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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 被引量：7
1
作者 夏玉成 孙学阳 +2 位作者 苗霖田 郭晨 杜荣军 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第1期64-76,共13页
【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... 【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。 展开更多
关键词 矿井地质 人工智能 地质保障 技术体系 人才队伍
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我国可持续航空燃料产业发展研究 被引量：8
2
作者 田利军 刘鑫 +3 位作者 吕继兴 杨晓军 由长江 陈学功 《中国工程科学》 北大核心 2025年第2期49-61,共13页
可持续航空燃料(SAF)兼具环境保护、能源转型、优化产业布局三重价值属性,是国际上航空环境治理的重点领域。我国SAF产业起步偏晚、自主技术欠缺、商业模式不成熟,正处于工业示范向商业化应用转变的关键期,因而探讨SAF产业自主可控发展... 可持续航空燃料(SAF)兼具环境保护、能源转型、优化产业布局三重价值属性,是国际上航空环境治理的重点领域。我国SAF产业起步偏晚、自主技术欠缺、商业模式不成熟,正处于工业示范向商业化应用转变的关键期,因而探讨SAF产业自主可控发展对解决民航业绿色发展“瓶颈”意义重大。本文识别了SAF产业的发展要素及其内在关联,阐明了SAF产业的环境价值、能源价值、经济价值;从政策扶持情况、技术研发进展两方面梳理了国际SAF产业的发展格局。在总结我国SAF产业的规模及模式、技术与成本、政策机制的基础上,厘清了SAF产业发展思路与技术应用规划,提出了发布行业监管框架、完善行业标准规范,加大财政支持力度、扩大税收优惠范围,加强技术创新、探索商业新模式等发展建议。相关研究可为我国民航业“双碳”目标的落地实施,SAF产业规划、技术研发、商业化应用等提供参考,更好促进SAF产业可持续发展。 展开更多
关键词 可持续航空燃料 HEFA路线 FT路线 PtL路线 产业政策 认证认可
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陕北黄土覆盖区煤层上覆岩系层状结构对开采区土壤损伤效应研究 被引量：4
3
作者 王双明 宋世杰 +5 位作者 魏江波 刘浪 牛瑞琳 李源红 谈庆钰 田雨 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期23-42,共20页
煤炭开采区生态保护是黄河流域高质量发展亟需破解的重大难题。科学认识煤层上覆岩层对煤炭开采采动损害向地表传递的响应规律是实现煤矿区生态环境全生命周期保护的重大需求。以陕北黄土覆盖区煤炭开采区为研究对象,综合运用野外地质... 煤炭开采区生态保护是黄河流域高质量发展亟需破解的重大难题。科学认识煤层上覆岩层对煤炭开采采动损害向地表传递的响应规律是实现煤矿区生态环境全生命周期保护的重大需求。以陕北黄土覆盖区煤炭开采区为研究对象,综合运用野外地质调查、采样测试、数值模拟、室内实验和理论计算方法,针对覆岩层数、层厚、岩性、厚硬岩层与煤层的空间位置等层状结构对地下采煤的“响应-传递”特点,研究了相同采矿条件下煤层覆岩层状结构对采动覆岩应力场的影响规律,揭示了不同煤层覆岩层状结构下土壤物理、化学、微生物、侵蚀四大特性的损伤特征及煤炭开采区土壤物理、化学、微生物特性变化对侵蚀特性的作用机制。结果表明:①相同或相近的采矿条件下,采煤沉陷区地表生态损害结果的迥异主要取决于煤层上覆岩(土)层对地下采煤活动的应力应变响应、由下向上的传递及土壤损害特点。在覆岩层状结构与采动应力传递的耦合下,煤层覆岩自下而上形成了垂向强力链塑性变形区(VCP)、水平强力链弹塑性变形区(HCEP)、水平强力链弹性变形区(HCE)的采动损害特征。其中,煤层覆岩下部的互层结构及特征对塑性变形区界面高度具有重要影响。煤层上覆岩(土)层和地表土层(壤)均是地下采煤活动及其损害作用的响应载体。岩层层数、层厚、岩性、厚硬岩层与煤层的空间位置及地表变形等是影响土壤损害类型及特点的重要地质因素。②厚砂岩在覆岩中的位置是地下“VCP-HCEP”界面、“HCEP-HCE”界面发育高度和地表形变程度的第一主控因素,决定了“两界面”的发育位置和地表变形的程度,高位厚砂岩对“两界面”发育和地表形变具有较明显的抑制作用;砂层系数作为第二主控因素,在既定厚砂岩位置且砂层系数小于73%条件下与“两界面”发育和地表形变均呈正相关关系;③基于两大主控因素划分了4个覆岩层状结构基本类型,从“地下覆岩层状结构基本类型+地表形态变化程度+地表采动损害形式+土壤质量特性指标”耦合的角度,发现“低位厚砂岩+砂层系数大于73%”类型对地表土壤损害效应最为显著,其中沉陷坡面土壤物理、化学、微生物特性指标的损伤均集中在坡顶、坡中部位,降幅介于11.81%~42.01%(p<0.05);采动地裂缝是沉陷坡面土壤损伤的主要原因;④“低位厚砂岩+砂层系数大于73%”类型对坡面土壤可蚀性K值的放大效应最为明显,平均增幅为26.38%(p<0.05),其中坡顶部位土壤可蚀性K值平均增幅最大,为37.98%(p<0.05);沉陷坡面同一部位裂缝区土壤可蚀性K值平均增幅较非裂缝区高出92.28%(p<0.05);黄土沉陷坡面可蚀性K值与土壤孔隙度呈极显著正相关关系(p<0.01),与土壤含水率、黏粒质量分数、有机质质量分数、速效养分质量分数、土壤微生物数量及酶活性呈极显著负相关关系(p<0.01)。