- 赵光明;王艳芬;艾洁;程详;李英明;孟祥瑞;顾清恒;
水泥注浆材料是注浆技术的关键环节，由于结石体强度高、价格低廉、材料来源丰富且无毒，在煤炭行业巷道围岩加固、软岩矿井、矿山充填、堵水防渗及防突水工程等领域发挥关键作用.采用一定工艺技术或掺入合适外加剂，是改善水泥浆液性能、提高结石体力学特性并获得高性能、多功能和绿色环保注浆材料的有效途径.本文提出了矿用注浆材料体系框架，包括注浆理论、注浆材料、注浆设备、注浆工艺及工程应用；综述了近年来矿用水泥基注浆材料的研究成果，包括超细水泥基注浆材料、粉煤灰-水泥注浆材料、水泥-水玻璃注浆材料和其他类水泥基注浆材料，如聚氨酯-水泥、氧化石墨烯-水泥、纳米材料-水泥、活化煤矸石/矿渣-水泥、纤维-水泥基材料，归纳了不同矿用水泥基浆液的优点、缺点及工程应用条件；介绍了矿用水泥基注浆材料在煤矿围岩加固、矿山充填、堵水防渗及钻孔封堵领域的工程应用，并展望了矿用水泥基注浆材料的发展趋势，为我国煤矿注浆材料的研发指明方向.
2024年01期 v.53;No.256 1-22页 [查看摘要][在线阅读][下载 2985K] [下载次数：2918 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：55 ] |[阅读次数：14 ] - 孙健东;张瑞新;白润才;李慧智;刘光;孙效玉;王忠鑫;赵奎;陈结;
从信息论、系统论、控制论角度，对智能化露天矿的概念与定义进行了阐述，提出智能化露天矿的核心在于基于信息技术获取量化数据的规律，并据此做出科学决策、进而对大系统进行精准的控制.针对传统的露天矿信息化建设工作中“信息化、数字化、自动化、智能化”等关键术语给出了定义，对其逻辑关系进行了剖析.提出露天矿“数字化、自动化、智能化”同步建设原则，归纳了各阶段主要建设内容.提出智能化露天矿建设应采取“应用一代、布局一代、探索一代”的发展战略，当前矿山企业在整体投入比重上，要确保“应用一代>布局一代>探索一代”.
2024年01期 v.53;No.256 23-33页 [查看摘要][在线阅读][下载 409K] [下载次数：623 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：14 ] |[阅读次数：1 ] - 范钢伟;骆韬;张东升;张世忠;范张磊;
弱胶结岩石遇水发生强度劣化是我国西部地区煤矿开采过程中矿压显现异常、顶板事故频发的重要原因.以我国新疆哈密地区弱胶结粉砂岩和地下水赋存环境为工程背景，通过SEM电镜扫描结合数字图像处理技术，研究了不同pH值碱性溶液、不同浸泡时间对弱胶结粉砂岩微观结构和孔隙分形维数的影响规律，确定了孔隙分形维数、孔隙率与单轴抗压强度、抗拉强度之间的函数关系，建立了碱水侵蚀条件下弱胶结粉砂岩劣化非线性动力学模型.研究结果表明：1)浸泡溶液碱性越强，弱胶结粉砂岩矿物颗粒形态越趋于圆润，且颗粒间接触形式变得疏松多孔；浸泡初期孔隙率与孔隙分形维数增幅相对较大而后期趋缓.2)碱水侵蚀作用下孔隙结构复杂程度及分布形态对力学强度影响显著，弱胶结粉砂岩单轴抗压强度、抗拉强度与孔隙分形维数、孔隙率之间均具有较强的负线性相关关系；单轴抗压强度、抗拉强度与孔隙分形维数的相关性大于孔隙率；碱水侵蚀降低了弱胶结粉砂岩的脆性.3)选取孔隙分形维数、孔隙率和单轴抗压强度为描述水化学反应系统的变量，以相应参量的时间序列值为非线性动力学方程的特解，通过反演建立了碱水化学作用弱胶结粉砂岩劣化的非线性动力学模型；采用建立的模型计算的孔隙分形维数值、孔隙率和单轴抗压强度与试验值的误差范围分别为2.37%～2.64%,2.38%～4.57%,3.48%～8.12%,可用于弱胶结岩石碱水侵蚀不同时间后孔隙分形维数、孔隙率以及单轴抗压强度等参数的预测评估.
