矿业科学学报

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李飞 , 程久龙 , 陈绍杰 , 康庆涛 , 李改革 , 刘德民

2019, 4(1): 1-7.

摘要(693) PDF(295)

摘要:
地下煤层开采引起上覆岩层变形破坏，对变形破坏范围进行精细探测，可以为煤矿安全高效绿色开采提供技术保障。本论文分析了基于时移高密度电法的覆岩精细探测原理，建立了采前和采后三维地质地球物理模型并进行了数值仿真计算。结果表明：覆岩变形破坏在电阻率变化率断面图中呈沙漏形异常，孔口位置约为裂隙带和弯曲下沉带的分界线，裂隙区相对压实区为电阻率变化率高正异常区。同时，进行了现场试验，发现电阻率变化率断面图中浅部异常主要受沉陷裂隙和降水影响，沉陷裂隙形成电阻率变化率正异常，降水形成电阻率变化率负异常；结合沙漏形异常形态和关键层层位，确定了裂隙带发育高度为９８ｍ，探测结果得到了钻探结果验证。

不同温度下高岭石变形及破坏机理的分子动力学模拟

何满潮 , 韩宗芳 , 杨华

2019, 4(1): 8-16.

摘要(505) PDF(154)

摘要:
在不同温度条件下，运用分子动力学方法对高岭石ＯＡ、ＯＢ、ＯＣ三个方向进行单轴拉伸模拟，从微观角度还原高岭石变形及破坏的过程，研究了高岭石在不同温度下的微观结构变化、拉伸过程中的变形机理以及拉伸力学性能的温度效应。结果表明，弛豫后的高岭石随着温度升高产生热膨胀；沿ＯＡ和ＯＢ方向的拉伸，一旦裂纹形核出现，裂纹将会快速扩展，从而导致应力急剧下降，ＯＣ方向在拉伸过程中会出现整层分离的现象，构型将随着氢键作用的消失而发生破坏。高岭石力学性能对温度具有很强的依赖性：抗拉强度、杨氏模量与温度呈负相关关系；随温度升高，拉伸极限应变和残余强度呈降低的趋势，强度衰减系数呈增加的趋势，ＯＣ方向受温度影响最大，ＯＢ方向次之，ＯＡ方向最小。

基于分数阶导数的非饱和渗流问题研究

王睿 , 周宏伟 , 卓壮

2019, 4(1): 17-22.

摘要(577) PDF(161)

摘要:
非饱和渗流问题广泛存在于煤炭工程领域。现有实验表明，均方位移与时间成非线性关系，但经典的Ｒｉｃｈａｒｄｓ方程未考虑这一情况。针对这一问题，本文通过引入时间分数阶导数，结合两种水力传导系数对新的Ｒｉｃｈａｒｄｓ方程进行了数值求解。在此基础上，分析了时间分数阶Ｒｉｃｈａｒｄｓ方程中的相关参数对含水量曲线的影响，并对已有论文的实验数据进行了拟合。结果表明，新的模型能够描述反常扩散条件下的非饱和渗流问题。

基于渗流实验的三轴流固耦合离散元数值模拟研究

张村 , 屠世浩 , 赵毅鑫 , 王伟 , 何祥

2019, 4(1): 23-33.

摘要(434) PDF(107)

摘要:
卸压开采覆岩的应力场、裂隙场及渗流场耦合特性直接影响卸压瓦斯的运移特征。本文根据弹性煤样及贯穿裂隙煤样的应力渗流实验数据，结合渗流立方定律提出了数值模型中裂隙煤岩体流固耦合参数的选取方法，建立了三轴加载流固耦合数值模型。在此基础上模拟分析了单轴及三轴加载过程中煤样应力、裂隙及渗流的耦合特性。模拟结果表明：煤样渗透率随着轴向应变的升高呈Ｓ形变化，在煤样内部裂隙产生前随着轴压的增加而逐渐减小；煤样内部裂隙的产生及扩张使得渗透率开始升高，且裂隙扩张速度越快渗透率升高幅度越大；围压的升高使得煤样内部裂隙产生及扩展速度减缓，致使渗透率降低阶段延长，煤样初始渗透率及屈服后的渗透率逐渐减小。

低透气性煤层顺层密集钻孔抽采及并管提压系统研究

谢生荣 , 杨波 , 张晴 , 宋海政 , 索海翔 , 张涛

2019, 4(1): 34-40.