因此,“低位厚砂岩+砂层系数大于73%”的覆岩层状结构类型区是陕北黄土沟壑煤炭开采区生态损害的关键区域,应采取充填减沉、土壤改良等人工措施进行保护与修复,对于“低位厚砂岩+砂层系数小于73%”和“高位厚砂岩+砂层系数大于73%”的覆岩层状结构类型区可采取人工辅助的生态修复方式,对于“高位厚砂岩+砂层系数小于73%”的覆岩层状结构类型区则可采取自然恢复方式进行生态修复。 展开更多
关键词 覆岩层状结构 响应传递 土壤 损伤效应 陕北矿区
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煤矿固体智能充填支护机器人及其关键技术 被引量：4
4
作者 张强 张吉雄 +5 位作者 宗庭成 杨康 金子山 吕浩南 白雨 邓攀博 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1376-1392,共17页
固体充填开采技术已日臻成熟,但存在自主作业程度低、自适调控能力不足等瓶颈,智能化水平偏低,影响其应用效果与推广范围。煤矿大型装备机器人化是行业发展必然趋势,煤矿固体智能充填支护机器人的研究及其关键技术的突破势在必行。定义... 固体充填开采技术已日臻成熟,但存在自主作业程度低、自适调控能力不足等瓶颈,智能化水平偏低,影响其应用效果与推广范围。煤矿大型装备机器人化是行业发展必然趋势,煤矿固体智能充填支护机器人的研究及其关键技术的突破势在必行。定义了煤矿固体智能充填支护机器人的概念并设计了其系统构成,揭示了其工序自驱作业机制与运行逻辑;构建了煤矿固体智能充填支护机器人全工况状态感知、运动学建模与控制方法;构建了全类别参数指标集,形成了全类别参数感知方法;对全工况场景类别进行了划分,建立了位姿精确表征与实时输出方法;形成了全工况场景运行状态判别与机械臂组自调控方法;构建了煤矿固体智能充填支护机器人虚拟样机仿真试验平台,设置了“俯采仰充”“水平采充”“仰采俯充”3种工况进行工序自驱仿真,仿真测试结果表明:充填支护机器人可精准判别干涉并解算出调控目标参数,系统整体运行及工序自驱执行等智能功能得到验证。针对煤矿固体智能充填支护机器人研发面临的关键科学问题,初步构建了煤矿固体智能充填支护机器人及其关键技术的研究框架、研发思路与技术路线,为深度升级充填开采技术、研发我国完全独立自主知识产权的煤矿固体智能充填支护机器人装备产品提供理论及技术支撑。 展开更多
关键词 充填支护机器人 位姿表征 自主调控 工序自驱作业 联合仿真 固体充填开采技术
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多源固废基固碳矿用材料制备及多场景利用关键技术 被引量：6
5
作者 刘浪 夏磊 +4 位作者 王双明 方治余 朱梦博 何伟 高宇恒 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1203-1222,共20页
冶金工业生产与煤炭资源开发过程中产生了大量难以有效利用的固废,并伴随地表沉陷、固废堆存及高碳排放等一系列问题。为实现“煤矿减损化开采−固废功能化利用−CO_(2)低碳化处置”目标,创新性地提出了CO_(2)矿化多源固废制备固碳矿用材... 冶金工业生产与煤炭资源开发过程中产生了大量难以有效利用的固废,并伴随地表沉陷、固废堆存及高碳排放等一系列问题。为实现“煤矿减损化开采−固废功能化利用−CO_(2)低碳化处置”目标,创新性地提出了CO_(2)矿化多源固废制备固碳矿用材料及多场景利用关键技术。以改性镁−煤基固废(包括改性镁渣、粉煤灰、煤矸石)为例,采用直接矿化法在地面将其矿化制备固碳矿用材料,以适应矿山多场景的应用需求。系统分析了固废直接矿化的工艺及其关键影响因素,制备了改性镁−煤基固废固碳矿用材料,研究了不同液固比条件下改性镁−煤基固废固碳矿用材料的基础性能(流动性能、强度性能、固碳能力)及其固碳机制。结果表明:液固比大于0.23时材料满足充填流动性能要求,且28 d抗压强度最高可达6.18 MPa;直接矿化搅拌10 min的矿化效率达到50.7%。针对多源固废基固碳矿用材料的多场景利用问题,提出了包括“固碳矿用预制件、固碳膏体充填开采、固碳矿用材料用于采空区治理、固碳充填材料用于矿井降温”在内的多场景利用关键技术。基于固碳矿用预制件,提出了高强低渗储库墙构筑技术及巷道掘进底板铺设一体化技术装备;在矿井膏体充填开采的基础上,创新性地提出了房柱式采煤固碳充填煤柱回收技术及冶金−煤基固废固碳充填材料的高效制备与充填应用一体化装备。此外,在采空区治理的应用方面,还需研究CO_(2)在固废材料中的吸附−扩散机理、注浆材料与环境的多场耦合机制及CO_(2)高效吸收搅拌反应装置,建立“采空区危险源监测−固废矿化注浆材料治理−注浆效果评价”等应用体系。研究为大宗冶金−煤基固废的合理处置和CO_(2)的高效封存提供了有益参考,对于推动“双碳”目标的实现及煤矿区由“零碳”向“负碳”的转型发展具有重要意义。 展开更多
