我国煤矿矿井水全生命周期保护与利用研究 被引量：3

1

作者 武强 高俊莲 +1 位作者 曾一凡 程洋 《中国工程科学》 北大核心 2025年第2期184-204,共21页

煤矿矿井水既是宝贵的战略性水资源,又是重要的隐蔽致灾因素,其科学保护与高效利用对保障煤矿安全生产、推动煤炭行业绿色低碳转型和助力国家“双碳”目标实现具有重要意义。本文基于煤炭行业高质量发展需求,系统研究了矿井水全生命周... 煤矿矿井水既是宝贵的战略性水资源,又是重要的隐蔽致灾因素,其科学保护与高效利用对保障煤矿安全生产、推动煤炭行业绿色低碳转型和助力国家“双碳”目标实现具有重要意义。本文基于煤炭行业高质量发展需求,系统研究了矿井水全生命周期保护和利用问题。从系统工程视角出发,明确了矿井水全生命周期保护和利用的科学内涵,即统筹矿井水“产生-运移-利用-循环”全过程,形成源头减量化、过程无害化、末尾资源化、终端回灌化(“四化”)的综合治理模式;梳理了我国煤矿矿井水在“四化”各环节保护与利用的技术发展现状,总结了面临的技术创新不足、市场机制不完善、政策标准与技术规范缺失等挑战。在此基础上,构建了以资源战略、产业战略、生态战略为导向的矿井水资源保护和利用战略体系,提出了源头控制提效、处理过程提质、综合回用提值、终端处置提容的治理思路,系统部署了核心技术攻关、全链条示范引领、市场化产用协同、生态安全保障、智慧管理平台建设等五大工程体系,以形成技术创新驱动、工程建设支撑、市场运营保障、生态安全护航、智慧管理赋能的协同推进格局。研究建议,构建现代化治理体系、突破核心技术瓶颈、推进产业转型升级、完善标准评价体系、强化协同治理机制,为推动煤炭行业绿色转型和矿井水由废水管理向战略性水资源转变提供系统性解决方案。 展开更多

关键词 矿井水 全生命周期管理 源头减量化 过程无害化 末尾资源化 终端回灌化

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基于深部煤炭地下气化的CO_(2)地质封存潜力及研究进展 被引量：2

2

作者 王炜彬 刘淑琴 +4 位作者 戚川 刘岳明 杨瑞召 蒋斌斌 李井峰 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第4期14-23,共10页

深部煤炭地下气化耦合CO_(2)封存(UCG-CCS)是实现煤炭清洁开发与碳减排的关键技术,在提高燃空腔利用率的同时,将CO_(2)进行地质封存,具有注入性好、密闭性复杂、节约运输成本和埋存潜力巨大等特点,近年来成为CO_(2)封存研究的热点。从... 深部煤炭地下气化耦合CO_(2)封存(UCG-CCS)是实现煤炭清洁开发与碳减排的关键技术,在提高燃空腔利用率的同时,将CO_(2)进行地质封存,具有注入性好、密闭性复杂、节约运输成本和埋存潜力巨大等特点,近年来成为CO_(2)封存研究的热点。从机理研究、稳定性评价、封存效能及泄漏监测4个维度系统综述其研究进展:①深部煤炭地下气化燃空腔深度、温度有利于超临界CO_(2)封存,燃空腔的高渗透性可保证CO_(2)良好注入;气化残焦、灰渣和垮落的岩石具有吸附和矿化能力;与燃空腔内咸水层的长期相互作用有利于CO_(2)溶解封存。②空腔密闭性与气化煤层厚度、气化面宽度、留存煤柱宽度、地层深度和地质构造等因素有关,通过气化炉结构综合设计确保密闭性;需控制CO_(2)注入压力避免突破盖层压力;CO_(2)地质封存长期运移依赖于长周期数值模拟及工程观测;注入井和生产井是CO_(2)泄漏的重要途径。③地下气化燃空腔封存能力取决于燃空腔形貌、产气量和产气组分,目前亟需一种准确的煤炭地下气化燃空腔封存CO_(2)封存能力评价模型。④泄漏监测是工程封存CO_(2)必不可少的风险管控环节,CO_(2)封存需长期监测地表变形、井筒泄漏及污染物迁移,但面临地层非均质性、高温腐蚀、信号衰减等挑战,需构建多相渗流模型及环境可持续性指数评估体系保障安全。 展开更多

关键词 深部煤炭地下气化 燃空腔 CO_(2) 地质封存 封存机理

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回采速度对深部厚煤层正断层活化特征影响研究

3

作者 边华 赵毅鑫 +3 位作者 王渊 赵良辰 杨哲 郝建 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第3期500-510,共11页

为了探究回采速度对正断层活化特征的影响规律,以新巨龙煤矿8302工作面为工程背景,分析正断层上盘开采扰动下的活化机制,基于数值模拟方法探究回采速度和工作面到断层的距离对断层面活化倾向性的影响特征。结果表明:正断层高位岩层为断... 为了探究回采速度对正断层活化特征的影响规律,以新巨龙煤矿8302工作面为工程背景,分析正断层上盘开采扰动下的活化机制,基于数值模拟方法探究回采速度和工作面到断层的距离对断层面活化倾向性的影响特征。结果表明:正断层高位岩层为断层面活化的高风险区域,其活化倾向性指标(T_(s))受断层倾角(θ)和工作面回采速度(v)的共同影响,据此可将上盘工作面回采过程中断层活化划分为准静态和活化2个阶段;随着v的增大,围岩应力峰值呈现先减小后增大的趋势,当v为3 m/d时应力峰值最小(28.12 MPa),可有效缓解围岩的应力集中;当工作面与断层距离为30 m以内时,断层面活化风险显著升高;而此回采速度下,断层面的活化倾向性最小,此时引发断层活化的距离减小至40 m,优于其他回采速度。 展开更多

