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西蒙矿区深部开采煤自燃特性及预测方法研究

煤田地质与勘探 2025年

作者：马砺高文博拓龙龙张鹏宇郑州郭睿智西安科技大学安全科学与工程学院西安科技大学煤火灾害防治重点实验室内蒙古昊盛煤业有限公司

【目的】鄂尔多斯盆地西蒙矿区深部开采煤层受地应力高、涌水量大、漏风严重等复杂环境条件影响，煤自燃危险性增强，自燃预测难度大。【方法】选取该矿区营盘壕和石拉乌素煤矿的煤样开展自燃程序升温实验，测定不同含水率、不同硫质量... 详细信息

【目的】鄂尔多斯盆地西蒙矿区深部开采煤层受地应力高、涌水量大、漏风严重等复杂环境条件影响，煤自燃危险性增强，自燃预测难度大。【方法】选取该矿区营盘壕和石拉乌素煤矿的煤样开展自燃程序升温实验，测定不同含水率、不同硫质量分数条件下的煤自燃特征参数，结合工业分析等煤质参数建立预测数据库，采用冠豪猪优化算法(CPO)对随机森林(RF)超参数进行优化，建立CPO-RF模型预测煤自燃程度。【结果和讨论】结果表明：营盘壕和石拉乌素矿井煤样氧化升温过程中的气体浓度、耗氧速率变化规律相似，CO为主要指标气体，初现温度约30℃，气体产生量随着硫质量分数的增加而增大，随着水分质量分数的增加则呈现先减后增的动态变化规律，煤自燃临界温度为67.5～70.5℃，干裂温度为113.5～115.4℃。通过CPO算法高效的全局搜索能力自动寻得RF模型的最优树深度与树个数，避免了设置不当导致的局部最优解，增强了其泛化性与鲁棒性；所构建的CPO-RF模型能够有效提高煤自燃预测的精度，测试集预测温度与真实值重合度良好，平均绝对误差和均方根偏差分别为0.762℃和1.014，决定系数达到0.9994。CPO-RF模型所预测结果与煤自燃特征温度对比，能够实现煤自燃危险性的高效判别，据此可以采取针对性的防灭火方法，研究结果可为矿区深部开采煤自燃预防提供参考。

关键词：西蒙矿区深部开采自燃特性随机森林 CPO优化煤温预测

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侧限条件下断层破碎岩体变形及渗流侵蚀特性

煤田地质与勘探 2025年第1期53卷 193-203页

作者：孙文斌田殿金马诚薛彦超杨灿朱开鹏陕西省煤矿水害防治技术重点实验室陕西西安710077 山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590

【目的】我国大部分矿区进入深部开采阶段,复杂的深部水文地质条件和显著增加的隐蔽致灾因素以及断层的存在加大了矿井突水事故的风险。【方法】利用破碎岩石变形–渗流试验系统,研究断层破碎岩体的承压变形与渗流侵蚀特性,通过分析侧... 详细信息

【目的】我国大部分矿区进入深部开采阶段,复杂的深部水文地质条件和显著增加的隐蔽致灾因素以及断层的存在加大了矿井突水事故的风险。【方法】利用破碎岩石变形–渗流试验系统,研究断层破碎岩体的承压变形与渗流侵蚀特性,通过分析侧限轴向压缩条件下级配组合、饱水状态和渗透水压3个因素对破碎岩体变形-渗流特性的影响,进一步研究破碎岩体岩样颗粒流失特征、空隙结构及渗透参数变化的时变规律。【结果和结论】结果表明:(1)破碎岩样峰值应变随着级配指数n的增加而增大。饱水状态下相同级配的岩样在相同应力下的应变增量值比干燥状态下大。(2)流失颗粒质量与时间的拟合曲线呈指数增长函数关系,流失颗粒质量与侧限轴向应力成反比。次生颗粒质量随着轴向荷载的增大而增大。(3)岩样空隙率的演变趋势与其粒径级配密切相关。级配指数n与岩样的整体空隙率呈正相关关系。加载渗透前后相比,分形维数D与n成反比,细小粒径颗粒的质量增加,大粒径颗粒的质量降低。加载渗透后的岩样分形维数有较大的增量。(4)断层内承压水导升过程宏观上可分为承压水导升初期、导水溃砂通道扩展和发育成熟阶段,细观上可分为岩体浸水软化、错位挤压、变形开裂、破碎剥离的发育过程。研究成果可为断层突水灾害演化规律研究提供试验数据和理论依据。

