- 张村;任赵鹏;王永鹏;廉永奇;李全生;李晓斌;
风积沙覆盖区煤矿开采地表下沉是基岩下沉和风积沙松散层响应流动的耦合破坏，风积沙赋存特性对地表变形具有显著影响.为了揭示神东矿区高强度开采扰动下风积沙松散层厚度对基岩-地表沉降传导的影响机制，本文结合现场实测、理论分析、数值模拟等方法研究了风积沙覆盖区基岩-地表沉降传导特征.基于风积沙、基岩的物理力学特性差异及其互馈作用构建了基岩-地表沉降传导模型，并利用弹性地基梁理论提出了充分采动条件下考虑基岩、风积沙松散层双介质的地表沉降预计公式.进一步提出了基岩-风积沙双介质的块体-颗粒离散元组合模拟方法，通过风积沙松散层模型底部应力与基岩顶部破坏形态的循环传导实现了基岩-地表动态耦合变形模拟，揭示了基岩-地表沉降传导特征，并阐述了不同风积沙厚度影响下地表沉降特征.实测结果表明：基岩顶部相对地表沉降量仅为75～126 mm,说明了主关键层导控作用下岩土体协同沉降传导特性；风积沙厚度由9 m增加至23 m时地表下沉系数相对减小了6.45%～26.58%.模拟结果进一步显示风积沙厚度由8 m增加至40 m时，地表相对基岩下沉减小量由6.41%上升至12.82%,表明风积沙厚度的增加减缓了基岩沉降的传导.此外，不同风积沙厚度模型开采前后风积沙孔隙率平均增加了0.085 3,使得基岩下沉空间在向上传导过程中耗散在风积沙空隙中.通过现场实测、数值模拟、理论预测的相互对比验证，说明了数值模拟方法和考虑基岩、风积沙松散层双介质的地表下沉预测理论模型的可靠性.研究成果揭示了薄风积沙松散层、厚基岩条件下基岩对地表的导控特性和风积沙松散层对地表变形的缓冲作用，为神东矿区同类型矿井地表变形预计和防治提供了科学支撑.
2025年05期 v.54;No.266 943-958页 [查看摘要][在线阅读][下载 4474K] [下载次数：147 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：10 ] - 卢志国;高富强;杨磊;李鹏杰;娄金福;李中伟;付玉凯;王晓卿;
深部矿井巷道处于高静载应力环境，与开采作业产生的强扰动相互叠加，导致冲击动力灾害频发.为探究深埋巷道动静载叠加诱冲机理，以针对性制定防冲措施，研制动静载叠加诱冲物理模拟试验系统，并配套研发石膏基低强度、高冲击性、易成形模型材料，再现动静组合加载下深埋巷道冲击破坏过程.动静载叠加诱冲物理模拟试验系统主体结构包括试验机框架、静载装置和动载装置，通过高静载应力均衡加载和动静载荷独立加载，还原深部矿井“高静载+动载扰动”复合应力环境；对所研发模型材料标准试样进行常规单轴压缩试验，材料强度约为6.54 MPa,破坏过程碎屑弹射现象剧烈，展现出较强冲击性，满足物理模型试验需求.针对试验操作过程与生产实践流程不一致、物理模型试验对工程实践还原度低等问题，物理模型制作过程中充分考虑模型尺寸、应力环境、支护材料及参数等方面的相似性，并设计了巷道冲击物理模拟标准化作业方法及实施流程.以某千米深井综放工作面巷道特征参数及生产条件为典型案例背景，开展深埋巷道动静叠加诱冲验证性模拟试验，试验系统成功监测并记录了循环反复冲击及不同支护条件下深埋巷道围岩变形和支护构件动态响应，验证了所研发试验系统、模型材料及流程方法的可靠性.该物理模拟试验系统可还原深部矿井巷道复杂静态应力环境，并可施加冲击扰动，对探究复杂应力环境下巷道变形破坏规律、动静叠加诱冲机理、各类技术手段防冲支护效果具有重要意义.