关键词 回采速度 深部特厚煤层 正断层上盘开采 断层活化 围岩应力

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矿山三维地质建模研究进展:原理、方法与应用 被引量：2

4

作者 张村 贾胜 +1 位作者 华埜 宋启 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期222-238,共17页

矿山三维地质建模通过直观呈现地下地质结构,有助于提升矿业开发的精准性和效率,减少风险并优化资源利用。笔者归纳了现有三维地质建模技术的原理和方法,总结了三维地质建模技术在矿业开发领域的应用现状,探讨了当前三维地质建模技术面... 矿山三维地质建模通过直观呈现地下地质结构,有助于提升矿业开发的精准性和效率,减少风险并优化资源利用。笔者归纳了现有三维地质建模技术的原理和方法,总结了三维地质建模技术在矿业开发领域的应用现状,探讨了当前三维地质建模技术面临的挑战与未来的发展趋势。三维地质建模是利用计算机三维图形技术将散布的勘探数据整合为反映地质构造及属性变化的数字化模型。这些模型可分为面模型、体模型和混合模型,同时根据用途和数据来源,又可细分为静态模型(构造模型、地层模型、属性模型)和动态模型。建模过程包括数据获取、处理和模型构建,涉及地质勘探数据、遥感数据和工程数据等多种数据来源,并通过多种插值方法弥补数据不足,国内外已经开发出多种建模软件。在矿山三维地质建模应用方面,三维建模的应用集中于矿产资源开发、采矿工程设计和矿山安全生产,通过建立准确的三维模型,提升对地下结构的认识,实现资源量计算的智能化与动态管理。三维通风模拟与可视化技术能够优化通风方案,节约成本,三维地质建模技术与自动化设备和传感技术结合,可以实现矿区实时监控、精确定位和动态调整。在矿山灾害监测中,三维地质建模技术能够进行矿山灾害的分级评价,并结合数值仿真为矿山灾害的预防和风险规避提供有效支持,保障工作人员的安全。当前三维地质建模技术存在数据处理效率低、自动化程度不足等问题,未来应结合人工智能,推动三维地质建模技术向智能化、自动化方向发展。 展开更多

关键词 矿业开发 三维地质建模 资源预测 开采设计 灾害预警 人工智能

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上行开采渐变煤柱下沿空巷道分区协同支护技术研究

5

作者 房万伟 郝清旺 +5 位作者 董金法 陈建刚 刘统申 张勇 刘其路 张吉祥 《煤炭工程》 北大核心 2025年第8期42-48,共7页

为解决上行开采渐变煤柱条件下沿空巷道稳定性控制的难题,以榆树井煤矿1206工作面辅运巷为工程背景,采用现场调研、理论分析与现场试验相结合的方法,系统揭示该条件下沿空巷道的变形破坏机理。基于协同支护理论,提出分区协同支护设计方... 为解决上行开采渐变煤柱条件下沿空巷道稳定性控制的难题,以榆树井煤矿1206工作面辅运巷为工程背景,采用现场调研、理论分析与现场试验相结合的方法,系统揭示该条件下沿空巷道的变形破坏机理。基于协同支护理论,提出分区协同支护设计方案,并通过现场试验段巷道变形监测验证其控制效果。研究结果表明:1206辅运巷大变形破坏的主要诱因包括围岩力学性质劣化、遇水软化、工程应力扰动及煤柱渐进变窄等;通过弹塑性理论计算,确定该沿空巷道保护煤柱最小宽度为15 m,并据此将巷道划分为强影响区、中影响区与弱影响区,针对性地形成各分区控制对策并开展现场应用;监测数据显示,新技术应用后巷道围岩累计变形量平均降低30%以上,有效遏制了上行开采渐变煤柱条件下沿空巷道的围岩大变形。 展开更多

关键词 上行开采 渐变煤柱 沿空巷道 分区支护 围岩大变形 弹塑性理论

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从浮选尾矿中综合回收钨的试验研究 被引量：1

6

作者 李利滔 邓久帅 《中国矿业》 北大核心 2024年第12期251-260,共10页

浮选尾矿中WO_(3)的含量为0.130%,具有综合回收价值。该尾矿中矿物成分较多,其中,钨矿物主要为黑钨矿,其次为白钨矿、钨华,其他金属矿物主要为黄铁矿,以及微量的闪锌矿、方铅矿、褐铁矿、菱铁矿、磁铁矿等。脉石矿物主要为石英,其次为... 浮选尾矿中WO_(3)的含量为0.130%,具有综合回收价值。该尾矿中矿物成分较多,其中,钨矿物主要为黑钨矿,其次为白钨矿、钨华,其他金属矿物主要为黄铁矿,以及微量的闪锌矿、方铅矿、褐铁矿、菱铁矿、磁铁矿等。脉石矿物主要为石英,其次为钙铁榴石,少量的方解石、伊利石、钾长石等。在各粒级钨金属分布中微、细粒级的钨占有率高,若此类微、细粒级不能脱除,将严重影响钨的回收效果。试验研究了浮选方案和重选方案,均获得较好效果。采用浮选方案,开路试验获得产率1.32%、WO_(3)品位2.94%、回收率29.68%的钨总精矿,对该钨总精矿,经过三次开路加温精选试验,获得作业产率3.18%、作业回收率66.71%、WO_(3)品位61.15%的钨精矿,全流程闭路试验获得产率0.06%、WO_(3)品位60.62%、回收率34.82%的钨精矿;采用重选方案,其全流程试验获得产率0.24%、WO_(3)品位19.53%、回收率36.65%的钨总精矿,其中,产率约0.01%的钨精矿WO_(3)品位达到66.58%。由于浮选方案工艺流程较复杂、药剂成本高且回水残留药剂对主流程浮选有比较严重的影响,对环境也造成一定影响。因此,为了达到高效、低成本且环境友好的效果,研究推荐采用重选的原则方案。 展开更多