2024年01期 v.53;No.256 34-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 972K] [下载次数：690 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：9 ] |[阅读次数：1 ] - 吴祥业;王婧雅;郭晓菲;王二雨;曹健;庞政;
重复采动巷道围岩破坏问题一直是矿业学科研究的中心问题，其研究关键在于2种应力叠加影响前后巷道围岩塑性区形态间关系.为研究巷道围岩塑性区叠加扩展形态问题，综合运用数值模拟试验及理论分析的方法，研究不同形态塑性区叠加扩展规律及形态扩展机理，提出叠加塑性区形态量化判别准则，建立以叠加塑性区形态扩展规律及判别准则为依据的叠加塑性区判别方法流程.结果表明：1)巷道围岩叠加塑性区可看作一次塑性区与二次塑性区形态的叠加；当二次塑性区呈蝶形时，蝶叶位置扩展存在不稳定性.2)揭示叠加塑性区形态扩展机理：一次偏应力产生的前态塑性区存在不可逆性，叠加二次应力后产生的后态塑性区是在已破坏围岩基础上的再破坏形式，叠加前后偏应力大小决定后态塑性区形态；不同主应力角度叠加塑性区扩展偏转位置取决于主应力偏转角.3)提出围岩叠加塑性区形态量化判别公式及判定准则，通过叠加塑性区形态系数量化判别叠加塑性区形态.4)建立叠加塑性区形态量化判别方法流程，并通过采场模型及平面模型联合分析，完善重复采动前后围岩塑性区形成扩展过程，为重复采动巷道围岩稳定性控制提供更加准确的理论依据，并通过工程实例对该方法可靠性进行验证.
2024年01期 v.53;No.256 46-58+105页 [查看摘要][在线阅读][下载 1597K] [下载次数：913 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：16 ] |[阅读次数：1 ] - 王刚;陈昊;陈雪畅;杨宝东;
煤层注水过程中会发生水沿着煤体原生孔裂隙滤失现象，影响注水现场施工效果.为进一步从微观层面探讨煤体裂隙变开度对其渗透特性的影响，结合CT三维重构技术构建6种不同开度的裂隙模型，分析裂隙体积、形状因子等结构参数以及煤体渗透率与裂隙开度的关系.基于Navier-Stokes方程开展变开度裂隙的渗流模拟研究.研究结果表明：形状因子随着裂隙开度变化逐渐减小，这表示随着开度增加，三维裂隙模型趋近于标准球体，空间形态更加简单，更有利于渗流的持续进行；沿渗流方向裂隙压力逐渐降低，水流速度逐渐增加，其中截面整体的速度分布密度保持不变，平均渗流速度随开度增加呈现增大趋势；渗透率与裂隙开度之间呈非线性关系，裂隙开度在60μm以下时，渗透率随裂隙开度增速缓慢，此时裂隙粗糙度对整体渗流的阻碍作用较强，裂隙开度在60μm以上时，渗透率随着裂隙开度的增加迅速提高，也会导致部分区域发生回流、涡流现象，最终裂隙空间将对渗流起主导作用.
2024年01期 v.53;No.256 59-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 1176K] [下载次数：1345 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：11 ] |[阅读次数：1 ] - 王磊;张睿;赵阳升;杨栋;孟巧荣;张红鸽;康志勤;
为了探明高温蒸汽原位压裂油页岩的过程与机理，评价高温蒸汽沿着压裂裂缝热解矿层过程中温压时空演变规律，以大尺寸(米级)油页岩作为研究对象，采用实验室物理模拟的方法研究了在地应力约束下油页岩储层在高温蒸汽持续作用下表现的宏观压裂-渗流-传热特性.试验结果显示：高温蒸汽压裂需要克服地层应力和热应力叠加的约束作用，起裂压力值高，可达地应力的2倍；油页岩顶底板致密低渗，可以对压裂矿层起到较好的保温和隔热作用，热解区域完全靠蒸汽的流动规律控制；高温蒸汽沿着压裂裂缝热解矿层过程中，蒸汽压力(最大0.97 MPa)要远低于地层应力(3.82 MPa),当蒸汽沟通注热井和生产井时，二者的压力表现出协同一致的变化特征.在低地应力油页岩原位注热开采过程中，可以采用高温蒸汽压裂技术，压裂后矿层渗流通道良好，在矿层中注入较低压力的蒸汽便可实现大范围热解，通过注热井和生产井的轮换和调控，可以快速控制热解区域的走向.