2025年05期 v.54;No.266 959-970页 [查看摘要][在线阅读][下载 1820K] [下载次数：121 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 李昊擂;刘怀东;刘长友;杨敬轩;陈振华;吴锋锋;
水力压裂是巷道围岩卸压的主要方法.针对巷道顶板压裂模拟收敛难度大，裂缝网络与巷道围岩应力演化作用机制尚不明晰问题，基于相场理论，通过在势能方程中引入初始能量项，并结合初始应力平衡技术，实现了巷道顶板水力压裂裂缝扩展与围岩卸压的有效反演.以损伤面积、损伤密度和分形维数为核心指标定量表征了巷道顶板裂缝网络的压裂范围、压裂程度和复杂程度，进而建立了顶板裂缝特征与围岩卸压效果的映射关系.研究结果表明：该模型与试验结果裂缝扩展轨迹具有高度一致性，对于水力压裂计算具有较高准确性.已压裂裂缝通过调控顶板应力场进而控制后续水力裂缝的扩展行为.在多裂缝协同作用下，裂缝尖端高应力削弱且向巷道围岩的传递路径受阻，从而在巷道围岩形成有效卸压区.巷道围岩卸压效果与损伤面积呈负相关，而与损伤密度和分形维数呈正相关.巷道围岩卸压效果随侧压系数从0.8增至1.6呈“先减小后增大”非线性演化规律，并在侧压系数为0.8时卸压效果最佳，在侧压系数为1.2时最差.为保证更好的巷道围岩卸压效果，可适当减小压裂间距并增大钻孔间夹角，以形成高密度和高复杂度的裂缝网络，研究成果可对压裂设计提供一定的工程指导.
2025年05期 v.54;No.266 971-983页 [查看摘要][在线阅读][下载 2701K] [下载次数：86 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] - 马衍坤;唐定邹;袁亮;刘晓斐;赵敖寒;黄勤豪;
为研究高瓦斯环境中含钻孔煤样的承载破坏特征，利用具有单面可视、气体密封功能的真三轴力学试验系统开展了5种瓦斯压力下含钻孔煤样承载破坏试验，直接观测获得了煤样破坏过程的图像信息，结合数字图像相关(DIC)和声发射监测技术，分析了承载过程钻孔动力破坏特征及煤样表面裂纹演化规律.结果表明：钻孔破坏过程会逐步出现颗粒弹射、煤体抛出和碎片剥落等3类典型的动力破坏现象，整个破坏过程呈现非连续的、剧烈的动力破坏特征，钻孔孔壁最先出现颗粒或碎片弹射现象，随后密集出现煤体抛出和碎片剥落现象，在破坏后期出现孔壁垮落的现象；瓦斯气体的存在弱化了破坏的剧烈程度，随着瓦斯压力的升高，钻孔破坏由剧烈的颗粒弹射(煤体抛出)逐渐向碎片剥落转变，在试验瓦斯压力范围内(0～1.2 MPa),颗粒(碎片)的平均弹射速度逐渐降低，由0.345 m/s下降至0.197 m/s,降幅约为42.9%;煤样表面裂纹的萌生与扩展与应力、应变、声发射信号的突变点较为吻合，据此可将煤样破坏过程划分为应变能积累、钻孔上方煤体破坏、钻孔下方煤体破坏和裂纹贯通4个阶段.在试验瓦斯压力范围内(0～1.2 MPa),应变能积累阶段时长随瓦斯压力的升高逐渐减少，由127 s减少至84 s,降幅约为33.6%,累计声发射能量和计数均与瓦斯压力呈负相关，分别下降了92.2%和98.5%;受剪切作用影响钻孔周围开始萌生裂纹，并在张拉剪切的复合作用下逐渐呈现拱形，随后裂纹受张拉作用影响逐渐增大，钻孔区域煤体呈现整体性失稳；煤样表面破坏裂纹呈现拱形形态，裂纹围成的拱形最大面积与瓦斯压力呈负相关，由748.27 cm~2减少为394.90 cm~2,降幅约为47.2%;煤样表面的应变局部化现象随着加载的进行逐渐加剧，应变场有效方差不断加速增长，在煤样表面形成了“X”形水平应变局部化带、“蝴蝶”形剪切应变局部化带和“条带”状垂直应变局部化带，对应最大拱形裂纹区域的剪切应变集中区面积与瓦斯压力呈负相关，由47.89 cm~2减少为27.90 cm~2,降幅约为41.7%.