关键词 钨矿 重选 浮选 尾矿 综合回收

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我国不同类别煤层底板水害致灾机理与防控远景导向 被引量：9

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作者 曾一凡 朱慧聪 +9 位作者 武强 王厚柱 傅先杰 王铁记 王玺瑞 樊九林 胡荣杰 才向军 阚雪冬 高生保 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1073-1099,共27页

我国成煤条件苛刻,赋煤环境复杂多变,资源呈全域性跨多地质类型、点散式分布,导致回采共(伴)生地质灾害频现。同时,伴随煤炭资源开发布局优化调控,煤层底板水害负面导向性越趋显著,高承压水水力驱动及强敏感性缺陷构造活化的协同作用导... 我国成煤条件苛刻,赋煤环境复杂多变,资源呈全域性跨多地质类型、点散式分布,导致回采共(伴)生地质灾害频现。同时,伴随煤炭资源开发布局优化调控,煤层底板水害负面导向性越趋显著,高承压水水力驱动及强敏感性缺陷构造活化的协同作用导致煤层底板水害宏观动力学表象威胁性显著提升,成为我国煤炭资源高质量转型发展的内生阻力。为全方位掌握我国煤层底板水害发展形势,探讨未来基于新技术开展防控作业的重点攻关方向,从时间、空间、突水量等多维视角下全方位展示了近年来我国煤层底板水害动态演变趋势,对类型进行了“总−分”式细划,并通过建立地质力学模型探讨了我国煤层底板水害力学互馈响应机制,基于灾害宏观表象等揭示了其内生致灾机理,指出了防控技术理念的新发展路径和远景导向。研究发现:统计分析了我国煤层底板水害多维视角下的演变规律和特征,探讨建立了我国煤层底板水害主体架构,依据事故核心致因体系及宏观致灾表象等将煤层底板水害划分为岩溶陷落柱突水、断层活化突水及裂隙导升(复合)灰岩水突涌3大类,进一步细化为全路径贯通增量导升型突水(岩溶陷落柱)、贯穿煤层型突水(断层)、单层随采卸荷直接型突水(裂隙)等12个子类,并针对性的独立分析了3个大类煤层底板水害地理空间分布规律;分析了地应力和承压水水压对岩溶陷落柱突水过程承压水导升路径异化发育作用机制,提出了覆岩顶板动/静载扰动诱发底板岩溶陷落柱突水模式,阐明了其力学启动条件及致灾机理;建立了煤层底板断层宏细观地质力学构造概化模型,基于诱发断层活化突水的核心致灾诱因识别并建立了不同类别煤层底板断层活化突水力学判据;以裂隙为基础单元,“由1至n”式建立了单一层位和复合层位承压含水层诱发裂隙型导升(复合)灰岩水突涌的临界判别条件,揭示了该类型底板水害全过程致灾机理;在总结现行煤层底板水害探查、预测及控制技术理念基础上,结合前沿发展方向,指出并建议在煤层底板本底地质基因的全生命周期采动诱变特征三维动态重构、适用于时空分异动态地质环境的煤层底板突水预测预报理念升级、低扰动强干预的随采随治保/控水互馈注浆治理技术应用、修复后地质生态系统长效监控诊断诊疗平台建立等方面展开攻关,构建煤层底板水害全时空防控大体系,紧跟新质生产力大背景下全煤行业新业态发展步伐。 展开更多

关键词 矿井水防治 底板水害 岩溶陷落柱 断层 致灾机理

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地表动态沉陷对废弃露天矿坑建设抽水蓄能电站的影响评价 被引量：2

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作者 李杨 雷兴海 +9 位作者 王楠 任玉琦 金向阳 王可 蒋逵超 葛鹏 夏雪 李铁峥 石孝明 王玉亮 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第4期56-69,共14页