摘要(397) PDF(175)

摘要:
针对高瓦斯低透气性煤层的瓦斯预抽难题，提出顺层密集大直径钻孔布置和并管提（负）压的瓦斯强化抽采技术，阐述了顺层密集大直径钻孔布置实现全区域增透的抽采原理。根据流体流动的连续性方程和能量方程，建立了区段主管路中流体能量变化的表达式，并得出相应的能量坡度线。结合预抽钻孔的“负压－流量”特性曲线，阐明采用并管方式连接主管路提升抽采负压和增加抽采量的作用机理，并根据实践经验综合确定瓦斯强化抽采技术参数。现场实践表明，该技术治理瓦斯效果显著，工作面瓦斯抽采率达５５％以上，生产能力由１*２Ｍｔ／ａ增加到１*８Ｍｔ／ａ，上隅角瓦斯浓度无超限现象，实现了复杂地质条件下的安全高效开采。

基于漂移度-未确知测度模型的煤层注水效果评价

薛黎明 , 朱琳龙 , 王豪杰 , 王恩 , 郑志学 , 葛英辉1

2019, 4(1): 41-49.

摘要(375) PDF(130)

摘要:
煤层注水效果直接影响到矿井的防灾减灾和高效生产。为了准确评价煤层注水效果，将未确知测度理论与漂移度组合赋权原理相结合，建立漂移度－未确知测度评价模型。运用未确知测度理论构建各指标未确知测度函数，以获得单指标测度评价矩阵；利用漂移度确定组合赋权中权重系数的分配，得到更为精准的指标组合权重；依照置信度识别准则，通过多指标综合测度评价向量进行等级判定，并利用样本等级期望和等级测度细化评价结果。以采煤工作面煤层注水工程为例，对其注水效果进行评价并与已有评价方法对比，该模型评价结果更加符合实际情况，有效克服了指标等级区间划分、权重系数分配等不确定信息对煤层注水效果评价的影响，为煤层注水效果评价提供了一种新的思路和方法。

关于错层位采煤法接续面巷道合理位置的选择

王志强 , 孙中文 , 徐春虎 , 苏越 , 宋梓瑜

2019, 4(1): 50-57.

摘要(417) PDF(111)

摘要:
本文重点研究相邻接续面巷道布置的合理位置。以某矿为工程背景，理论分析给出了实体煤侧垂直方向上的分区：一侧采空实体煤分区、过渡区和沿底弹性区。根据巷道布置原则，将巷道在垂直方向上沿９号煤层底板布置在弹性区，在水平方向上布置在极限平衡区的低应力区域内。采用理论分析、ＦＬＡＣ３Ｄ数值模拟等研究方法，确定了在该工程背景下的水平方向上的合理错距为２ｍ。工程应用中结合现场试验对接续面进风巷采取联合支护，通过对巷道的顶底板移近量和两帮位移量进行实测，发现围岩变形量得到有效控制。

煤巷掘进机纠偏路径随机约束环境建模研究

杨健健 , 唐至威 , 王晓林 , 王子瑞 , 吴淼

2019, 4(1): 58-65.

摘要(423) PDF(102)

摘要:
针对掘进机巷道实际路径规划背景下存在许多非结构性环境属性问题，本文将巷道非结构环境下的路径规划问题归类为一般性随机网络问题。文中分析了非结构环境的属性及行为约束，定义了包含约束信息的随机栅格网络模型，提出了最小耗费代价建模方法，利用遗传变异粒子群算法优化最佳路径目标点集。仿真和实验表明，文中提出的模型和算法能够有效解决随机网络最小耗费代价下井巷工程掘进机路径规划问题，其收敛速度和精度满足掘进机纠偏路径规划要求，验证了该方法在本文路径规划中的有效性与实用性。

粉煤灰-偏高岭土基地质聚合物发泡材料的制备与表征

刘瑞平 , 王慧 , 郭飞 , 董悦

2019, 4(1): 66-71.