2025年05期 v.54;No.266 984-1001页 [查看摘要][在线阅读][下载 3970K] [下载次数：462 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 赵鹏翔;卓日升;李树刚;孙学阳;林海飞;刘元嘉;常泽晨;杨俊生;张艺波;邵秋冬;
为探究倾斜巨厚煤层综放开采条件下覆岩裂隙场的分布特征和卸压瓦斯储运规律，同时研究瓦斯抽采方法的优选机制，以新疆某高瓦斯矿井为研究对象，开展了大型二维物理相似模拟试验.分析了采场覆岩的运动形态，得到了覆岩应力演化特征，计算了覆岩位移、角度和概率熵变特征，阐明了卸压瓦斯运储区“类冷却塔”形成机理，推演了瓦斯运储区发育形态，构建了瓦斯运储区数学理论控制模型，并以此提出卸压瓦斯分域抽采技术.研究结果表明：倾斜巨厚煤层综放开采条件下，卸压瓦斯运储区呈现“类冷却塔”分布特征，运储区煤壁侧前方的最大应力变化值为37 MPa,应力集中系数为7.60.覆岩碎胀系数呈“两翼高-中部低”的非对称分布特征，碎胀系数由1.19升高到1.61.此外采用PCAS图像分析软件得到空隙和裂隙的分布规律、空间关系，开切眼侧的裂隙结构发育程度明显比工作面侧的更为完全，并定义了分形维数1.28和裂隙长度15 mm为卸压瓦斯运储区的判定参数指标.考虑瓦斯在采空区的运移、扩散及储集形态，建立倾斜巨厚煤层卸压瓦斯运储区数学理论控制模型，并给出了卸压瓦斯运储区的各边界计算公式.指导设计高位定向长钻孔的布置参数，取得了良好的抽采效果.研究结果在新疆硫磺沟矿区得到初步应用，为倾斜巨厚煤层综放开采瓦斯高效抽采提供了理论参考，保障了类似条件下矿井安全高效的回采.
2025年05期 v.54;No.266 1002-1019页 [查看摘要][在线阅读][下载 3876K] [下载次数：38 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 刘鹏;陈楠;聂百胜;鲍广杰;赵政舵;李全贵;宋继斌;柳先锋;邓博知;李云;赵康;孙亮;刘伟;
针对松软强吸附煤层瓦斯抽采难题，本文采用大功率超声场“机械振动-空化-热”协同效应增渗促解瓦斯的创新思路，开展了超声场激励下煤体微观孔隙演化、宏观解吸扩散行为研究，研制了超声场增渗系统装置和井下长钻孔增渗实施工艺，进行了井下顺层/穿层钻孔超声场激励促抽工程试验.结果表明：超声场激励后余吾煤和新田煤的最大氮气吸附量由2.314 0和1.661 6 cm~3/g分别提升至3.542 4和3.694 4 cm~3/g,增幅分别为53.09%和122.34%;比表面积分别提升155.86%和659.90%,孔容分别增长66.67%和100.00%;微孔与中孔数量明显增加且孔隙结构有效连通，显著改善了煤基质内部的气体输运通道.瓦斯吸附/解吸试验结果表明：超声场激励后2种煤样的扩散系数分别由1.76×10~(-8),8.95×10~(-8) m~2/s提升至1.99×10~(-8),1.05×10~(-7) m~2/s,增幅达13.00%和17.32%;超声场激励对于孔隙气压具有敏感性，在低孔隙压力阶段强化解吸效果更为显著.为适应井下松软强吸附煤层增渗需求，研制了18 kW大功率超声场增渗系统，开发了小直径长钻孔内水压协同超声分段增渗技术工艺.井下松软强吸附煤层超声增渗工程试验结果表明：余吾煤矿顺层钻孔经超声场激励后，30 d内瓦斯浓度提升101.82%～119.90%,流量增长29.37%～136.72%,促抽影响半径达14 m;在余吾矿水力造穴煤层进行超声场增渗后瓦斯浓度提升5.14%～55.91%;新田煤矿穿层钻孔经超声增渗后，瓦斯浓度与流量分别提高58.35%～96.36%和49.80%～54.57%,有效促抽半径超过12 m,有效促抽时间超过60 d.本研究结合了微观、宏观及工程多尺度研究，阐明了超声场改性微观孔隙增渗促解瓦斯机制，揭示了孔隙水对超声扩孔增渗的强化效应，证实了超声场在松软强吸附煤层强化抽采中的良好效果，为松软强吸附煤层瓦斯促抽提供了重要支撑.