地表动态沉陷是废弃矿山建设抽水蓄能电站亟待解决的关键科学问题之一。为探究地表动态沉陷对废弃露天矿坑抽水蓄能电站建设和运行期间稳定性的影响,以废弃海州露天矿为研究背景,揭示了露井联合开采地表沉陷机理和特征,建立了基于Knoth... 地表动态沉陷是废弃矿山建设抽水蓄能电站亟待解决的关键科学问题之一。为探究地表动态沉陷对废弃露天矿坑抽水蓄能电站建设和运行期间稳定性的影响,以废弃海州露天矿为研究背景,揭示了露井联合开采地表沉陷机理和特征,建立了基于Knothe时间函数的地表动态沉陷预测模型;对海州露天矿区岩土体蠕变参数进行反演和敏感性分析,研究了露井联合开采不同时期地表沉陷规律;分析了2020—2120年抽水蓄能电站所在剖面沉陷灾害分布,最后对抽水蓄能电站建设和运营期间的稳定性进行了评价。研究结果表明:地表沉陷受煤层倾角、煤层埋深、开采厚度、边坡角度和采空区空间分布等因素影响,最大沉陷值、影响范围和持续时间均大于单一的井工开采方式;综合考虑井工和露天开采相互影响的修正Knothe时间函数模型能更准确地预测地表动态沉陷;基于CVISC蠕变模型建立的露井联合开采三维数值计算模型,具有较好的适用性和准确性;上水库和抽水管路距影响区域的最小距离分别为254.9、15.1 m,半地面厂房位于采空区的影响范围内;注浆充填治理采空区能有效控制地表动态沉陷(平均减小85%沉陷值),废弃海州露天矿坑建设抽水蓄能电站具有可行性。研究成果对于废弃露天矿区的地表动态沉陷可持续预测、地质灾害防治和剩余资源开发具有重要意义。 展开更多

关键词 露井联合开采 废弃露天矿坑 抽水蓄能电站 地表动态沉陷 稳定性评价

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基于KP-DDPG的矿山运载机器人路径规划实验平台设计 被引量：1

9

作者 杨健健 程琪 +2 位作者 章腾 黄先诚 韩子毅 《实验技术与管理》 北大核心 2025年第1期143-151,共9页

针对深度确定性策略梯度(DDPG)在路径规划中的不足,提出一种融合运动学分析和经验回放机制的深度确定性策略梯度(KP-DDPG)算法,在对移动的机器人运动学建模和分析的基础上,在DDPG奖励函数中增加了方位角奖励因子和转弯惩罚因子,同时改... 针对深度确定性策略梯度(DDPG)在路径规划中的不足,提出一种融合运动学分析和经验回放机制的深度确定性策略梯度(KP-DDPG)算法,在对移动的机器人运动学建模和分析的基础上,在DDPG奖励函数中增加了方位角奖励因子和转弯惩罚因子,同时改变了随机采样经验池策略,建立积极经验重放缓冲区,优先采样时序差分误差大的样本进行训练。在仿真平台上比较了传统路径规划算法与所提算法的性能,结果表明KP-DDPG算法可以有效地克服DDPG方法训练周期长、路径规划技术差等缺点。同时设计了基于数字孪生的矿山无人运输仿真系统,在数字孪生仿真平台上验证了规划路径转角的合理性。 展开更多

关键词 路径规划 强化学习 KP-DDPG 数字孪生仿真平台

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放顶煤开采导水裂缝带高度确定的关键问题分析

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作者 崔希民 车宇航 +7 位作者 孙帅辉 李培现 孙灏 许志华 袁德宝 蒋金豹 赵玉玲 MALINOWSKA A 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第4期573-583,共11页

导水裂缝带高度是保障水体下煤炭资源安全开采的重要指标。针对水体下厚煤层放顶煤开采引用经验公式计算导水裂缝带高度存在的条件不符问题,梳理了经验公式的产生基础,强调了经验公式的适用条件是大采场、单层采厚1~3 m、累计采厚不超过... 导水裂缝带高度是保障水体下煤炭资源安全开采的重要指标。针对水体下厚煤层放顶煤开采引用经验公式计算导水裂缝带高度存在的条件不符问题,梳理了经验公式的产生基础,强调了经验公式的适用条件是大采场、单层采厚1~3 m、累计采厚不超过15 m的厚煤层分层开采。基于放顶煤开采顶煤冒放性和采出率的现场实测结果,提出了厚煤层放顶煤开采的有效采厚概念,有效采厚与顶煤采出率密切相关,且导水裂缝带发育高度随有效采厚的增加而增大,基于有效采厚的导水裂缝带高度可以有效避免因顶煤采出率提高而引发的欠估计情况发生。基于覆岩与地表沉陷从非充分采动到充分采动的发展演化事实,引入描述采动程度与导水裂缝带发育高度关系的Boltzmann函数,给出了基于采动程度系数的导水裂缝带最大高度计算方法。 展开更多

关键词 放顶煤开采 导水裂缝带高度 顶煤采出率 采动程度 有效采厚

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深部煤炭地下气化产气机制及影响因素

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作者 刘淑琴 王炜彬 +4 位作者 刘岳明 戚川 杨瑞召 刘金昌 畅志兵 《煤炭学报》 北大核心 2025年第8期3707-3719,共13页