关键词 固废处置 二氧化碳封存 多场景利用 矿用预制件 固碳充填
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深部金属矿异构环境爆破开采诱发岩体动力灾害防控 被引量：4
6
作者 周子龙 王少锋 +2 位作者 蔡鑫 黄英华 赵聪聪 《中国有色金属学报》 北大核心 2025年第1期306-322,共17页
战略性矿产资源为国民生产和国防建设提供重要物质基础,其供给保障直接关系国计民生与国家安全。地下金属矿山作为战略性金属矿产资源供给的主阵地,快速向深部延伸。深部金属矿山多采场多中段作业在地下形成了结构不连续、材料非均质、... 战略性矿产资源为国民生产和国防建设提供重要物质基础,其供给保障直接关系国计民生与国家安全。地下金属矿山作为战略性金属矿产资源供给的主阵地,快速向深部延伸。深部金属矿山多采场多中段作业在地下形成了结构不连续、材料非均质、应力非均匀的复杂异构环境。在这种环境下,爆破等开采扰动极易诱发岩体失稳进而引发岩爆、大规模坍塌等动力灾害,严重制约深部金属矿山安全高效可持续开发。因此,针对深部金属矿山存在的变异应力场、复杂岩体结构、强动力扰动等特点,亟需开展深部金属矿异构环境开采诱发岩体动力灾害防控理论与技术研究,获得异构环境下动力扰动诱发高应力岩体动态失稳规律,阐明深部异构环境下关键结构体的应力变化、动态损伤、裂纹扩展和能量耗散特性,揭示爆破应力波诱发深部异构区域高储能岩体灾变机制,构建以动静能量为指标的爆破诱发深部高储能岩体动力灾害判据,提出异构环境改良调控和高储能岩体精细化爆破主导有序破裂控制的深部金属矿复杂异构环境岩体动力灾害综合防控新模式,为深部金属矿山安全高效开采和灾害防控提供理论与技术支撑。 展开更多
关键词 深部金属矿 异构环境 爆破 岩体动力灾害 灾害防控
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超高工作面上覆厚硬岩组破断运动规律与多重动载产生机理 被引量：2
7
作者 王家臣 王兆会 +4 位作者 孙文超 李猛 张鑫 李家龙 侯东鑫 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期1876-1893,共18页
大采高开采技术具有高产、高效、高采出率等优点,成为榆神矿区厚煤层开采的技术首选。大采高工作面采出空间和装备功率成倍增加,采动效应急剧增强,特别是超大采高与厚硬顶板并存条件下,强矿压现象频发,威胁生产安全。为提升超高工作面... 大采高开采技术具有高产、高效、高采出率等优点,成为榆神矿区厚煤层开采的技术首选。大采高工作面采出空间和装备功率成倍增加,采动效应急剧增强,特别是超大采高与厚硬顶板并存条件下,强矿压现象频发,威胁生产安全。为提升超高工作面围岩控制效果,以曹家滩122104工作面为工程背景,采用现场实测、室内试验、理论分析等手段研究了10 m超大采高工作面厚硬顶板破断运动规律与支架载荷演化特征,探究强矿压产生机理及控制方法。结果表明:大采出空间、高推进速度、多厚硬岩组导致超高工作面液压支架具有“急增阻、高静载、多重动载、高频循环载荷”等承载特征,工况劣化导致顶板载荷快速向超高煤壁转移,引发坚硬煤壁板式劈裂破坏;超大采高导致工作面上覆3个厚硬岩组进入液压支架工况影响区,厚硬岩组呈现小变形破断模式,破断前以弹性变形为主,组内岩层无离层现象,破断后裂隙发育速度快,能量释放率高,破断岩块可形成错位岩梁平衡结构;得到了支架顶梁载荷三维分布曲面及其同顶板结构的协同演化特征,厚硬顶板破断前支架载荷小,分布于立柱支撑区,破断后支架快速增阻进入满负荷状态,多组硬岩破断导致液压支架承受多重动载冲击效应,顶梁载荷偏离立柱支撑区,引发异常支架工况;构建了考虑层间剪力的厚硬顶板短梁结构模型,其内部拉应力降低,剪应力升高,揭示了厚硬顶板小变形沉降原理和拉剪混合破断机理;得到了直覆厚硬顶板破断前后弹性应变能分布特征,给出了厚硬顶板动力破断和应变能释放条件,厚硬顶板弹性小变形破断特征决定了应变能以瞬间释放为主,向破断岩块动能的转换率达到21%,提出了动载冲击力计算方法,厚硬顶板高能量释放率和破断岩块下位大自由空间是超高工作面多重动载产生的直接原因;超前区域压裂后,厚硬岩组由弹性小变形向塑形大变形破断模式转变,高塑性耗散功与高劣化程度降低了动载冲击强度,提升了超高工作面围岩控制效果。 展开更多
关键词 超大采高 厚硬顶板 破断机理 支架阻力 多重动载
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2023-2024年煤炭地下气化技术研究进展述评 被引量：3
8
作者 秦勇 易同生 汪凌霞 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第4期1-17,共17页