2025年05期 v.54;No.266 1020-1036页 [查看摘要][在线阅读][下载 4571K] [下载次数：90 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 刘操;杨硕;魏建平;
深部煤层注CO_2地质封存及强化煤层气开采是能源行业节能减排最主要途径之一，然而，煤层是非均质多孔介质，具有纳米到厘米级的孔径尺度分布，CO_2、CH_4和H_2O等流体多相共存于煤岩多尺度孔网，将形成大小迥异的毛细压力，进而影响注入CO_2驱替置换和渗流传质，强烈毛细作用下的关键问题就是：“注入CO_2究竟能够进入哪些尺度孔网空间驱替置换原位流体而地质封存呢?”.鉴于此，首先建立煤层注CO_2多尺度孔隙入侵渗流动力学模型；其次以真实煤样上的90条微纳米级交叉孔网为例，对CO_2注入驱替和停注封存两个连续流动过程进行了定量研究.结果表明：煤层环境CO_2、CH_4和H_2O等流体因不混溶产生不混溶相界面毛细阻力，注入CO_2总是选择阻力最小孔隙路径驱替置换和渗流前行，造成CO_2只会进入那些尺度大阻力小的孔裂隙空间.煤层注CO_2渗流过程本质是驱替压差ΔP与孔隙不混溶界面毛细压力之间的竞争，驱替压差越大，能够进入的孔隙就越小，封存CO_2的有效空间就越大.注入CO_2运移过程并不遵循普遍认同的达西渗流，而是呈现出多个阶段性流动特征：注入初期，CO_2只能进入润湿性孔隙与CH_4竞争性吸附解吸；注入中期，CO_2在非润湿孔隙遵守入侵渗流运动，在润湿性孔隙或孔隙交叉节点符合海恩斯跳跃不稳定流动；注入后期，CO_2突破煤层孔裂隙网络形成连续流动路径，才按照达西渗流运动；停止注入CO_2后，煤层水等润湿流体自发渗吸，将已注入CO_2截断和关闭为结构封存和残余封存两部分.本研究对于揭示煤与瓦斯突出、页岩和煤等多孔介质储层CO_2注不进、负压瓦斯抽采效率低等工程现象背后的本质具有重要的启示意义.
2025年05期 v.54;No.266 1037-1052页 [查看摘要][在线阅读][下载 8168K] [下载次数：63 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 周斌;杨兆龙;李树刚;许江;程亮;林海飞;双海清;胡彪;
为进一步揭示煤层地应力对巷道内煤-瓦斯突出两相流致灾作用的影响机制，开展了不同地应力下的突出物理模拟试验，分析了突出过程中两相流的冲击动力、运动及煤粉堆积-分选等致灾特征.结果表明：冲击力脉冲频次随距突出口距离增大呈现递减的趋势；近突破口区域峰值冲击力与地应力呈正相关，随距突破口距离增加峰值冲击力衰减速率加快，且衰减速率在高地应力时显著降低；冲击动力致灾区域在巷道内呈非连续分布特征，主要集中于巷道中前部，在突出600～2 000 ms时致灾风险最大；巷道内冲击动力致灾危害性随地应力增大呈先增后减趋势，高地应力时显著降低，表明地应力增大到一定程度后会产生一种两相流冲击动力致灾的抑制机制；突出冲击波速度为330～400 m/s,约为煤粉流速度的10～15倍；突出过程中，近突出口区域煤粉质量浓度变化速率最快，且地应力越大煤粉质量浓度越大；随着地应力增大，突出后煤粉质量及中小粒径占比增大，地应力增大既增强突出强度又加剧煤粉破碎；破碎功峰值随地应力增大沿巷道向后迁移且幅值呈增大趋势，煤粉堆积与破碎能量主要富集于巷道中部.
