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深部岩体结构面动力特性与致灾效应研究进展

爆炸与冲击 2025年

作者：单仁亮柏皓博孙鹏李泳臻吴浩田肖圣超窦浩宇中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院

随着全球资源需求的持续上升，深部地下工程的开发规模不断扩大，面临日益复杂的地质条件和高地应力环境。这种转变使得深部含结构面岩体的动力特性研究成为近年来的研究热点与难点问题。因此，对结构面的动剪切和动拉压特性进行了系统... 详细信息

随着全球资源需求的持续上升，深部地下工程的开发规模不断扩大，面临日益复杂的地质条件和高地应力环境。这种转变使得深部含结构面岩体的动力特性研究成为近年来的研究热点与难点问题。因此，对结构面的动剪切和动拉压特性进行了系统性总结，并深入分析了多种因素对结构面动力行为的影响。此外，探讨了结构面效应对岩体动力特性的影响，特别是对岩体动强度和动变形的作用。针对常见的深部动力灾害，如岩爆、大变形和冲击地压，梳理了其触发机制与防治技术，强调了建立有效理论和技术体系的重要性。最后，对未来深部岩体结构面动力特性及动力灾害防控技术的研究方向进行了前瞻性展望，呼吁结合新兴技术与理论方法，以提升研究的深度与广度，从而推动工程实践中的安全性和有效性。

关键词：深地工程结构面动力特性致灾效应防控技术

高介电纳米异质结诱导立构复合化聚乳酸纳纤膜制备及其PM0.3过滤性能研究

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高分子学报 2025年

作者：李庭斌李欣雨朱桂英王存民江亮邵将张明明徐欢国能神东煤炭集团有限责任公司中国矿业大学安全工程学院中国矿业大学材料与物理学院中国矿业大学建筑与设计学院中国安全生产科学研究院

开发高性能空气过滤材料对于保护人体生命健康十分重要.本研究通过静电诱导立构复合化策略使聚L-乳酸（PLLA）和聚D-乳酸（PDLA）链间发生相互作用，触发氢键的产生，促进C=O偶极子取向，诱导立构复合化聚乳酸（PLA）的形成，然后利用... 详细信息

开发高性能空气过滤材料对于保护人体生命健康十分重要.本研究通过静电诱导立构复合化策略使聚L-乳酸（PLLA）和聚D-乳酸（PDLA）链间发生相互作用，触发氢键的产生，促进C=O偶极子取向，诱导立构复合化聚乳酸（PLA）的形成，然后利用银掺杂二氧化钛（Ag-TIO）纳米电介质促进分子相互作用以进一步增强PLA的立构复合，制备具有高电活性的纳米纤维膜实现高效低阻的空气过滤.结果表明，Ag-TIO纳米电介质与静电诱导立构复合化策略协同提升PLA纳米纤维膜的电活性、过滤性能和力学性能：纤维显著细化（从467 nm到162 nm），表面电势大幅提升（从0.15 kV到3.20 kV），对PM0.3具有优异的过滤效率同时保持超低压降（93.3%, 32 Pa, 32 L/min），抗拉强度和断裂伸长率分别为11.9 MPa和24.0%，杨氏模量和断裂韧性高达202.6 MPa和2.48 MJ/m3，具有良好的实际应用性.本研究所提出的可降解纳米纤维膜在超细颗粒物的高效过滤中具有广阔应用前景.

关键词：聚乳酸可降解纤维立构复合化电活性空气过滤

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多炮孔岩体等离子体爆破定向致裂机理研究

工程科学学报 2025年第2期47卷 259-270页

作者：李雪王传兵王雁冰梅洪嘉李琰庆王兆阳肖殿才淮南矿业(集团)有限责任公司深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室淮南232000 中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083

为了研究等离子爆破技术结合切缝管和预切槽技术的定向致裂效果,开展等离子体电脉冲定向致裂试验,探究不同切缝管切缝形状和不同预切槽间距下等离子体爆破定向致裂机理和定向断裂效果,对比分析不同定向形式作用下等离子体爆破岩石定向... 详细信息