深部煤炭地下气化(UCG)作为一种极具潜力的原位转化技术,通过将地下煤炭转化为富氢气体(如H_(2)、CH_(4)等),为能源低碳化转型提供了重要途径。随着我国煤炭开采深度的逐年增加,深部煤炭资源的高效开发成为保障能源安全的关键。然而,深... 深部煤炭地下气化(UCG)作为一种极具潜力的原位转化技术,通过将地下煤炭转化为富氢气体(如H_(2)、CH_(4)等),为能源低碳化转型提供了重要途径。随着我国煤炭开采深度的逐年增加,深部煤炭资源的高效开发成为保障能源安全的关键。然而,深部UCG面临高气化压力、高地应力及复杂水文地质条件等挑战,亟需深入探究其产气机制与稳定性控制因素。从深部煤炭地下气化产气反应、气化稳定产气影响因素、燃空腔发育演化及约束机制3个方面综合分析深部UCG产气机制及影响因素,并对未来研究方向进行展望。研究表明:深部UCG的产气过程具有非稳态、非均匀性及热量—质量反向传递特征,其产气反应由煤的热剥落、煤的热解、半焦还原及均相反应共同驱动。高压条件促进产物中CH_(4)的生成而抑制H_(2)的产生;稳定产气过程主要受煤炭性质、煤层赋存特征、气化剂、燃空腔演化和地下水的影响,燃空腔的形成及地下水的侵入是影响深部UCG重要的因素。气化过程中干馏和氧化反应生成的水分以及渗入的地下水会使煤的结构特征发生改变,影响地下气化炉的连续稳定运行。燃空腔空间的动态演化,导致腔内的热量传递、质量传递及动量传递复杂多变,产气稳定性变差;燃空腔的扩展受煤体燃烧速率、氧气流速以及煤体剥落的显著影响,气化剂注入点后退可以约束燃空腔演化过程,多物理场耦合作用显著影响气化反应动力学、燃空腔扩展特征,并最终决定合成气的组分与产量。未来针对深部高压、高地应力特征,仍需系统研究深部高反应气体压力影响下典型多相反应的复杂动力学特征,深入揭示深部煤炭气化稳定产气影响因素及控制机制,以完善深部煤炭地下气化基础理论,为深部UCG工程运行及稳定产气提供理论指导。 展开更多

关键词 深部煤炭 煤炭地下气化(UCG) 产气机制 燃空腔演化 多场耦合

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岩石粒径和浆液浓度影响下的采空区充填浆液扩散规律试验

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作者 曾一凡 袁子龙 +11 位作者 李昊 武强 赵刚毅 周安琪 高翔 张帅 白彦飞 梁进 杨虎雄 盛新丽 杨东辉 赵艺霞 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第7期80-89,共10页

【目的】研究浆液扩散规律并预测注浆范围,对采空区煤矸石基注浆充填工程设计注浆孔距和排距、指导注浆施工、把握注浆充填密实度,进而保证注浆效果意义重大。【方法】以破碎岩石为被注介质,以煤矸石基浆液为注浆材料,开展不同破碎岩石... 【目的】研究浆液扩散规律并预测注浆范围,对采空区煤矸石基注浆充填工程设计注浆孔距和排距、指导注浆施工、把握注浆充填密实度,进而保证注浆效果意义重大。【方法】以破碎岩石为被注介质,以煤矸石基浆液为注浆材料,开展不同破碎岩石粒径、浓度的破碎岩石注浆试验,对采空区矸石基浆液流动规律进行研究。【结果和讨论】(1)当浆液质量分数为50%时,3~5、>5~7、>7~9mm粒径岩体的扩散距离分别为5.0、5.5、6.2cm,粒径改变导致的扩散距离最大差异1.2cm;当质量分数降至40%时,扩散距离分别增至10.2、14.5、18.0cm,粒径梯度差异导致的扩散距离变化扩大至7.8cm;当质量分数进一步降至30%时,扩散距离呈非线性增长,分别达到20.5、28.0、34.0cm,粒径差异导致的扩散距离变化激增至13.5cm;扩散距离随浆液浓度降低、破碎岩石粒径增大而增大,浆液浓度变化对扩散距离的影响相较于破碎岩石粒径更加显著。(2)煤矸石浆液在破碎岩石中流动可以分为快速、平稳、堵塞3个阶段,随浓度降低3阶段时间增长;煤矸石浆液在破碎岩石中的扩散距离随浓度减小而增大,破碎岩石粒径越大,浓度对扩散距离影响越显著,呈现明显的非线性特征。(3)通过分析粒径、浓度对颗粒扩散距离的影响规律,确定了扩散距离与浓度的基本关系,并结合粒径、浓度二者基本关系进一步量纲分析,建立了适用于采空区煤矸石基注浆充填的双参量浆液扩散距离预测方程。(4)本研究成果在陕北某矿采空区矸石注浆地面充填工程设计中应用,为采空区煤矸石规模化充填提供了全链条技术支撑,对实现“双碳”目标下的矿井固废协同处置具有显著示范意义。 展开更多

关键词 采空区 注浆充填 浆液浓度 破碎岩石粒径 双参量 扩散距离预测

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基于自适应差分混合蝴蝶粒子优化算法的渗透系数反演

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作者 杨曌 董东林 +1 位作者 陈宇祺 王蓉 《水文地质工程地质》 北大核心 2025年第4期134-144,共11页

准确获取渗透系数等含水层水文参数是矿井水害防治的前提,但传统配线法、图解法等反演方法在计算速度、结果精度等方面表现略差。为提升含水层参数反演计算的可靠性,此次研究针对水文地质参数本身特性,设计了一种新的渗透系数反演模型,... 准确获取渗透系数等含水层水文参数是矿井水害防治的前提,但传统配线法、图解法等反演方法在计算速度、结果精度等方面表现略差。为提升含水层参数反演计算的可靠性,此次研究针对水文地质参数本身特性,设计了一种新的渗透系数反演模型,即自适应差分混合蝴蝶粒子算法(adaptive differential hybrid butterfly particle algorithm,ADHBPA)。模型采用拉丁超立方采样策略、双曲余弦自适应函数、差分变异策略以及逐维变异策略进行算法优化,克服了水文地质参数反演过程中的空间异质性和时间动态性等问题,提高全局搜索与局部搜索间的平衡能力。以板集矿区24?口钻孔抽水试验数据为例开展验证,结果显示,ADHBPA模型计算降深与观测降深拟合最大误差为0.93?m,平均误差率仅0.15%,其余算法平均误差率均在30%~50%,表明多策略协同优化显著增强了算法跳出局部最优的能力,实现了有限数据前提下对含水层渗透系数的快速高精度反演。该算法为矿井水害风险评价与防治水方案制定提供了高效可靠的技术支撑。 展开更多