关键词：断层破碎带颗粒流失空隙结构分形特征变形规律断层突水

煤基固废与高盐废水“固液协同”充填处置关键技术

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煤田地质与勘探 2025年第1期53卷 163-173页

作者：董书宁于树江董兴玲张步勤郭小铭王晓东王凯朱世彬武博强刘磊中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077 煤矿灾害防控全国重点实验室陕西西安710077 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室陕西西安710077 北京水木湛清环保科技集团有限公司北京100041 飞翼股份有限公司湖南长沙410600

【目的和背景】受地域、经济和技术水平等限制,大部分煤基固废仍以露天堆填的形式积存而未进行处置,不仅占用大量土地资源,还会对环境造成二次污染。高盐废水(如矿井高盐水、煤化工高盐水)的妥善处置及减量化是实现废水“零排放”的关... 详细信息

【目的和背景】受地域、经济和技术水平等限制,大部分煤基固废仍以露天堆填的形式积存而未进行处置,不仅占用大量土地资源,还会对环境造成二次污染。高盐废水(如矿井高盐水、煤化工高盐水)的妥善处置及减量化是实现废水“零排放”的关键环节,然而现有高盐废水处理技术普遍存在工程初期投资大、运行费用较高等问题。【方法】提出煤基固废和高盐废水“固液”两废协同处理技术,即使用高盐废水代替普通用水和早强剂等添加剂,采用固废胶凝材料代替水泥材料,将煤基固废和高盐废水搅拌混合后得到充填膏体,泵送至煤矿井下空间。为了分析该技术的可行性,以宁夏宁东煤炭基地某煤矿为研究区,研究煤基固废充填膏体的力学性能及其对环境的潜在影响。采用单轴抗压强度测试试验(UCS)、扫描电镜(SEM)和电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析固化充填膏体的力学性能、微观结构及重金属浸出特征。【结果和结论】结果表明:随着时间的延长,固化充填膏体的强度不断增加,而随着矿粉添加量的增多,胶凝材料比例下降,固化充填膏体的强度逐渐减小。值得注意的是,随着时间延长,所有使用高盐废水作为拌合水的充填膏体3 d强度都高于0.5 MPa,基本满足NB/T 11432−2023《煤矿矸石基固废充填技术规范》中的最低要求,14 d强度达到3.38~5.99 MPa,能够满足绝大部分煤矿充填的各种场景要求。内梅罗污染指数法评价结果显示,固化充填膏体浸出液中重金属的综合污染指数为0.25,评价分级标准为安全;从固化充填膏体的浸出试验结果可以看出,浸出液中主要污染物的浓度均低于GB 5085.3−2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》及GB/T 14848−2017《地下水质量标准》中所列的Ⅲ类水标准要求。因此,煤基固废和矿井高盐水协同处理技术,在力学性能和环境稳定性评估方面均满足相关标准,可实现煤基固废及高盐废水的可循环、低成本和全量化利用,具有显著的经济效益和环境生态效益,在无废矿山、无废化工建设方面有较好的应用前景。

关键词：煤基固废高盐废水固液协同井下充填地下水

突发型滑坡形成过程中应力-滑动力-变形动态变化特征研究

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岩石力学与工程学报 2025年第1期44卷 1-15页

作者：许强陈国庆魏涛王伟胡凯云成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059

近年来渐变型滑坡预警研究已取得长足进步,在多起实例中实现了提前预警、预报,但对突发型滑坡预警、预报仍无能为力。围绕滑坡形成演化过程中内部岩土体破裂释放应力-诱发坡表岩体协调变形的内外响应关系,开展应力-滑动力-变形动态变化... 详细信息