2025年05期 v.54;No.266 1053-1065+1111页 [查看摘要][在线阅读][下载 3397K] [下载次数：159 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：5 ] - 王志明;李振华;孙志东;孙玉宁;程健维;王猛;张硕;司磊磊;赵耀耀;
裂隙注浆封堵是降低抽采钻孔漏气与提高瓦斯浓度的关键途径，而“含气”性则是煤层瓦斯抽采钻孔围岩裂隙的普遍属性.为探明含气裂隙浆液扩散特征及封堵机理，首先开展单一含气裂隙注浆扩散试验，明确浆液锋面扩散及注浆压力响应特征；然后，基于裂隙注浆扩散数学模型，研究含气裂隙浆液锋面及浆液压力分布，阐明浆液(液)-气体(气)耦合效应；最后，根据注浆前后含气煤体裂隙分布，结合数值模拟明确浆液在煤体裂隙中的运移规律，揭示液-气耦合下煤体裂隙的注浆封堵机理.研究结果表明：含气裂隙浆液扩散锋面呈现为明显的“U”型并随着浆液迁移而趋平缓，锋面圆弧角度随裂隙气压而降低，随裂隙开度、浆液黏度及注浆速率的升高而增大；气压对注浆压力的影响相较于浆液黏度、裂隙开度与注浆速率更为显著.负气压环境有利于提高裂隙中部浆液的扩散速度但会减缓裂隙壁附近浆液的速度，进而增大浆液锋面圆弧角；裂隙中液-气体系压力在液-气界面处突降，液-气耦合效应随浆液迁移及裂隙开度增大而减弱，但随气压绝对值、浆液黏度和注浆速率增大而愈发显著.注浆后含气煤体大开度裂隙显著减少或消失，一些大开度裂隙内的部分空间被浆液充填进而转变为较小开度的裂隙，造成小开度裂隙比例增加；负压环境有利于浆液流入小开度裂隙，而正气压则会阻止浆液进入分支小开度裂隙.研究成果丰富了含气裂隙注浆封堵理论，对井下抽采钻孔围岩裂隙高效注浆封堵具有一定指导意义.
2025年05期 v.54;No.266 1066-1081页 [查看摘要][在线阅读][下载 3247K] [下载次数：260 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 蔡承政;翟成;王博;孙伟福;迟焕鹏;刘厅;朱正超;王宇;
甲烷原位燃爆压裂技术通过引燃储层解吸甲烷与助燃剂的混合气体产生高温高压冲击波，从而形成复杂裂缝网络.为揭示甲烷原位燃爆压裂井筒非均匀混合燃爆特性，基于预充式助燃剂投放方法，耦合Arrhenius动力学方程与涡耗散方程，建立了密闭井筒甲烷非均匀燃爆三维模型，研究了井筒燃爆压力特征，分析了井筒压力、温度、甲烷体积分数和点火方式对燃爆压力的影响规律.结果表明：预充式投放导致井筒内形成特征鲜明的甲烷体积分数分区，以投放工具为中心，两侧对称分布着低体积分数弱燃爆区(5%～14%)、强燃爆区(15%～55%)及高体积分数弱燃爆区(55%～92%).相较于均匀燃爆工况，非均匀混合条件下井筒底部峰值压力显著提升，同时密闭井段上端峰值压力降低12%～15%,形成更优的压裂安全窗口.参数敏感性研究表明，初始压力从5 MPa增至15 MPa时，燃爆峰值压力提升39.3 MPa,但增压速率随压力升高呈衰减趋势；当初始压力保持不变时，环境温度每升高40 K,峰值压力衰减幅度达10.4%;非均匀混合使甲烷燃爆最佳体积分数从33.3%降至26.8%,显著降低了对混合比例的敏感性要求；采用高温点火方式可使井筒上部峰值压力提升30%,并有效消除了电火花点火时的滞燃现象.研究结果揭示了非均匀混合条件下的燃爆增强效应，可为现场应用提供理论参考.
2025年05期 v.54;No.266 1082-1095页 [查看摘要][在线阅读][下载 2487K] [下载次数：62 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 王卓颖;南华;王帅;
为了研究节理几何特征对液态CO_2爆破效果的影响，基于液态CO_2爆破应力波的传播特征，构建了不同节理几何特征条件下CO_2爆破应力波入射模型，结合LS-DYNA软件及分形维数，分析了节理长度、宽度、倾角、弧度、距炮孔间距对液态CO_2爆破效果的影响规律.结果表明：节理对液态CO_2爆破应力波具有明显的阻滞作用，阻滞系数一般在0.2～0.8之间，节理几何特征对阻滞系数波动性的影响程度由大到小依次为：节理间距L,节理倾角θ,节理宽度d,节理弧度μ,节理长度l.节理岩体液态CO_2爆破后的岩体损伤可分为破碎区、爆破裂纹2部分，其中，破碎区主要位于炮孔与节理之间，爆破裂纹主要位于炮孔周边及节理端部.通过分形维数表征节理岩体的损伤情况，发现节理几何特征对液态CO_2爆破岩体损伤情况的影响程度由大到小依次为：节理宽度d,节理长度l,节理间距L,节理倾角θ,节理弧度μ,结合回归分析及线性拟合建立了相应的损伤预测模型.研究成果在洛阳嵩县某金矿进行了试验验证，在减小施工量的同时有效提升了节理岩体的爆破效果，促进了液态CO_2爆破技术的推广应用.