为了研究等离子爆破技术结合切缝管和预切槽技术的定向致裂效果,开展等离子体电脉冲定向致裂试验,探究不同切缝管切缝形状和不同预切槽间距下等离子体爆破定向致裂机理和定向断裂效果,对比分析不同定向形式作用下等离子体爆破岩石定向断裂贯通效果.结果表明,与正楔形切缝管和平切形切缝管相比,切缝管岩石试件中倒楔形结构中产生的应力峰值最大,聚能效果最显著,其定向贯通岩石效果更显著.预切槽岩石的电爆聚能致裂效果随着钻孔切槽间距的增加而减小.切槽间距为40 mm时,预切槽岩石试件等离子体电脉冲的聚能效果优异,产生定向裂纹的效果明显优于切槽间距为50 mm和60 mm的预切槽岩石试件.同时,预切槽定向形式的等离子体爆破定向致裂效果相对于切缝管定向致裂效果更为显著.

关键词：等离子体电脉冲爆破定向致裂切缝管预切槽数值模拟

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煤岩瓦斯动力灾害事故统计及发生规律分析

金属矿山 2025年

作者：刘业娇高富段泽宇崔梦圆周爱桃内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古自治区矿业工程重点实验室内蒙古自治区煤炭安全开采与利用工程技术研究中心内蒙古煤炭绿色开采与绿色利用协同创新中心中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院

为了深入分析中国煤矿瓦斯动力灾害事故特征及发生规律,采用数据统计及图表分析法,以2009—2023年中国110起煤岩瓦斯动力灾害事故为数据基础,从事故类型、事故等级、地区分布与时间分布4个维度进行梳理分析。结果表明:中国煤矿瓦斯动力... 详细信息

为了深入分析中国煤矿瓦斯动力灾害事故特征及发生规律,采用数据统计及图表分析法,以2009—2023年中国110起煤岩瓦斯动力灾害事故为数据基础,从事故类型、事故等级、地区分布与时间分布4个维度进行梳理分析。结果表明:中国煤矿瓦斯动力灾害事故类型以煤与瓦斯突出为主,事故等级以较大事故为主,地区分布呈现北多南少、西南地区偏多的规律,发生时间主要集中在3月份及10—12月份;煤岩瓦斯复合动力灾害事故主要集中在开采深度500 m以下,多发生在中国中部及东部地区。从预防煤与瓦斯突出、加强应急救援能力、减少地区特征影响及加强事故多发月份管理4个方面提出安全防治措施。此次事故统计分析对煤炭企业煤岩瓦斯动力灾害安全防治及后续相关研究有着指导作用。

关键词：煤岩瓦斯动力灾害发生规律事故类型地区分布防治措施

新疆阿克苏河流域高砷地下水化学特征及富集成因

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干旱区研究 2025年

作者：鲁力葛燕燕李升张云吉林大学新能源与环境学院吉林大学水资源与环境研究所新疆大学地质与矿业工程学院中国科学院新疆生态与地理研究所

阿克苏河流域生活与灌溉用水20%来自地下水，了解该地区高砷地下水分布与形成至关重要。根据水化学和同位素结果，运用统计法与图解法分析地下水水化学特征、砷的空间分布与形态，结合地质地貌、水文地球化学过程揭示砷的赋存条件，研... 详细信息

阿克苏河流域生活与灌溉用水20%来自地下水，了解该地区高砷地下水分布与形成至关重要。根据水化学和同位素结果，运用统计法与图解法分析地下水水化学特征、砷的空间分布与形态，结合地质地貌、水文地球化学过程揭示砷的赋存条件，研究典型剖面高砷地下水富集的影响因素与过程。结果表明：研究区单一结构潜水为碱性氧化性微咸水，承压水区潜水为碱性弱氧化性咸水、承压水为碱性还原性淡水；As含量在0.05～160 μg·L-1，超标率为19.5%，高砷地下水水化学类型主要为Cl·SO4-Na、SO4·Cl -Na·Ca、Cl-Na型，主要分布在阿克苏河与台兰河中下游深度为10～42 m的承压水区潜水与承压水中；从山前倾斜平原到细土平原，潜水赋存环境变化为氧化-弱氧化-弱氧化偏还原，承压水处于还原环境；地下水As含量与饱和指数总体呈现逐步增大的趋势；单一结构潜水与承压水主要受水岩作用控制，承压水区潜水主要受蒸发浓缩控制；地下水As的分布主要与结构因素有关，自然来源主要为雌黄的溶解，干旱的气候、地质地貌、沉积环境为高砷地下水的富集创造外部条件，pH、脱硫酸作用、氧化还原电位（Eh）、地下水循环模式等影响As的释放与迁移。研究有助于了解阿克苏河流域高砷地下水的形成演化规律，对保证供水安全具有重要意义。