关键词 渗透系数 裘布依公式 拉丁超立方采样 差分变异策略 双曲余弦函数 混合优化策略

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不同载荷作用下含瓦斯煤岩组合体能量演化行为及渐进损伤特性

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作者 王凯 左晓欢 +4 位作者 杜锋 孙加智 张俊文 李康楠 张翔 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第5期50-72,共23页

研究常规三轴载荷和分级循环载荷作用下含瓦斯煤岩组合体能量演化特征及渐进损伤行为,对深部煤岩瓦斯复合动力灾害的防控具有重要意义。采用实验室试验、理论分析等研究方法,开展了不同围压和应力载荷的声发射-渗流-损伤三轴同步试验,... 研究常规三轴载荷和分级循环载荷作用下含瓦斯煤岩组合体能量演化特征及渐进损伤行为,对深部煤岩瓦斯复合动力灾害的防控具有重要意义。采用实验室试验、理论分析等研究方法,开展了不同围压和应力载荷的声发射-渗流-损伤三轴同步试验,分析了受载含瓦斯煤岩组合体的力学响应特征、渐进损伤行为及能量演化规律,结合宏-细观破坏特征,揭示了围压及应力载荷对含瓦斯煤岩组合体失效行为的影响机制。研究结果表明:(1)组合体试样的峰值强度、弹性模量、残余强度均随围压增加线性增大,在围压相同时,分级循环载荷下的弹性模量比常规三轴载荷低0.13~1.76 GPa,峰值强度比.常规三轴载荷低8.91%~20.81%;(2)围压升高显著抑制裂隙发育,但分级循环载荷的起裂应力比和损伤应力比更低,试样更易在低应力下产生裂纹;(3)试样声发射信号随渐进损伤特征应力呈阶段性变化特征,峰值声发射计数随围压的提高而增大。围压的增加会限制试样内部裂纹的扩展和贯通,分级循环载荷下,声发射计数的Kaiser效应区延长,Felicity效应区缩短;(4)分级循环载荷的总能量、弹性能和耗散能均高于常规三轴载荷,较大应力幅值区间内能量耗散更显著,试样破坏面的SEM细观结构更加复杂和粗糙,裂纹和孔隙特征更加明显,分形维数值比常规三轴载荷大0.057~0.280;(5)高围压产生的损伤作用大于压缩限制作用,加剧了煤岩组合体的界面破坏效应,破坏模式以剪切破坏为主。研究结果为深部煤层开采过程中高应力、高瓦斯压力区的煤岩瓦斯复合动力灾害防控提供理论依据。 展开更多

关键词 煤岩瓦斯复合动力灾害 含瓦斯煤岩组合体 分级循环载荷 力学响应 能量演化 宏-细观失效行为

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微震集聚度:微震时空演化五维指标的概念、算法和应用

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作者 郝宪杰 杨怀翔 +4 位作者 潘鹏志 张洪岚 李航 王兆丰 潘光耀 《煤炭学报》 北大核心 2025年第S1期221-234,共14页

微震数据监测已成为矿井安全判识、预警的重要手段,但是基于微震的时空演化机制及其与岩层活动的相关性仍然亟待解决。当前微震分析多采用多个指标分别或者综合评价,但是不同指标间的联系较弱,多个指标可能存在冗余,单个指标则可能存在... 微震数据监测已成为矿井安全判识、预警的重要手段,但是基于微震的时空演化机制及其与岩层活动的相关性仍然亟待解决。当前微震分析多采用多个指标分别或者综合评价,但是不同指标间的联系较弱,多个指标可能存在冗余,单个指标则可能存在不足,导致判识结果关联性较弱甚至相悖。工作面海量的、能量各异的微震事件都是由岩层破裂和回转运动引起,许多微小事件是由同一个岩层破坏衍生的,故而微震事件之间存在一定的关联性。因此,基于内涵丰富的指标来研究微震时空演化有着至关重要的意义。基于此提出了一个包含空间3个维度、能量1个维度以及时间1个维度,共5个维度的微震时空演化指标:微震集聚度,该指标表明岩层破断回转时往往伴随着较大的微震能量或者是空间聚集程度和时序集中度。推导了包含能量、空间、时序3个因素下的微震集聚度计算公式,并进行了推广性验证。进一步采用该公式计算了亭南307工作面初次来压和周期来压期间的微震事件的微震集聚度,并分析了较大微震集聚度的事件所在层位的分布规律。研究结果表明直接顶的微震事件频次较大,但其大部分事件的微震集聚度大小不如基本顶,较大微震集聚度的事件更能反应矿山压力变化规律。初次来压和周期来压前后基本顶微震集聚度均呈现先上升后下降的规律。该指标突破了能量频次、空间频次等单一性分析,可以在一定程度上降低直接顶和基本顶中微小微震影响,更加直观地揭示了矿压显现的整体规律。微震集聚度具有一个指标多个维度的特征,不仅可以在矿山进行应用,还可以推广到隧道、水电站、金属矿等所有应用微震的岩土领域,具有重要的现场意义。 展开更多