【背景】煤炭地下气化(UCG)技术产业化是保障清洁能源供给安全的一个可能解决方案,当前新一轮UCG技术探索热潮方兴未艾。【方法】系统梳理国内国际文献,评述2023-2024年期间UCG技术研究进展,分析UCG技术发展面临的主要挑战,提出未来重... 【背景】煤炭地下气化(UCG)技术产业化是保障清洁能源供给安全的一个可能解决方案,当前新一轮UCG技术探索热潮方兴未艾。【方法】系统梳理国内国际文献,评述2023-2024年期间UCG技术研究进展,分析UCG技术发展面临的主要挑战,提出未来重点探索方向。【进展】提出了基于UCG的煤炭能源开发利用变革性技术,认为发展UCG–煤层气资源–CO_(2)封存与利用(UCG–CBM–CCUS)协同高效联产工艺技术是推进UCG技术产业化的关键。UCG生产动态与过程控制研究重点范围有所扩大,完善了UCG传热传质模型和模拟方法并建立了UCG腔体生长过程主要参数数学模型,探讨了UCG生产行为对炉内温度、压力、气化剂配方、注气工艺的响应特点和变化规律,论证了UCG生产富氢气体的天然优势和成本优势,揭示声发射定位技术在UCG生产动态监控中的潜在多项功能。UCG安全研究关注重点集中在运行安全、地下水安全、地表沉降防控、碳减排4个方面,研究了UCG粗煤气爆炸特性、井筒喷淋降温措施和管材抗氢腐蚀特点,初步开发出耐高温回填新材料,提出了多种UCG地下水污染防控技术,形成多种UCG地面沉降及残余沉降预测方法,提出了UCG碳减排基本策略及“碳调减”主动减排策略。UCG地质约束与选区选址评价、井下关键装备与工具、技术经济性评价等方面研究进展显著,地质评价高度关注UCG工程行为对地层条件的响应,提出和论证了催化剂注入工艺、新型点火方式、外加电磁场激励加热、气化剂注入方式和工艺改进等新设想,成功研制可燃套管、连续管等关键装备工具,多种新工艺新技术设想颇具新意和潜在实用价值。研究展示了UCG粗煤气生产和利用的经济竞争力。首次实施UCGECBM(煤层气增产)高效联采新工艺现场技术验证。【展望】鉴于近期UCG现场实践揭示的重大问题,提出了UCG地质-工程一体化、施工技术水平提升、关键装备工具研发三大未来重点探索方向。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 技术策略 控制与安全 现场试验 进展 未来探索
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黄河中游陕北煤矿区采动地裂缝对土壤入渗特性的影响及其侵蚀效应 被引量：3
9
作者 宋世杰 成星 +4 位作者 王双明 刘露 李源红 张家杰 陈宝灯 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1234-1248,共15页
破解黄河中游煤矿区采动地裂缝的水土流失效应,对于陕北煤矿区生态环境保护与高质量发展具有重要意义。以陕北柠条塔井田北翼典型采动地裂缝发育区内宽度0~10、10~20、20~30 cm的采动地裂缝周围土壤(水平距离80 cm以内、垂直深度20 cm以... 破解黄河中游煤矿区采动地裂缝的水土流失效应,对于陕北煤矿区生态环境保护与高质量发展具有重要意义。以陕北柠条塔井田北翼典型采动地裂缝发育区内宽度0~10、10~20、20~30 cm的采动地裂缝周围土壤(水平距离80 cm以内、垂直深度20 cm以浅)为研究对象,利用定水头法和仪器分析法分别测定土壤入渗速率、累积渗透量、饱和导水率(K_(s))、有机质、机械组成、>0.25 mm水稳性团聚体含量,揭示了采动地裂缝对土壤入渗特性的影响规律,基于RUSLE2模型计算阐明了考虑入渗特性的采动地裂缝小空间尺度上的土壤侵蚀效应。结果表明:①采动地裂缝周围土壤的入渗速率随时间变化而呈现出瞬变(0~3 min)、渐变(3~60 min)及稳定(60~110 min)3个阶段的动态变化过程;②采动地裂缝发育提高土壤K_(s)的效应最显著,平均增幅为60.63%,该效应随采动地裂缝宽度的增大和距裂缝水平距离的减小而增强;③土壤累积入渗量和K_(s)与极细砂粒呈极显著正相关(p<0.01),而与黏粒、有机质则呈极显著负相关(p<0.01),与>0.25 mm水稳性团聚体也呈显著负相关(p<0.05);④考虑入渗特性计算的可蚀性K值变化幅度比不考虑时增大了1.12~2.13倍;基于指数函数构建了不同宽度采动地裂缝影响周围土壤入渗速率和可蚀性K值作用范围的预测模型,发现当距采动地裂缝水平距离分别超过226、157 cm时,采动地裂缝增大周围土壤入渗速率及可蚀性的效应基本消失,其可作为黄河中游陕北黄土采动地裂缝发育区水土流失效应的精准防控靶区。 展开更多
关键词 采动地裂缝 土壤入渗特性 土壤侵蚀效应 RUSLE2模型 陕北煤矿区
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中国深部金矿资源开发对策和建议
10
作者 王伟 刘博 《黄金》 2025年第10期11-18,共8页