2024年01期 v.53;No.256 68-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 1706K] [下载次数：490 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：10 ] |[阅读次数：1 ] - 辛亚军;杨俊鹏;褚尉荃;张东营;高忠国;任金武;董红娟;
不同pH值水溶液浸润煤体受应力集中扰动后强度、变形与裂隙发展复杂.文中分析了不同pH值水溶液浸润煤样裂隙扩展特征，建立了基于破坏应力比浸润煤样分形维数求解模型与分形维数-抗拉强度回归方程，分析了不同pH值水溶液浸润煤样循环加载不同应力比下应力-应变特征与梯度加载破裂失稳机制，对比了分形维数-抗拉强度理论模型、线性回归与二值处理吻合性，预测了浸润煤样破坏瞬间分形维数.结果表明：分形维数可以刻画浸润煤样力学行为，建立了基于尺度比、应力比的抗拉煤(岩)样表面分形维数求解方程，推导出了分形维数-抗拉强度回归模型；无浸润煤样循环加载均值抗拉强度、峰值应变相比单轴无循环分别提升了1.13与1.36倍，不同pH值水溶液浸润煤样加载循环次数(抗拉强度)由多(高)到少(低)表现为pH=7>pH=11>pH=3;应力水平梯度越多，同级应力水平梯级应变增量越小，无浸润煤样抗拉强度是pH=7、pH=11与pH=3水溶液浸润煤样的1.26,1.32与1.85倍，抗拉强度与峰值应变特征均表现为无浸润、中性、碱性、酸性依次减小；煤样破坏形态表现为单一主控面拉伸劈裂失稳、多面无序拉剪失稳与近“X”型(或单斜)主控面斜剪失稳；理论计算、线性回归、二值处理的分形维数-抗拉强度曲线均呈微凹型且较为吻合，相关性均值达到了0.975 8,0.958 0,0.992 0,浸润煤样破坏瞬间分形维数预测理想.
2024年01期 v.53;No.256 79-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 1204K] [下载次数：318 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：6 ] |[阅读次数：1 ] - 朱传奇;谢广祥;王磊;
为基于裂隙演化特征表征煤体破坏状态，针对原煤试样，采用CT扫描技术开展常规三轴压缩条件下煤体断面裂隙演化观测试验，重构内部三维裂隙可视化模型，分析裂隙分布形态与特征参数变化规律，基于裂隙面积定义断面(煤体)破坏状态表征指标T_i(T),并检验指标的准确性和合理性.研究结果表明：随煤体轴向应变的增加，含初始裂隙断面裂隙面积和分形维数均先减小后增大，而无初始裂隙断面裂隙面积和分形维数均先不变后增大.煤体失稳破坏过程中，T_i呈现出先减小(或不变)后增大的变化趋势，且与传统损伤变量相比，变化幅度更大，更能准确量化煤体断面破坏程度.随煤体轴向应变的增加，T表现出先减小后增大的基本规律，与煤体三维裂隙体积变化具有高吻合性.
2024年01期 v.53;No.256 93-105页 [查看摘要][在线阅读][下载 1585K] [下载次数：1281 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：10 ] |[阅读次数：1 ] - 李征启;陈旭光;魏佳康;栾鲁宝;刘茜茜;王立振;金帅;
深海赋藏有丰富的矿产资源，金属锰结核的开采与利用可有效解决陆地资源匮乏的问题，因而受到世界多国的广泛关注.康达效应式水射流作为主流多金属开采方式之一，其与深海稀软底质的耦合机理尚未明晰，严重影响采集头性能优化.本文基于数值模拟和物理模型试验探究该采集方式下喷嘴高度、射流流速、导流板曲率三因素对破土水力强度的影响规律及冲蚀坑型变化规律，明晰康达效应水力集矿对深海土的冲蚀特性，进而得到试验范围内破土水力强度最优时所对应的射流参数组合.试验结果表明：冲蚀坑整体呈现椭圆状，且总体位置偏射流区域中心靠左侧；剖面轮廓为“U”形；坑底土体呈不规则凸起或凹进.喷嘴高度对破土水力强度的影响规律呈先增高后降低的趋势，射流流速与破土水力强度呈正相关，而导流板曲率对破土水力强度呈负相关.本文试验范围内，破土水力强度最高时所对应的射流参数组合为射流速度5.31 m/s、喷嘴高度60 mm、导流板曲率0.010 mm~(-1).以上研究可为揭示射流破土机理及矿石剥离机理提供理论参考.