关键词 矿山压力 微震判识 微震时空演化 微震集聚度

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融合概率积分法与SBAS-InSAR的开采沉陷计算方法 被引量：1

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作者 丁星丞 李培现 +3 位作者 康新亮 王明亮 张涛 郝登程 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第1期48-56,共9页

针对开采沉陷概率积分法参数反演过程中存在容易陷入局部最优解、反演结果无法准确预计边缘沉降的问题,提出将蜣螂优化算法应用于概率积分法参数反演,结合SBAS-InSAR沉降监测值获取矿区整体沉降信息。首先依据SBAS-InSAR技术监测形变的... 针对开采沉陷概率积分法参数反演过程中存在容易陷入局部最优解、反演结果无法准确预计边缘沉降的问题,提出将蜣螂优化算法应用于概率积分法参数反演,结合SBAS-InSAR沉降监测值获取矿区整体沉降信息。首先依据SBAS-InSAR技术监测形变的梯度信息获取可靠的矿区小梯度形变区域沉降值;然后将寻优能力强、准确度高的蜣螂优化算法应用于概率积分法参数反演,计算获取矿区大梯度形变区域沉降值;最后基于距离平方加权法将概率积分法预计沉降值与SBAS-InSAR沉降监测值融合计算,得到开采沉陷变形信息。以山西省古交市马兰矿10604工作面作为研究对象,采用实地62个水准监测点数据与25景Sentinel-1A数据进行实验分析。结果表明,蜣螂优化算法参数反演结果优异,数据融合后可获取准确的沉降信息,计算精度相对于单独使用SBAS-InSAR和概率积分法分别提高59%与32%。 展开更多

关键词 开采沉陷 概率积分法 蜣螂优化算法 SBAS-InSAR 数据融合

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基于TROPOMI的华北地区CH_(4)浓度时空变化与数据对比

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作者 李梦圆 李军 +4 位作者 陈伟 解北京 张成业 丁雅欣 黄月军 《中国环境科学》 北大核心 2025年第10期5378-5389,共12页

甲烷(CH_(4))作为短寿命、高增温潜势的温室气体,了解其浓度分布和变化对我国实现“双碳”目标至关重要.本研究利用Google Earth Engine平台和德国Bremen大学分别基于TROPOMI卫星生产的甲烷浓度产品,系统分析我国华北地区甲烷浓度的分... 甲烷(CH_(4))作为短寿命、高增温潜势的温室气体,了解其浓度分布和变化对我国实现“双碳”目标至关重要.本研究利用Google Earth Engine平台和德国Bremen大学分别基于TROPOMI卫星生产的甲烷浓度产品,系统分析我国华北地区甲烷浓度的分布情况和变化规律,并对两种数据的质量进行对比分析.结果表明,自2019年至2023年,华北地区的甲烷浓度呈上升趋势,其中Offline Methane数据从1850.25×10^(-9)上升到1899.15×10^(-9),增长48.90×10^(-9);Level 2XCH_(4)数据从1860.13×10^(-9)上升到1909.60×10^(-9),增长49.47×10^(-9);天津市和河北省的甲烷浓度相对较高,内蒙古自治区的甲烷浓度相对较低;甲烷浓度异常高值主要分布在河北省和山西省;两种数据之间具有较高的相关性(r为0.92),与香河站数据的相关性均大于0.85,两种数据均能较好地反映地面甲烷浓度.Offline Methane数据可提供可视化下载和高空间分辨率,但数据缺失较多,实际应用中可以采用数据融合等方法进行插补;Level 2XCH_(4)数据空间分辨率较低但覆盖度高,可以根据研究区大小进行网格化处理,适合大区域研究. 展开更多

关键词 甲烷(CH_(4)) 时空变化 TROPOMI产品数据 华北地区

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含界面人工坝体试样水浸损伤机理及纳米改性增强

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作者 李宜家 郝宪杰 +5 位作者 陈昱光 庞天 杨怀翔 李航 季金一 李欣宇 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第10期182-190,共9页

【目的】为加快推进黄河流域生态保护和高质量发展,“导储用”理念提出通过改造采空区构建地下水库,并利用防隔水混凝土坝体实现对矿井水的存储与保护。但在长期水浸及采动作用下,混凝土坝体复合结构的接合界面处可能出现强度劣化,形成... 【目的】为加快推进黄河流域生态保护和高质量发展,“导储用”理念提出通过改造采空区构建地下水库,并利用防隔水混凝土坝体实现对矿井水的存储与保护。但在长期水浸及采动作用下,混凝土坝体复合结构的接合界面处可能出现强度劣化,形成隐患。【方法】通过掺入0.5%和1.0%的纳米SiO_(2)、Al_(2)O_(3)及TiO_(2),经2次浇筑制成双半圆柱结合的含竖直界面试样,采用非金属超声波速检测和单轴压缩试验,研究纳米改性混凝土界面试样在水浸后的界面稳定性及强度变化。【结果和结论】(1)界面试件破坏存在界面破裂和完全破坏2个阶段,揭示界面试件在受压时的分阶段失效机制。(2)水浸14 d后,普通界面试件相比未进行水浸时平均降低了19.15%和15.11%,表明水浸环境对界面试件的完全破坏强度和界面破裂强度都产生了劣化效应。(3)通过试件破坏特征分析,发现仅有未水浸的0.5%纳米TiO_(2)试件呈现出贯穿界面的剪切破坏,其余试件均呈现平行于界面的劈裂破坏特征,表明0.5%纳米TiO_(2)可增强界面抗剪能力,但水浸会弱化该效应。(4)相比普通界面试件,掺入0.5%纳米TiO_(2)试件后界面破裂强度提高了35.23%,对界面的改善效果较优;掺入0.5%纳米SiO_(2)试件的完全破坏强度提高了37.14%,呈现较好的基体强化效果。(5)掺入0.5%纳米SiO_(2)时对含竖直界面混凝土试件的弹性模量和变形模量改善效果最好,分别提高了30.34%和39.25%。研究成果对地下水库及相关工程设施的长期安全稳定运行具有重要的科学价值与工程指导意义。 展开更多