近年来渐变型滑坡预警研究已取得长足进步,在多起实例中实现了提前预警、预报,但对突发型滑坡预警、预报仍无能为力。围绕滑坡形成演化过程中内部岩土体破裂释放应力-诱发坡表岩体协调变形的内外响应关系,开展应力-滑动力-变形动态变化特征研究,以获取突发型滑坡失稳前兆信息。在滑坡由静态变形向动态滑移过程中,潜在滑面发生局部破裂而初步劣化,整体贯通后受速率效应影响而加速劣化,进而构建考虑滑面局部破裂和加速劣化的参数劣化模型。基于矢量和法计算滑坡抗滑力和下滑力,并建立考虑滑带力学参数的时效劣化力学模型。利用该模型计算滑坡形成演化全过程的力和变形特征,揭示滑坡形成过程中的应力-滑动力-变形阶段性特征。研究结果表明,滑坡应力、滑动力、变形指标表现出明显的阶段性特征,即可分为初始、等速、加速和临滑等阶段;且当滑坡进入临滑阶段前,抗滑力和应力产生的突降早于滑坡变形的急速增加,该发现有助于突发型滑坡的预警、预报。

关键词：边坡工程滑坡预警时效劣化模型滑动力

基于高阶局部最大值同步挤压变换的浅埋隧道地表高铁振动信号时频与衰减特征分析

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岩土力学 2025年第1期46卷 337-352页

作者：贾宝新翟紫薇张晶周志扬苑文雅郑克楠辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学辽宁省矿山沉陷灾害防治重点实验室辽宁阜新123000

为解决浅埋隧道上覆地表采集到的高铁振动信号底噪丰富的问题,提出一种适用于浅埋隧道上覆地表高铁振动信号降噪的高阶局部最大值同步挤压变换方法。首先,引入高阶调制算子推导高阶估算瞬时频率,结合局部最大值同步挤压变换推导出高阶... 详细信息

为解决浅埋隧道上覆地表采集到的高铁振动信号底噪丰富的问题,提出一种适用于浅埋隧道上覆地表高铁振动信号降噪的高阶局部最大值同步挤压变换方法。首先,引入高阶调制算子推导高阶估算瞬时频率,结合局部最大值同步挤压变换推导出高阶局部最大值同步挤压变换,通过数值模拟多分量加噪信号验证该方法的抗噪性;随后,对高铁振动信号进行相关时频分析、处理,对比验证高阶局部最大值同步挤压变换的降噪效果和适用效果;最后,基于此方法对高铁振动信号的时频及衰减特征进行分析。研究可为隧道场地高铁振动信号提供一种谱精度高、降噪效果好的时频分析方法,并为隧道场地中高铁振动的环境影响研究提供理论分析基础。

关键词：高铁振动信号高阶局部最大值同步挤压变换时频分析降噪效果衰减特征

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钢管混凝土KK型节点应力集中系数计算方法

土木工程学报 2025年第2期58卷 50-62,85页

作者：陈康明樊林杰杨益伦吴庆雄罗健平缪承谕福州大学土木工程学院福建福州350116 福州大学福建省高校工程结构重点实验室福建福州350116 福州大学福建省土木工程多灾害防治重点实验室福建福州350016

为研究钢管混凝土KK(CFST-KK)型节点应力集中系数(SCF)计算方法,开展CFST-KK型节点模型试验和实体有限元分析,通过试验与有限元结果对比分析验证了有限元模型正确性;通过有限元参数分析揭示CFST-KK型节点SCF的敏感性以及管内混凝土的影... 详细信息