2024年01期 v.53;No.256 106-115+131页 [查看摘要][在线阅读][下载 1320K] [下载次数：381 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：1 ] - 徐吉钊;徐鹤翔;翟成;丁熊;桑树勋;李全贵;孙勇;余旭;丛钰洲;郑仰峰;唐伟;牛积战;耿进军;
为了确定煤岩表面弛豫率ρ值来量化其弛豫特性与孔径分布的对应关系，聚焦井下海量打钻工序所产生的煤屑颗粒，提出了基于颗粒堆积法的煤体ρ值计算方法，构建了球形煤屑基质-球形总孔隙结构的计算模型，选择平煤股份二矿己15和己17煤层煤样进行模型验证.结果表明：不同粒径煤屑堆积样品的弛豫谱图呈近似的三峰形态，同一煤样不同粒径饱水煤屑堆积体可表现出不同的弛豫响应行为，弛豫时间T_2的几何平均值T_(2m)和核磁孔隙率φ_(NMR)值分布的差异性主要受水赋存特征、煤屑润湿性及堆积方式等多种因素的影响.通过线性拟合横向弛豫总弛豫率T_2~(-1)和有效孔隙指标与煤粒有效长度之比φ_g/w_(grain)及其95%置信区间分布，证实了直接采用恒定ρ值计算煤岩孔隙结构的不合理性.不同形状煤屑基质-总孔隙结构的计算模型获得的ρ值范围不同，表明不同形状煤屑间的流体扩散路径和接触特征不同，易引起煤屑堆积体的弛豫行为不同.未考虑煤屑间的体积流体效应而忽略T_(2b)影响，易造成ρ值偏大.
2024年01期 v.53;No.256 116-131页 [查看摘要][在线阅读][下载 1562K] [下载次数：402 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：1 ] - 张洋凯;卢义玉;汤积仁;李倩;凌远非;龙海洋;
射流尖端产生的水锤效应有助于硬岩的高效破碎.为进一步明确增压式脉冲水射流初始脉冲(射流尖端)特性，基于超高速成像系统，开展增压式脉冲水射流流场信息采集试验，并以晕轮为标记点，对射流多脉冲尖端的瞬时速度和穿透距离进行定量表征.结果表明：增压式脉冲水射流在单周期传播过程中孕育多重脉冲特征，多脉冲通过追逐-逼近及覆盖动态竞争成为初始脉冲，初始脉冲最大速度发生于第2脉冲之中.同时，多脉冲动态竞争导致射流存在“双峰”水锤优靶点，随着预定冲蚀靶距的增加，初始脉冲峰值速度发生位置由第1脉冲迁移至第2脉冲，这即意味着水锤优靶点由近喷嘴第1靶点迁移至远喷嘴第2靶点.研究结果为进一步利用增压式脉冲水射流初始脉冲提供依据和参考.
2024年01期 v.53;No.256 132-140页 [查看摘要][在线阅读][下载 901K] [下载次数：373 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：11 ] |[阅读次数：1 ] - 贺小标;罗群;李鑫;李映艳;邓远;邱兆轩;韦波;
岩相对优质储层及有利含油区的分布起着决定性作用，为查明吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组页岩油储层不同岩相或岩相组合的储集特征和影响机制，综合运用全岩矿物X射线衍射分析(XRD)、总有机碳含量测定(TOC)、岩石薄片鉴定、镜质组反射率(R_o)、场发射扫描电镜、低场核磁共振、高压压汞实验、低温氮气吸附实验以及物性分析等手段，研究了芦草沟组不同岩相孔隙差异特征及影响机制.结果表明：研究区主要发育的岩相包括高碳块状粉砂质砂屑云岩(HK-Ⅱ_1)、高碳纹层状粉砂质泥页岩(HW-Ⅰ_2)、富碳块状粉砂质砂屑云岩(RK-Ⅱ_1)、富碳块状泥质粉砂岩(RK-Ⅲ_2).页岩有机质生烃伴生的有机酸、碳酸溶蚀作用显著，催生了粒间孔、粒内孔和溶蚀缝的规模发育.不同页岩岩相的孔隙结构大小以及孔隙结构复杂程度存在明显差异.沉积环境和成岩作用相互之间的耦合、匹配关系是导致孔隙差异化发育的关键.