关键词 煤矿 地下水库 含竖直界面 水浸弱化 纳米材料 力学特征 增强规律

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基于无人机遥感多特征的单木地上生物量反演模型

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作者 张宇娇 赵恒谦 +3 位作者 付含聪 刘哿 皇甫霞丹 刘轩绮 《林业科学》 北大核心 2025年第8期129-141,共13页

【目的】针对北方森林,协同无人机激光雷达和无人机RGB影像进行单木地上生物量估测,以彰武县樟子松和杨树为研究对象,探究应用组合数据和单一数据对针、阔叶林单木地上生物量估测的影响,为彰武县防风固沙人工林单木地上生物量的精准预... 【目的】针对北方森林,协同无人机激光雷达和无人机RGB影像进行单木地上生物量估测,以彰武县樟子松和杨树为研究对象,探究应用组合数据和单一数据对针、阔叶林单木地上生物量估测的影响,为彰武县防风固沙人工林单木地上生物量的精准预测提供技术参考。【方法】从LiDAR点云和基于RGB光学影像获取的数字正射影像图(DOM)中提取单木尺度高度、强度、密度、冠层结构、光谱、纹理和植被指数多特征,采用置换重要性(PI)和Boruta优选特征子集,结合地面实测单木地上生物量数据,使用随机森林(RF)、极端梯度提升树(XGBoost)和分类提升算法(CatBoost)3种典型机器学习方法构建樟子松和杨树地上生物量估测模型,对仅用LiDAR数据、仅用DOM数据以及联合二者的建模结果进行比较。【结果】1)点云高度和冠层结构是估测2个树种单木地上生物量的关键特征;纹理特征仅对樟子松地上生物量估测产生积极影响。2)对于樟子松,基于组合数据的单木地上生物量估测精度最高,优于单一LiDAR和单一RGB影像;3种数据集的最优模型分别为ALL-PI-XGBoost、LiDAR-PI-XGBoost和DOM-PI-RF,测试集R^(2)分别为0.77、0.69、0.67,RMSE分别为10.94、12.75、13.16 kg·plant^(−1)。对于杨树,基于组合数据和单一LiDAR数据的单木地上生物量估测精度相当,且优于单一RGB影像;3种数据集的最优模型分别为ALL-PI-XGBoost、LiDAR-Boruta-XGBoost和DOM-Boruta-CatBoost,测试集R2分别为0.85、0.85、0.59,RMSE分别为17.63、17.11、28.99 kg·plant^(−1)。【结论】基于低成本无人机遥感技术获取的高密度点云和高分辨率影像可以实现彰武县防风固沙人工林单木地上生物量高精度、快速且无损估测;应用组合数据和单一数据对针、阔叶林单木地上生物量估测有不同影响,组合数据可以显著提高樟子松单木地上生物量估测精度。 展开更多

关键词 无人机激光雷达 无人机光学影像 单木尺度 地上生物量 机器学习

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基于自注意力机制的矿井次光照图像语义分割研究 被引量：4

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作者 杨克虎 龙启航 +3 位作者 汪嘉文 彭宝山 金波 杨学孟 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2023年第5期9-18,共10页

引入图像语义分割技术,对矿井次光照环境中的目标物进行分割,将图像分成原始清晰图像和次光照图像两类,采用基于深度学习的图像增强方法对次光照条件下拍摄的图像增强细节后替换,再利用单应变换算法对数据集进行扩充,进而构建矿井巷道... 引入图像语义分割技术,对矿井次光照环境中的目标物进行分割,将图像分成原始清晰图像和次光照图像两类,采用基于深度学习的图像增强方法对次光照条件下拍摄的图像增强细节后替换,再利用单应变换算法对数据集进行扩充,进而构建矿井巷道图像语义分割标准数据集。提出一种基于自注意力机制的轻量级编码—解码结构网络:以DeepLab V3+编码—解码网络为基础网络,在编码结构中,提取矿井图像深、浅层语义特征信息,将深层语义特征信息经由轻量级自注意力机制模块进行特征激活,而浅层语义特征信息直接送入解码器中,在解码结构中拼接深、浅层语义特征信息,恢复原始图像尺寸,输出分割结果。与传统算法就图像预测进行对比实验,结果表明:在网络复杂度方面,对于3通道512×512像素大小的图像,算法的网络理论计算量FLOPs仅48.80 G,参数量仅11.90 M;在网络分割精度方面,平均交并比76.50%,平均像素精度87.75%,领先其他主流网络;在速度方面,推理一张图像的速度能达到0.032 s,可满足轻量级网络的要求。 展开更多

关键词 矿井图像语义分割 编码解码结构 轻量级网络 自注意力机制

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