为研究钢管混凝土KK(CFST-KK)型节点应力集中系数(SCF)计算方法,开展CFST-KK型节点模型试验和实体有限元分析,通过试验与有限元结果对比分析验证了有限元模型正确性;通过有限元参数分析揭示CFST-KK型节点SCF的敏感性以及管内混凝土的影响机理;探讨现有相贯管节点SCF计算方法的适用性,基于节点刚度推导得到钢管KK(CHS-KK)型节点SCF计算方法,基于变形相似原则并考虑管内混凝土与主管管壁的剥离变形作用,提出了CFST-KK型节点SCF计算方法。结果表明:有限元模型最大误差为8.0%,具有良好的精度;计算CFST-KK型节点SCF时,可只考虑轴力和面内弯矩的作用而忽略面外弯矩的作用;主管径厚比对CFST-KK型节点SCF的影响最为显著,主管内填混凝土可提升主管管壁整体径向刚度,使CFST-KK型节点SCF减小28.5%~48.9%;采用现有相贯管节点SCF计算方法计算CFST-KK型节点SCF时均存在较大误差;扩展有限元参数分析验证了文章提出的CHS-KK和CFST-KK型节点SCF计算方法具有良好的精度且计算结果偏于安全。

关键词：钢管混凝土KK型节点应力集中系数计算方法有限元分析理论推导

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地热储层中氟迁移的多因素影响研究

环境科学与技术 2025年第02期 105-111页

作者：赵丽胡鸿博张庆邢明飞刘亦菲河南理工大学资源环境学院陕西省煤矿水害防治技术重点实验室

该研究以新近系明化镇组地热储层为研究对象，通过土柱模拟实验，探讨了不同静水压力和多离子共存条件下F-在砂土中的迁移规律。研究结果表明：随着静水压力的增加，F-穿透曲线右移，开始穿透时间及峰值到达时间均延长。双点位模型对不... 详细信息

该研究以新近系明化镇组地热储层为研究对象，通过土柱模拟实验，探讨了不同静水压力和多离子共存条件下F-在砂土中的迁移规律。研究结果表明：随着静水压力的增加，F-穿透曲线右移，开始穿透时间及峰值到达时间均延长。双点位模型对不同静水压力下F-的穿透曲线拟合效果较好，拟合结果显示，弥散系数和阻滞系数均随静水压力的增加而增大，表明弥散作用和吸附能力均得到了增强。常压下F-的吸附过程是受速率限制的，而高静水压力下F-的迁移则处于瞬时吸附平衡状态，符合局域平衡假设。对于高静水压力下不同注入方式对F-迁移的影响，结果表明NaF合加NaCl或Na2SO4溶液的穿透曲线相较于单加NaF溶液的穿透曲线呈右移趋势，开始穿透时间和峰值到达时间均有所延迟，尤其在NaF合加Na2SO4溶液条件下延迟最为显著。对流弥散方程对多离子共存条件下的F-穿透曲线拟合度较高，拟合结果表明土柱实验主要由对流作用主导，弥散作用则以机械弥散为主。尽管弥散系数相差不大，在相同Na+浓度条件下，阻滞系数仍差异显著，具体为■,Na+并非直接导致氟吸附性增强的原因，而Cl-和SO42-的存在能显著增强砂土对F-的吸附能力，且SO42-的影响大于Cl-。该研究为理解不同静水压力和多离子共存条件下F-的迁移行为提供了新的视角，并通过实验和模型拟合深入揭示了相关机制，对环境水文地质和污染物迁移预测具有重要参考价值。

关键词：孔隙型地热储层氟离子共存离子静水压力迁移规律吸附

不同土壤结皮中水分和温度对梭梭种子萌发的影响

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西北农业学报 2025年第1期34卷 161-168页

作者：姜生秀张裕年段晓峰赵鹏甘肃省治沙研究所甘肃省荒漠化与风沙灾害防治国家重点实验室兰州733000

研究不同土壤结皮中水分和温度对梭梭种子萌发的影响,探讨适宜梭梭种子萌发的环境条件,为指导植被恢复建设提供理论依据。以裸沙为对照,利用控制试验研究不同土壤结皮(苔藓、地衣)中温度(10℃、25℃和35℃)和水分胁迫(重度、轻度和正常... 详细信息