关键词：阿克苏河流域高砷地下水干旱地区成因分析赋存环境

防隔水煤柱定向爆破应力转移机理及参数优化设计

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河南理工大学学报（自然科学版） 2025年第1期44卷 1-9页

作者：刘少伟郭泽政冯超牛帅河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 安阳工学院土木与建筑工程学院河南安阳455000

目的针对内部存在断层的防隔水煤柱在采动影响下应力场持续变化对其稳定性和工作面安全开采造成极大威胁的问题,方法以鹤壁中泰矿业有限公司3309工作面为工程地质背景,采用理论分析、正交试验和FLAC3D数值模拟试验,研究定向爆破应力转... 详细信息

目的针对内部存在断层的防隔水煤柱在采动影响下应力场持续变化对其稳定性和工作面安全开采造成极大威胁的问题,方法以鹤壁中泰矿业有限公司3309工作面为工程地质背景,采用理论分析、正交试验和FLAC3D数值模拟试验,研究定向爆破应力转移保护防隔水煤柱的影响因素以及不同切顶深度和切顶角度下防隔水煤柱内部应力分布特征。结果结果表明:随着切顶角度和切顶深度增加,垂直应力集中区逐渐向深部转移,但当切顶深度和切顶角度达到一定数值后,继续增加切顶角度或切顶深度对应力集中区位置及垂直应力峰值影响不再明显,对比不同方案防隔水煤柱内部测线数据可知,当切顶深度为15 m、切顶角度为15°时,应力集中区距回风巷距离最远,最远距离为19.76 m,应力峰值最小,最小值为15.65 MPa。结论采用定向爆破技术可以实现切顶卸压应力转移,能够阻断回风巷上覆岩层与防隔水煤柱周边岩层的联系,将防隔水煤柱靠近回风巷一侧应力向深部转移,以减少采动对防隔水煤柱的影响;现场工业性试验结果验证了选定方案切顶深度15 m、切顶角度15°的合理性,防隔水煤柱内部实现了应力转移,选定方案的成功应用有效提高了防隔水煤柱的稳定性,能够满足安全生产要求。研究结果可为类似地质条件下内部存在断层的防隔水煤柱的应力转移保护提供参考依据。

关键词：定向爆破应力转移断层数值模拟防隔水煤柱正交试验

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高温冻土双屈服面统一本构模型及其验证

岩土工程学报 2025年第1期47卷 135-143页

作者：王涛凡红王康任周国庆王亮亮中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 深圳市城市公共安全技术研究院有限公司城市安全风险监测预警应急管理部重点实验室广东深圳518023 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 深圳市城市公共安全技术研究院有限公司深圳市城市灾害数字孪生重点实验室广东深圳518023

高温冻土本构模型是准确计算冻土体应力与变形的关键。基于修正剑桥模型及双屈服面理论,考虑高温冻土黏聚力及内摩擦角的影响,以整体变形ε_v-lnp曲线描述试样变形特征,采用应力路径相关因子修正当前屈服面及参考屈服面硬化参量,建立了... 详细信息

高温冻土本构模型是准确计算冻土体应力与变形的关键。基于修正剑桥模型及双屈服面理论,考虑高温冻土黏聚力及内摩擦角的影响,以整体变形ε_v-lnp曲线描述试样变形特征,采用应力路径相关因子修正当前屈服面及参考屈服面硬化参量,建立了一个高温冻土双屈服面统一本构模型。结合弹塑性理论推导获得了应力应变关系的增量形式,给出了模型参数的含义与简便确定方法,定义了反映高温冻土当前状态的固结参数及潜在强度,剖析了其与硬化参量之间的相互依赖、相互制约动态循环关系,分析了整个应力路径中的模型状态演化过程,利用试验数据对构建的本构模型进行了验证,结果表明提出的本构模型能够很好地预测高温冻土在常规三轴应力路径下的应力应变行为。