2025年05期 v.54;No.266 1096-1111页 [查看摘要][在线阅读][下载 2744K] [下载次数：49 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 栾英成;鹿伟;梁丙臣;吴怡林;蔚立元;孙中华;王昆;
为解决挤压性软岩地层隧道掘进机(TBM)施工过程中的软岩大变形灾害治理难题，改善TBM施工工艺对重大工程灾害的适应性，引入隧道方钢管混凝土拱架高强支护技术.设计不同构造措施的拱架法兰连接节点，对比不同构造法兰节点的强度、刚度与极限变形能力；进行方钢管混凝土拱架-混凝土喷层组合结构力学加载试验，明确了拱架间距影响下组合结构的极限强度与破坏形态；开展不同空间约束条件下多榀拱架组合结构的特征值屈曲分析，阐明了空间连接状态对拱架空间失稳临界强度的影响机制；进行方钢管混凝土拱架施工现场试验，验证了设计方案对隧洞软岩大变形控制效果.研究结果表明：贯通式节点屈服强度和极限强度为非贯通式节点的1.41和1.55倍，极限变形能力为3.35倍；组合支护结构峰值荷载随拱架间距增大呈降低趋势；拱架五阶模态均为平面外失稳，拱架纵向连接范围与密度对空间稳定性具有显著影响；现场监测结果可知，H200型钢拱架与方钢混凝土拱架最大应力分别为400和150 MPa,方钢管混凝土拱架具有更高的强度储备与更好的围岩变形控制效果，为挤压性软岩地层TBM掘进隧道软岩大变形灾害治理提供理论与数据支撑.
2025年05期 v.54;No.266 1112-1122页 [查看摘要][在线阅读][下载 3056K] [下载次数：21 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 李超;张立宽;罗晓容;林会喜;张仲培;齐育楷;卞昌蓉;赵益达;
深埋过程中黏土矿物转化与微观结构、岩石物性和地层压力等密切相关，是泥岩压实研究的重点.本文选择准噶尔盆地腹部地区深层中生界泥岩为研究对象，在矿物组分测试的基础上，探讨黏土矿物转化规律及其对泥岩压实过程和测井响应的影响.结果表明：准噶尔盆地腹部地区中生界泥岩黏土矿物主要由伊蒙混层和伊利石组成，含有少量高岭石和绿泥石，不含离散的蒙脱石.中生界泥岩在深度4 000～4 800 m、温度90～105℃窗口内经历了明显的黏土矿物转化，伊蒙混层中的蒙脱石快速转化为伊利石，混层比降低，混层构型从R_0型转变为R_3型.根据黏土矿物转化程度将泥岩压实过程划分为3个阶段，并且发现不同压实阶段减孔机制有所差异.中浅层机械压实阶段以有效应力减孔为主，而黏土矿物转化和有效应力增大共同加剧了深层孔隙损失.黏土矿物转化导致泥岩孔隙度降低和密度增大，在一定程度改变了不同测井对于压实过程的响应，影响了压实阶段及超压成因的准确识别.基于不同压实阶段正常压实趋势线改进的声波时差-密度交会图版可有效区分深层泥岩的压实阶段，并能够准确识别超压成因机制.本研究有助于深化泥岩压实理论，同时对深层地层压力预测具有重要指导价值.