深部金矿资源开发对于保障国家资源安全、支撑战略性产业发展具有重要意义。围绕中国深部金矿资源开发的现实背景及其具备的战略价值展开系统分析,并且针对当前深部金矿资源的开发现状和主要制约因素进行了深入探讨。中国在深部金矿资... 深部金矿资源开发对于保障国家资源安全、支撑战略性产业发展具有重要意义。围绕中国深部金矿资源开发的现实背景及其具备的战略价值展开系统分析,并且针对当前深部金矿资源的开发现状和主要制约因素进行了深入探讨。中国在深部金矿资源开发过程中面临着诸多挑战:地质勘探的精度需要进一步提升,岩爆、高温热害等各类灾害发生的风险相较于浅部明显增加,智能装备的深地适应性存在不足,安全与环保方面的投入持续上升,相关政策体系需进一步健全等。中国深部金矿资源开发面临的挑战与机遇并存,对于存在问题提出了相应应对策略:推动深部成矿理论和人工智能融合应用,针对岩爆防治、热害防治和地热资源利用等关键技术展开攻关,进一步完善深部开采本质安全及尾矿资源化利用相关体系,并且对风险勘查基金机制和财税激励政策加以优化。加强科技创新是解决深部金矿资源开发瓶颈的关键因素,政策方面的引导则是实现金矿资源可持续开发的重要支撑,安全绿色开采则是始终坚守的基本准则,在国家战略统筹和产学研协同推进下,中国有望实现从“黄金资源大国”向“黄金资源强国”跨越。 展开更多
关键词 深部开采 金矿开发 资源安全 科技创新 灾害防控 绿色安全 政策协同
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将绿洲建在矿区
11
作者 彭苏萍 王红茹(采访/整理) 《中国经济周刊》 2025年第15期24-24,共1页
我们在西部矿山生态修复上开辟了独特的技术方法和工程示范模式。我长期从事矿井地质和矿井工程物探的教学与科研工作,在多年的科研实践中,留意到大规模煤炭开采活动对矿区生态环境造成的严重破坏问题。当时,著名采矿工程专家钱鸣高院... 我们在西部矿山生态修复上开辟了独特的技术方法和工程示范模式。我长期从事矿井地质和矿井工程物探的教学与科研工作,在多年的科研实践中,留意到大规模煤炭开采活动对矿区生态环境造成的严重破坏问题。当时,著名采矿工程专家钱鸣高院士提出了绿色开采的理论。 展开更多
关键词 技术方法 煤炭开采 矿区 工程示范模式 生态修复
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典型产业含氟废水来源与综合治理技术研究现状 被引量：5
12
作者 罗立群 张倩倩 田国庆 《中国矿业》 北大核心 2025年第4期178-189,共12页
氟性质活泼、分布广泛,虽是人体的微量元素,但高氟含量物质的接触通常对动植物和人体有害,容易引发氟斑牙、氟骨症、神经系统病变、破坏生态系统平衡等问题。本文探讨了典型工业领域氟排放的来源、环境影响和含氟废水除氟治理技术与处... 氟性质活泼、分布广泛,虽是人体的微量元素,但高氟含量物质的接触通常对动植物和人体有害,容易引发氟斑牙、氟骨症、神经系统病变、破坏生态系统平衡等问题。本文探讨了典型工业领域氟排放的来源、环境影响和含氟废水除氟治理技术与处理方法,分析了含氟废水处理特点及面临挑战,有利于推动生态环境建设、保护人体健康。介绍了氟污染特点和生态影响,归纳了磷化工,氢氟酸生产、钢铁冶炼、铝电解等传统行业中含氟废水来源、产出特征与环境影响;探讨了光伏、锂电池、石墨提纯、半导体产业等典型新型产业在精密加工或高端制造过程中,含氟废水的产生环节与含氟产物特征。为此,分类梳理化学沉淀法、混凝沉淀法、吸附法、流化床结晶法、离子交换与膜分离法等五类常见含氟废水处理技术的发展现状,对比分析其除氟效果和应用特征,指出化学沉淀法可针对高浓度含氟废水,工业应用广泛,但产生的污泥量较大,容易造成二次污染,需要添加混凝剂,与混凝沉淀相结合,才能获得满意的效果;而吸附法处理低浓度废水应用广泛且高效,需注意吸附剂的品种选择和共存离子的影响;流化床结晶法、膜分离法等新技术能更方便、更高效地处理含氟废水,但存在价格昂贵,待处理废水浓度低等。目前仍面临除氟过程的适应性与安全性、除氟试剂的广泛性与高效性、再生性与经济性的挑战。根据含氟废水的特性,筛选合适的处理方法,辅以合适的除氟试剂,将提升氟化物治理技术水平,促进生态环境的建设。 展开更多
关键词 含氟废水 环境源 除氟技术 混凝沉淀 吸附剂
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露天矿边坡监测预警体系及变形速率阈值确定方法 被引量：4
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作者 韩流 陈祥宸 +2 位作者 王胆 舒继森 GERSON S V Tovele 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期329-338,共10页
边坡监测是保障露天矿人员设备安全的最后一道防线,完善的边坡监测预警体系和准确的预警阈值是实现监测效果的重要途径,然而,现有的监测系统存在独立运行、无法互补,预警阈值设定缺少依据等问题,这正是我国露天矿边坡监测亟待解决的重... 边坡监测是保障露天矿人员设备安全的最后一道防线,完善的边坡监测预警体系和准确的预警阈值是实现监测效果的重要途径,然而,现有的监测系统存在独立运行、无法互补,预警阈值设定缺少依据等问题,这正是我国露天矿边坡监测亟待解决的重要科学问题。以重力式滑坡为研究对象,根据累计位移量–时间曲线特征,将其分为渐变型、突发型和稳定型3类;根据滑面的形状将其分为圆弧滑动和平面滑动2类。对比分析了边坡雷达和GNSS监测的优劣性,并基于刚体运动模型建立了边坡雷达监测单元的位移量和变形速率的误差解算模型,进而结合2种监测方法的优势提出了针对露天矿的“边坡安全评价–边坡雷达覆盖式监测–GNSS精准预警”边坡监测预警体系。根据切线角预警判据,提出了基于关键切线角正切值倍数法确定边坡变形速率4级预警阈值,进一步根据同类滑坡加速阶段T值等分法确定关键切线角。对未发生过滑坡的露天矿边坡,给出了2种关键切线角和预警阈值确定思路。对2个露天矿边坡滑坡案例进行研究,确定了匀速阶段和关键切线角,给出了4级预警阈值,将阈值应用于边坡变形预警,结果表明:露天矿号1的阈值可及时准确的判定东帮变形所处的预警等级,并在第1次Ⅰ级预警信息发出后预留6 h的应急撤离时间;露天矿号2的关键切线角可应用于确定不同阶段的阈值,但平均速率需要结合具体监测阶段的S-t曲线精准确定。变形监测体系和预警阈值确定方法为露天矿边坡监测的可靠性提供有力支撑。 展开更多