摘要(661) PDF(444)

摘要:
本文以粉煤灰、偏高岭土、氢氧化钠、水玻璃为主要原料，选取３种不同的发泡剂在低温下通过碱激发反应制备了粉煤灰－偏高岭土基地质聚合物，研究了发泡剂的种类及其含量对多孔地质聚合物的孔结构和性能的影响，并对材料的热稳定性和结构进行了测试观察分析。研究结果表明：相比于铝粉和过硼酸钠，双氧水的发泡效果更好；地质聚合物的最佳制备工艺条件为双氧水含量０*５％，养护温度４０℃，养护湿度７０％，养护时间７ｄ；所得到的地质聚合物的体积密度为０*９８５ｇ／ｃｍ３，抗压强度为８*９ＭＰａ，导热系数为０*１０Ｗ／（ｍ·Ｋ），具有很好的隔热保温效果。

充气式液固流化床分选粗煤泥的试验研究

冯来宏 , 王帅 , 张瑞杰 , 柴志方 , 曾鸣

2019, 4(1): 72-78.

摘要(467) PDF(556)

摘要:
为了解决选煤厂粗煤泥的分选难题、提高粗粒煤的分选效果，基于重浮耦合原理开发了一种充气式液固流化床分选粗煤泥的流态化分选机，利用该分选机在实验室开展了１*０００～０*１２５ｍｍ粗煤泥的分选试验。试验结果表明：随着上升水流速率、充气量和药剂用量的增加，精煤灰分、精煤产率、可燃体回收率都随之升高；在上升水流速率３０ｍｍ／ｓ、充气量０*３６ｍ３／ｈ、起泡剂用量０*０６２８５ｍｍｏｌ／Ｌ的条件下，分选效果最佳；对比常规液固流化床分选试验，可以看出充气后精煤中各个粒级的产率明显增加，尾煤中各个粒级的产率明显降低，粗颗粒回收率提高了２９*１２％，可能偏差Ｅｐ达到０*０８，分选效果明显优于传统液固流化床分选机。

O3降解水杨羟肟酸选矿废水机理研究

章丽萍 , 项俊 , 严振宇 , 赵思勤 , 魏含宇 , 张楠

2019, 4(1): 79-85.

摘要(488) PDF(544)

摘要:
以新型浮选药剂水杨羟肟酸为研究对象，采用Ｏ３氧化处理模拟选矿废水中的水杨羟肟酸，并通过紫外光谱、红外光谱、高效液相色谱对水杨羟肟酸可能的降解途径进行分析推断。结果表明，Ｏ３对水杨羟肟酸有较好去除效果。当初始水杨羟肟酸浓度为５０ｍｇ／Ｌ、ｐＨ值为８、Ｏ３浓度为１*３ｍｇ／Ｌ时，反应１５ｍｉｎ，水杨羟肟酸去除效率大于９０％，但矿化率仅为１９*９９％；根据中间产物检测结果推断，其降解途径为：水杨羟肟酸→水杨酸＋羟胺→邻苯二酚→顺丁烯二酸→小分子有机酸＋二氧化碳＋水。

聚合铝对锂渣-水泥复合胶凝材料水化硬化特性的影响

王奕仁 , 王栋民 , 翟梦怡 , 李小龙

2019, 4(1): 86-94.

摘要(589) PDF(494)

摘要:
锂渣具有火山灰活性，可作为辅助性胶凝材料应用于水泥基材料中，但其较低的水化活性导致材料的力学性能和耐久性能下降。针对锂渣在复合胶凝材料中的低水化程度，本文采用一种无机高分子聚合铝作为激发剂来提升锂渣的水化反应活性，通过测定材料的胶砂强度、化学结合水量等宏观性能，并结合水化放热特性、水化产物矿物组成及背散射显微形貌等微观表征，分析了聚合铝对锂渣－水泥复合胶凝材料水化特性的影响及作用机理。结果表明：聚合铝的掺入显著提高锂渣－水泥复合胶凝材料２８ｄ龄期的抗压强度和化学结合水含量，分别增长了２６*８％和５％；早期水化反应中，聚合铝的掺入加速了锂渣－水泥复合胶凝体系的矿物相溶解和晶体的生长，增加了水化产物的成核总量，水化产物中出现了大量的钙矾石、水化铝酸钙、氢氧化钙及非晶态水化凝胶；聚合铝的掺入促进了锂渣－水泥复合胶凝体系的水化和锂渣颗粒的溶解与侵蚀。

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2019年第4卷第1期

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