell, SOEC）在CO2转化和可再生能源电力存储方面表现出极具潜力的应用前景。然而，较高的电能消耗限制了其商业化应用。燃料辅助固体氧化物电解池（Fuel-assisted solid oxide electrolysis cell, FA-SOEC）可以通过在固体氧化物电解池的空气极通入燃料，将燃料的化学能提供给电解反应，从而极大地降低电解池的电能消耗。另外，FA-SOEC可以利用碳氢燃料的部分氧化反应（POM）和氧化偶联反应（OCM）产生合成气及多碳烯烃等。因此，这种新颖的电解模式展现出极高的经济价值和巨大的应用潜力。本文详细介绍了近年来FA-SOEC的研究进展，总结了使用不同辅助燃料的FA-SOEC工作原理、FA-SOEC与SOEC的热力学和动力学对比、FA-SOEC的数值模型研究及燃料辅助电极材料的研究进展，最后总结了其面临的关键问题与挑战，并对未来的发展方向进行了展望。

关键词：燃料辅助固体氧化物电解池固体氧化物电解池辅助燃料数值模拟电极材料

振动冲击复合加载下青砂岩破裂特征及断裂能利用效率研究

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采矿与安全工程学报 2024年

作者：赵环帅潘永泰毕研琨张钏乔鑫赵英嘉张志镇卢美全叶黔玉王田中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院中国矿业大学(北京)矿山与城市固废资源化工程研究中心中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室

为研究振动冲击复合加载下岩石破裂特征及断裂能利用效率，结合物理试验与细观参数标定，建立了青砂岩宏观-细观力学响应关系，分析了青砂岩在振动冲击复合加载下的破裂特征及裂纹分布特点，并研究了断裂能及其利用效率。研究结果表明... 详细信息

为研究振动冲击复合加载下岩石破裂特征及断裂能利用效率，结合物理试验与细观参数标定，建立了青砂岩宏观-细观力学响应关系，分析了青砂岩在振动冲击复合加载下的破裂特征及裂纹分布特点，并研究了断裂能及其利用效率。研究结果表明：青砂岩在振动冲击复合加载下增加振幅与频率，青砂岩破裂均加剧且破裂特征及裂纹分布相似；剪切裂纹是导致裂纹扩展与延伸的主要原因，而最终断裂是拉伸和剪切裂纹相互作用的结果；改变冲击速度，断裂能与断裂能利用效率均显著提高，而改变振幅及振动频率总体上均能小幅增加断裂能并提高断裂能利用效率。研究结果不仅对振动冲击复合加载下青砂岩破裂特征及断裂能利用效率进行了初步探索，也可为岩石破碎工艺参数的合理选择提供参考。

关键词：青砂岩振动冲击破裂特征断裂能利用效率