2025年05期 v.54;No.266 1123-1136页 [查看摘要][在线阅读][下载 2108K] [下载次数：22 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 张志军;李贞庆;汤迪;商秀琳;
为了明晰煤转化为金刚石的微观过程，促进煤炭资源的清洁高效利用，采用反应力场分子动力学(ReaxFF MD)研究了煤中杂原子脱除、金刚石形核和金刚石生长的过程.结果表明：温度越高，煤热解产生的无机气体和有机气体的数目越多.温度为4 000 K时，3次脱除杂原子产物后长焰煤中碳元素含量为98.54%,无烟煤中碳元素含量为98.83%.在金刚石形核阶段，煤的金刚石形核最低压力(p_(min))与温度呈负相关，与升压速率呈正相关；长焰煤的p_(min)高于无烟煤，且二者形成的金刚石核均为六方金刚石.在金刚石生长阶段，煤的金刚石转化率随压力增加而升高，提高反应温度和降低升压速率能够有效提高金刚石转化率.温度为4 000 K时，以0.05 GPa/ps的升压速率将压力升至80.00 GPa时，长焰煤的金刚石转化率为46.97%,无烟煤的金刚石转化率为45.77%.温度为4 000 K,以0.1 GPa/ps的升压速率将压力升至80.00 GPa时，延长恒温恒压时间对长焰煤的金刚石转化率提升作用更强；经过恒温恒压350 ps,长焰煤的金刚石转化率由29.68%提升至53.65%,无烟煤的金刚石转化率由21.32%提升至31.27%.煤形成金刚石核后将进入金刚石生长阶段的过渡期，在此期间2种煤的金刚石转化率随压力升高变化缓慢.在煤经高温高压转化为金刚石的过程中，金刚石结构与非金刚石结构发生相互转化，同时也存在立方金刚石和六方金刚石结构的相互转化.
2025年05期 v.54;No.266 1137-1151页 [查看摘要][在线阅读][下载 2054K] [下载次数：95 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 康长科;崔宝玉;沈岩柏;刘文刚;高淑玲;赵强;杜浩宇;
本研究围绕不同离子型聚丙烯酰胺(PAM)对-30μm超细赤铁矿颗粒絮凝沉降行为的调控作用，构建了“界面吸附-絮团结构-沉降性能”跨尺度响应模型，系统揭示了分子级吸附特性对宏观沉降性能的跨尺度影响机制.选取非离子型(NPAM)、阴离子型(APAM)、阳离子型(CPAM)和两性离子型(AmPAM)4种PAM类型，分别通过Zeta电位与吸附密度测试、傅里叶变换红外光谱(FTIR)与X射线光电子能谱(XPS)表征、分子动力学模拟和扩展DLVO理论计算，分析其在吸附密度、吸附能及氢键形成等界面行为方面的差异.结果表明：APAM分子链伸展性强，界面结合最稳定，吸附能最低、氢键最多.进一步结合聚焦光束反射测量技术(FBRM)动态检测、扫描电子显微镜(SEM)形貌观察、分形维数与孔隙率分析，发现APAM体系形成的絮团平均弦长达519.5μm,分形维数为1.82,孔隙率仅为38.9%,结构致密性最优.在沉降阶段，APAM体系絮凝反应时间仅为1.01 s,上清液浊度为331 NTU,絮团浓度达51.9%,沉降性能显著优于其他体系.研究从分子、介观到宏观尺度定量阐明了PAM离子结构对赤铁矿絮凝过程的协同调控机制，为细粒矿浆絮凝剂的高效筛选与工艺优化提供了理论支撑.
2025年05期 v.54;No.266 1152-1166页 [查看摘要][在线阅读][下载 4123K] [下载次数：160 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 李琳;杨北记;李志昊;王晓茹;孙倩云;由晓芳;
溶胀是能够改善煤性质、提升煤使用效率的方法，近年来离子液体作为溶胀试剂被用于煤炭溶胀.尽管普通离子液体作为溶胀试剂稳定性强且对环境友好，但由于极性较低，对煤溶胀效果较差，而卤素离子液体凭借卤素原子高极性的特点具有较强的极性.因此选用不同卤素离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([Bmim]Cl)、1-丁基-3-甲基咪唑溴盐([Bmim]Br)、1-丁基-3-甲基咪唑碘盐([Bmim]I)对长焰煤进行溶胀，以探索卤素离子液体对煤结构性能的影响.结果表明：溶胀效果有[Bmim]Cl>[Bmim]Br>[Bmim]I的规律，其中[Bmim]Cl溶胀煤样在25℃下处理36 h的溶胀度提升最大，为25.07%.且溶胀使煤样结构发生改变，煤样芳香片层间距明显增加，表面小分子碎片明显增多；氧元素质量分数降低，最高降低了3.63%.溶胀样品失重率增加，热解温度向低温区域移动.模拟结果表明：卤素离子液体使含氧官能团形成的氢键普遍发生弱化，强氢键转变为弱氢键，部分氢键甚至发生断裂.研究结果为提高煤炭热解、液化效率，促进煤炭资源的高价值利用提供了理论基础.
2025年05期 v.54;No.266 1167-1180页 [查看摘要][在线阅读][下载 2074K] [下载次数：53 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] 下载本期数据