关键词：冻土冻土力学强度变形本构模型

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层理影响下油页岩力学性质与破坏断裂特征

煤炭技术 2025年第1期44卷 57-62页

作者：甘泽李富平杨曦甘德清华北理工大学矿业工程学院河北唐山063210 河北省矿业开发与安全技术实验室河北唐山063210

为明确层理角度对油页岩力学性质与破坏断裂特征的影响,选取0°、60°和90°层理角度油页岩试样,对其开展单轴压缩实验、场应变与声发射监测。研究发现:水平层理会使油页岩的压密阶段更为显著。垂直层理、60°层理和水平层理油页岩的破... 详细信息

为明确层理角度对油页岩力学性质与破坏断裂特征的影响,选取0°、60°和90°层理角度油页岩试样,对其开展单轴压缩实验、场应变与声发射监测。研究发现:水平层理会使油页岩的压密阶段更为显著。垂直层理、60°层理和水平层理油页岩的破坏模式分别为劈裂型的剪切-张拉破坏、剪切破坏和穿层劈裂破坏。垂直层理油页岩容易形成多条平行应变集中条带;60°层理角度油页岩更容易在截切面形成主要应变集中条带;水平层理油页岩应变集中条带主要沿着水平层理分布,并在水平应变集中条带之间形成纵向的穿层应变集中条带。垂直层理试样的振铃计数表现为阶梯上升,水平层理与60°层理试样表现为振铃计数在破坏阶段的陡然增加。

关键词：油页岩层理应力应变曲线破坏模式主应变场声发射

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不同影响因素对钻屑量影响规律的模拟研究

煤矿安全 2025年

作者：顾鹏王浩崔志瀛崔玉江程亚飞山东能源集团有限公司冲击地压防治研究中心兖矿新疆矿业有限公司硫磺沟煤矿山东能源集团西北矿业有限公司山东科技大学能源与矿业工程学院

钻屑法是冲击地压等煤岩动力灾害危险性判定和预测的重要手段，准确获取钻屑量变化规律是了解煤体应力状态的关键。为更深入地了解钻进过程煤体破坏过程，基于弹性理论给出了钻屑量的计算公式，设计了煤体钻进模拟离散元模型，开展了不... 详细信息

钻屑法是冲击地压等煤岩动力灾害危险性判定和预测的重要手段，准确获取钻屑量变化规律是了解煤体应力状态的关键。为更深入地了解钻进过程煤体破坏过程，基于弹性理论给出了钻屑量的计算公式，设计了煤体钻进模拟离散元模型，开展了不同影响因素条件下的钻进模拟试验，提出了以离散颗粒数量间接反映钻屑量的模拟方法，揭示了不同煤体力学性质、围压以及孔径条件下离散颗粒数量的变化规律。研究结果表明：基于PFC3D所构建的离散元模型可以有效模拟钻头切削过程，模拟结果与试验所获取的规律基本一致，离散颗粒数量与钻屑量近似呈现正相关关系；依据破坏范围可近似将破坏区域划分为钻进破坏区与变形破坏区，钻进破坏区与钻杆几何特征相关，变形破坏区与煤体力学性质及围压特征相关；模型离散颗粒均值与强度系数、弹性模量系数呈现负相关关系，实际应用中还应关注煤样软硬等力学性质对钻屑指标法的影响；不同侧压系数条件下煤体离散颗粒均值近似呈现线性关系，当侧压系数由1.1增至1.4时，孔壁高位移区域由圆形逐步转变为椭圆形，离散颗粒量均值上升幅度为8.7%；不同孔径条件下煤体离散颗粒均值存在一定比例关系，当孔径由20 mm增加至32 mm时，钻孔应力集中现象提升明显，孔壁位移量显著增加，离散颗粒量分别增加17.3%、23.6%、16.7%。

关键词：钻屑量数值模拟离散颗粒数量力学分析影响因素分析