研究不同土壤结皮中水分和温度对梭梭种子萌发的影响,探讨适宜梭梭种子萌发的环境条件,为指导植被恢复建设提供理论依据。以裸沙为对照,利用控制试验研究不同土壤结皮(苔藓、地衣)中温度(10℃、25℃和35℃)和水分胁迫(重度、轻度和正常浇水)及其互作对梭梭种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明:整体来看,在同一水分条件下,相比低温(10℃)和室温(25℃),高温(35℃)提高梭梭种子在苔藓结皮中的发芽率和发芽势并缩短萌发进程,相比低温和高温,室温提高其在地衣结皮中的发芽率和发芽势,且随着培养温度的升高梭梭幼苗胚根长均呈上升趋势。在同一温度条件下,裸沙和2种结皮中,随水分胁迫程度的增加,梭梭种子出苗进程均逐渐缓慢并且其发芽率和发芽势均降低,且梭梭幼苗胚根长和胚芽长均呈下降趋势。在裸沙和2种土壤结皮中,相比室温、高温和正常浇水,低温和水分胁迫(重度和轻度)均推迟了梭梭种子的发芽高峰期并降低最大峰值。在同一水分和温度条件下,梭梭种子在2种结皮中的发芽率和发芽势均高于裸沙。由此可得,相对于裸沙,土壤结皮的存在有益于梭梭种子的萌发,且在正常浇水条件下,对于苔藓结皮,高温条件下梭梭种子的萌发效果好于室温和低温,而对于地衣结皮,室温条件下的萌发效果好于高温和低温。

关键词：梭梭土壤结皮水分温度发芽率

智能时代的矿井地质工作展望——矿井开采智能地质保障技术体系架构

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煤田地质与勘探 2025年第1期53卷 64-76页

作者：夏玉成孙学阳苗霖田郭晨杜荣军西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室陕西西安710054 自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室陕西西安710021

【背景和意义】面临碳达峰碳中和(“双碳”)目标的严峻挑战,煤矿智能化是新时期煤炭产业高质量可持续发展的必由之路和重要标志。矿井地质工作为地下煤矿开采提供地质基础和保障,在煤炭产业转型升级高质量发展中的重要性将日益增强。通... 详细信息

【背景和意义】面临碳达峰碳中和(“双碳”)目标的严峻挑战,煤矿智能化是新时期煤炭产业高质量可持续发展的必由之路和重要标志。矿井地质工作为地下煤矿开采提供地质基础和保障,在煤炭产业转型升级高质量发展中的重要性将日益增强。通过“矿井地质+人工智能”,构建“矿井开采智能地质保障技术体系”,为矿井安全高效绿色智能开采提供全方位和全过程地质保障,是新时期矿井地质工作契合煤矿智能化建设目标的发展方向与必然趋势,必将成为助推矿井地质工作提质增效的新质生产力。【方法和结果】在探讨矿井开采智能地质保障技术体系科学内涵的基础上,初步搭建了矿井开采智能地质保障技术体系架构,并对构成该技术体系的5个子体系:基础地测信息智能化管理、矿井地质灾害的智能化预测预警、矿区生态环境的智能化监测预测预警、开采有利区块的智能化辨识、透明工作面子体系,及其核心工作模块进行系统梳理。【结论】同时特别强调,在地质探测、检测技术手段不断进步的前提下,矿井开采智能地质保障技术体系的有效性取决于原始数据的准确性和可靠性,归根结底取决于地测人员的数量和专业素养,呼吁进一步加强矿井地质专业人才的引进与培养。

关键词：矿井地质人工智能地质保障技术体系人才队伍