关键词 露天矿 边坡监测 预警阈值 关键切线角 边坡雷达 GNSS
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煤炭地下气化顶板砂岩高温致裂规律实验研究 被引量：2
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作者 辛林 王欣 +5 位作者 牛茂斐 杨敏 李华龙 徐伟豪 尚振杰 刁垌彤 《煤炭工程》 北大核心 2025年第2期163-170,共8页
煤炭地下气化过程中,随着气化工作面的扩展,燃空区产生的高温会对顶板岩石造成不同程度的结构损伤。为了研究不同温度(100、200、300、400、500、600℃)造成的热损伤对砂岩声发射特征及破裂机制的影响,利用自主研发的单向加热实验设备,... 煤炭地下气化过程中,随着气化工作面的扩展,燃空区产生的高温会对顶板岩石造成不同程度的结构损伤。为了研究不同温度(100、200、300、400、500、600℃)造成的热损伤对砂岩声发射特征及破裂机制的影响,利用自主研发的单向加热实验设备,对试验过程中声发射信号进行采集分析,研究表明:累计声发射事件数与内部裂纹数的正相关性能够较好地反映砂岩宏观破坏规模,400~500℃砂岩破裂最为明显。微观上,试样各个温度快速升温阶段裂纹发展速度快,随温度升高,低频占比减少56.02%,高频占比增加57.1%,主频由低频为主转为高频为主,即砂岩破坏由晶间滑移主导转变为裂隙扩展主导。砂岩热破裂是膨胀变形、裂纹的萌生、快速发展以及裂纹持续贯通到破坏的过程。砂岩裂纹萌生,裂纹发育及裂纹非稳定发育分别对应分形维数数值变化≥0.35、-0.15~0.35、≤-0.15,分形维数曲线不规则波动阶段和突降阶段之间的突变点,可作为预测岩石热破裂时内部宏观裂隙形成的信号,为煤炭地下气化设计合理的采宽提供理论支持。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 砂岩 单向加热 声发射 裂隙演化 分形维数
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采动影响下临空巷道小煤柱失稳特征与调控方法 被引量：2
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作者 来兴平 徐李臻 +3 位作者 曹建涛 单鹏飞 张帅 许慧聪 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期39-53,共15页
西部煤炭基地是我国能源安全保障的核心“压舱石”,为提高资源采出率小煤柱临空巷道广泛应用,小煤柱临空巷道稳定性问题凸显。论文以国家能源集团麦垛山煤矿某工作面临空巷道为研究对象,构建小煤柱临空巷道力学模型,量化小煤柱临空侧顶... 西部煤炭基地是我国能源安全保障的核心“压舱石”,为提高资源采出率小煤柱临空巷道广泛应用,小煤柱临空巷道稳定性问题凸显。论文以国家能源集团麦垛山煤矿某工作面临空巷道为研究对象,构建小煤柱临空巷道力学模型,量化小煤柱临空侧顶板围岩下沉量与小煤柱支撑力关联性,探究围岩调控机制;采用朴素贝叶斯模型建立煤柱稳定性辨识模型,分别判断调控前后煤柱稳定性;通过精细化三维数值计算,研究临空巷道小煤柱围岩调控效果,并开展现场实施验证。结果表明:通过构建4种不同断裂线位置覆岩结构,推导得到了临空巷道直接顶最大下沉量与小煤柱支撑强度之间存在负相关。说明可通过提高小煤柱强度进而控制直接顶下沉,改善巷道围岩失稳问题;基于朴素贝叶斯及11项围岩参数建立煤柱稳定性辨识模型,准确率Ac达到0.9537,满足辨识要求。并对原煤柱和改性调控后煤柱进行辨识,从算法角度证明了调控方案的可行性;通过FLAC3D数值模拟围岩改性协同调控方案前后对比,煤柱应力提升了57.6%,变形量最低减少了22.8%;支护体应力降低,最大位移量减少了31.2%。两帮应力差值减小,巷道围岩应力分布更加平衡;方案现场实施得到煤柱应力最大提高至2.325倍,且应力波动较稳定,顶板、两帮变形量减少超80%。验证了围岩改性协同调控方案对小煤柱临空巷道变形破坏防治的可行性,保证了巷道围岩稳定性。研究结果为西部矿区临空巷道小煤柱科学设计提供基础支撑,为实现西部矿区强采动小煤柱临空巷道失稳防治提供借鉴。 展开更多
关键词 小煤柱 临空巷道 注浆加固 改性调控 数值模拟
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柔性刀具冲击破煤能量演化及关键参数 被引量：2
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作者 刘勇 张志康 +2 位作者 魏建平 徐向宇 郜英俊 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期965-974,共10页
为解决硬煤层卸压范围小、增透效果差等难题,基于水动力柔性刀具破煤卸压增透技术,在末端刀齿动能恒定时,优选末端刀齿质量与冲击速度组合,提高能量利用率和破煤效率。为此,开展了柔性刀具冲击破煤试验,分析了不同末端刀齿质量和冲击速... 为解决硬煤层卸压范围小、增透效果差等难题,基于水动力柔性刀具破煤卸压增透技术,在末端刀齿动能恒定时,优选末端刀齿质量与冲击速度组合,提高能量利用率和破煤效率。为此,开展了柔性刀具冲击破煤试验,分析了不同末端刀齿质量和冲击速度条件下煤体破碎质量和平均破碎深度;采用颗粒流数值模拟方法建立了柔性刀具末端刀齿冲击破煤模型,分析了破煤过程中煤体能量和裂隙演化规律,揭示了末端刀齿质量、冲击速度对柔性刀具冲击破煤效果的影响机制。结果表明:末端刀齿动能恒定时,随着刀齿质量的减小和冲击速度的增大,煤体破碎质量和平均破碎深度均呈现先增加后降低的趋势;煤体张剪破碎区面积、总裂隙数和轴向主裂隙最深处距离煤体表面的长度均呈现先增加再降低的趋势;末端刀齿接触煤体后,刀齿动能迅速降低,主要转化为煤体可释放应变能和摩擦能,应变能的积聚释放导致大量裂隙在刀齿正下方生成,形成半圆状张剪破碎区,在张剪破碎区周边裂隙胶结薄弱处形成应力集中,裂隙贯通形成主裂隙向四周扩展;当末端刀齿动能为60.3 J时,刀齿冲击速度为38.8 m/s、质量为0.08 kg,煤体破碎效果最优。随着末端刀齿冲击速度的增大,单位时间内作用于煤体能量密度增大,但冲击力减小,导致煤体应变能峰值呈现先增大再降低的趋势,在应变能峰值最大时,煤体破碎效果最好。 展开更多
关键词 卸压增透 瓦斯抽采 柔性刀具 冲击破煤 能量演化
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珊瑚钨矿岩体质量分级与基于Hoek-Brown强度准则的岩体强度估计 被引量：2
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作者 雷显权 刘福春 +2 位作者 熊有为 张军 刘恩彦 《矿业研究与开发》 北大核心 2025年第1期158-164,共7页
岩体强度是矿山工程安全稳定性分析的关键力学参数。结合珊瑚钨矿小型机械化开采技术攻关项目,在对岩体结构面进行详细调查的基础上,采用BQ、Q和RMR等3种方法进行岩体质量分级与稳定性评价,然后基于定量GSI和Hoek-Brown准则估计岩体强度... 岩体强度是矿山工程安全稳定性分析的关键力学参数。结合珊瑚钨矿小型机械化开采技术攻关项目,在对岩体结构面进行详细调查的基础上,采用BQ、Q和RMR等3种方法进行岩体质量分级与稳定性评价,然后基于定量GSI和Hoek-Brown准则估计岩体强度,获得准确可靠的岩体强度参数。研究结果表明:(1)灰岩岩体的优势节理面走向为NNW-SSE或NW-SE,倾向为NE或SW,倾角较大,体积节理数Jv为7.07~9.88条/m^(3),完整性系数Kv为0.55~0.63,岩体总体较完整;(2)灰岩岩体的[BQ]值、Q值和RMR89值分别为380.96,5.58和59,岩体质量等级为Ⅲ级或一般;(3)根据BQ分级结果,当巷道或采场跨度小于5 m时,围岩可基本稳定;根据Q分级结果,巷道或采场的最大不支护跨度约为6.35 m;根据RMR分级结果,当巷道或采场跨度为5 m时,围岩平均自立稳定时间可达7 d;(4)基于定量GSI和Hoek-Brown准则估计岩体强度,获得了灰岩岩体的Hoek-Brown强度参数和等效Mohr-Coulomb强度参数,为采矿设计和岩体稳定性分析提供了准确可靠的力学参数。 展开更多
关键词 岩体质量分级 岩体强度 HOEK-BROWN强度准则 地质强度指标
原文传递
温度效应下胶结充填体动态强度及能量演化特征 被引量：1
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作者 吴琼 郭进平 +4 位作者 王小林 张超 刘非 侯展娜 李婷婷 《矿冶工程》 北大核心 2025年第1期27-34,共8页
为分析不同温度条件下胶结充填体在动载作用下的强度变化特征,采用SHPB冲击试验,结合能量演化过程开展胶结充填体动态力学特性研究。结果表明:胶结充填体动态抗压强度随着养护温度提高而提高,破坏后发生明显的劈裂拉伸破坏;不同养护温... 为分析不同温度条件下胶结充填体在动载作用下的强度变化特征,采用SHPB冲击试验,结合能量演化过程开展胶结充填体动态力学特性研究。结果表明:胶结充填体动态抗压强度随着养护温度提高而提高,破坏后发生明显的劈裂拉伸破坏;不同养护温度下充填体的应力应变曲线具有相似性,均可划分为似弹性阶段、塑性变形阶段、峰后破坏阶段3个阶段。充填体具有波阻抗效应,在近似应变率(100 s^(-1))条件下,冲击过程中77%左右能量被反射,2%左右能量透射穿充填体。随着养护龄期及养护温度提高,充填体吸能密度和透射能均上升。微观分析结果表明,随着养护温度提高,胶结充填体内部水化反应速率提升,水化程度增加且水化产物增多,充填体内部孔隙被水化产物填充,形成更加致密的微观结构,进一步证实了养护温度的提高能促进充填体早期强度的提升。 展开更多
关键词 深部开采 胶结充填 冲击动载 养护温度 养护龄期 动态抗压强度 能量演化 温度效应
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特厚煤层采放协调智能群组放煤工艺模型及关键技术研究 被引量：1
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作者 李东印 王祖洸 +5 位作者 王伸 李化敏 彭维平 李红斌 张国澎 张旭和 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期22-33,共12页
目的综放开采是特厚煤层安全高效的开采方法,放煤环境复杂多变、采放协调难度大、放煤工艺及参数受控因素多,导致智能化综放开采尤其是智能放煤控制技术发展较为缓慢。针对特厚煤层综放面群组放煤下的智能化放煤控制难题,方法采用理论... 目的综放开采是特厚煤层安全高效的开采方法,放煤环境复杂多变、采放协调难度大、放煤工艺及参数受控因素多,导致智能化综放开采尤其是智能放煤控制技术发展较为缓慢。针对特厚煤层综放面群组放煤下的智能化放煤控制难题,方法采用理论分析、实验室仿真试验、计算机控制软件研发、现场试验与示范等方法,以“智能群组放煤机理-采放协调控制理论及方法-放煤工艺决策模型-放煤软件现场应用”为主线展开深入研究。结果结果表明:提出多放煤口群组协同放煤方法,以连续群组放煤为例,揭示了多放煤口群组协同放煤下的顶煤放出体和煤岩分界面的空间关系;深入剖析综放工作面的采放协调关系及群组放煤逻辑,提出特厚煤层综放面采放协调智能放煤控制理论,构建了综放面采放时间、空间和运能协调控制模型和基于强化学习及隐马尔科夫随机场模型的群组放煤协同控制决策方法,为智能化放煤决策与精准控制提供可靠理论基础;深度融合地质信息与采放工艺参数,建立了综放面多源信息数据库,为智能决策及数字孪生提供数据基础。结论基于群组放煤条件下的采放协调特征,构建了智能放煤决策模型,自主研发智能放煤决策系统(软件),实现了智能放煤工作面年产1500万t。 展开更多
关键词 特厚煤层 综放开采 智能放煤 采放协调 群组放煤
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松软煤层无水化增透理论及技术发展趋势 被引量：1
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作者 刘勇 张汶定 +5 位作者 陈长江 魏建平 徐向宇 张宏图 南勤聪 校朋伟 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期2123-2146,共24页
在未来相当长的历史时期内,我国仍然要坚持以煤为主的基本国情。煤炭作为兜底保障能源,其高效开采对我国能源安全极为关键。但我国70%以上的煤层为低渗煤层,瓦斯抽采难度大、时间长。瓦斯抽采率低导致的采掘失衡是遏制煤炭产能释放的首... 在未来相当长的历史时期内,我国仍然要坚持以煤为主的基本国情。煤炭作为兜底保障能源,其高效开采对我国能源安全极为关键。但我国70%以上的煤层为低渗煤层,瓦斯抽采难度大、时间长。瓦斯抽采率低导致的采掘失衡是遏制煤炭产能释放的首要因素。尤其是随着浅部资源的枯竭,深部资源复杂赋存环境将使这一问题更加凸显。因此对低渗煤层增透是实现瓦斯高效抽采、解决采掘失衡、提高煤炭产量的有效手段。水力冲孔、水射流割缝和水力压裂等水力化技术因其技术装备成熟、应用灵活,是目前使用范围最广、行之有效的增透技术。然而在松软煤层应用水力化技术时,钻孔易出现塌孔,导致抱钻、喷孔、瓦斯超限等问题。相较于水力化技术,无水化技术从源头上避免了水对煤体强度的软化。采用无水化技术增透松软煤层,能实现瓦斯通道长时间保持通畅,具备高效抽采能力,符合新质生产力的发展理念。因此,无水化技术是目前突破松软煤层瓦斯高效抽采技术瓶颈的可行性方法。无水化技术种类繁多,但均没有在工程中得到应用或推广。为寻求无水化技术在瓦斯抽采领域的发展方向,促进无水化技术发展,突破松软煤层瓦斯高效抽采技术瓶颈,系统梳理了机械刀具、可控冲击波及(磨料)空气射流等10种无水化增透技术,并将其归纳为3类:机械类增透技术、电磁波/机械波增透技术及气体相关增透技术。详细阐述了其技术原理、增透机制、优势及瓶颈,提出了无水化技术在松软煤层瓦斯抽采工程中发展的可行性建议。形成以下主要结论:无水化技术是以机械力、冲击力或热应力的作用形式破裂煤岩,形成卸压区域、裂隙网络,促进瓦斯解吸、渗流,提高瓦斯抽采率。受能量密度和力传递方式的制约,多数无水化技术相较于水力化技术的卸压范围小。这是遏制无水化技术工程应用的主要因素。此外,技术装备的成熟度,可操作性和适用性也是遏制其应用的重要因素。低压(磨料)空气射流在松软煤层应用中发现,在气体压力小于1 MPa条件下,扩孔半径仍可大于1 m,能够实现煤层大范围的均匀卸压。综合能量传递效率和技术装备成熟度,低压(磨料)空气射流在进一步完善安全保障技术的条件下,具有应用推广的潜力。 展开更多
关键词 松软煤层 无水化技术 卸压增透 瓦斯抽采 空气射流
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