2024年01期 v.53;No.256 141-157+210页 [查看摘要][在线阅读][下载 3184K] [下载次数：990 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：1 ] - 李向东;魏泽昳;陈海燕;
中、晚奥陶世是鄂尔多斯盆地西缘由被动大陆边缘向主动大陆边缘转换时期，发育各种深水重力流和牵引流沉积.浊积砂岩大地构造环境判别指标总体上显示为介于被动、活动大陆边缘和大陆岛弧之间的性质，反映出该时期大地构造环境的非典型性；同时深水牵引流沉积构造多发育在高钙质含量的岩石中.本文针对上述2个问题，选取桌子山地区上奥陶统具有阻塞浊流沉积的拉什仲组为研究对象，采用沉积学和沉积地球化学相结合的方法开展研究.结果表明：拉什仲组砂岩和黏土岩普遍存在高CaO和低Na_2O的特征，砂岩的CaO和Al_2O_3含量约是黏土岩的2倍和0.5倍.深水牵引流发育和CaCO_3沉淀的有利区均为盆地中的高盐度水体作用区，在空间上重合.在使用含有SiO_2,Na_2O,Al_2O_3和CaO的指标及与这些元素呈良好线性相关性的指标进行大地构造环境判别时会出现一定的偏差.因此，在深水阻塞盆地中，水下隆起或古陆在向陆方向对陆源碎屑物质和淡水的限制(隔离)作用，导致深水牵引流沉积构造多发育在富含钙质的岩石中；在向海方向对岛弧火山物质的阻挡作用，导致在用砂岩地球化学指标进行大地构造环境判别时出现相互矛盾的现象.
2024年01期 v.53;No.256 158-175页 [查看摘要][在线阅读][下载 2810K] [下载次数：358 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：1 ] - 范国帅;刘初升;娄云利;武继达;刘洪园;李赛;何德艺;
振动筛的动态特性是研究其工作性能的重要指标，筛体的运动表现为空间中6个方向之间的耦合.为准确分析筛体的运动特性，基于拉格朗日法，建立了空间六自由度完整动力学模型，在此基础上，通过龙格-库塔法对动力学模型进行了数值求解，给出了筛体无电机一侧出料端与入料端及质心位置的运动轨迹，利用解析的方式求解出了筛体的空间模态、筛体的小阻尼与无阻尼状态下的幅频特性曲线；对样机进行了振动试验测试，并与数值计算结果中3个位置的振动幅值及运行轨迹长轴角度进行了比较分析.结果表明：振动筛结构参数与减震弹簧参数均会导致筛体耦合运动的产生，当激励频率接近各自由度对应的固有频率，其余自由度也会受到影响而发生共振，阻尼的存在会减小这种影响；动力学模型数值计算结果与试验测试结果一致性很高，二者误差基本在10%以内，振动筛空间六自由度动力学模型具有较高的准确性.
2024年01期 v.53;No.256 176-185页 [查看摘要][在线阅读][下载 1013K] [下载次数：425 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：7 ] |[阅读次数：1 ] - 樊玉萍;李德浩;董宪姝;马晓敏;付元鹏;
为了优化充填材料中胶凝材料成本和性能之间的平衡关系，用浮选尾煤替代部分水泥制备胶凝材料，研究其火山灰性质和水化动力过程变化特征.采用活性率K_a表征胶凝材料火山灰活性，通过TAM Air等温微仪测定胶凝材料水化放热速率，基于Krstulovi■水化动力学模型，计算尾煤胶凝材料水化动力学参数.试验结果表明：浮选尾煤火山灰活性激发的最佳条件是，经800℃煅烧处理3 h后，添加w(硅酸钠)=6%的固体硅酸钠激发剂，活性率K_a最高为18.85%.浮选尾煤胶凝材料，较水泥的水化放热特征曲线的第二放热峰显著下降且前移，表现出较低的水化放热速率和水化放热量.通过水化动力过程转变特征分析，发现浮选尾煤胶凝材料结晶成核和晶体生长(NG)过程向相边界作用(I)过程转变和I过程向扩散(D)过程转变节点发生前移，由此建立了尾煤胶凝材料水化动力学过程描述性模型.浮选尾煤经热活化和碱激发联合处理后制备的胶凝材料表现出更快的水化速率和较低的放热量，应用于充填开采，可有效降低充填材料成本.
2024年01期 v.53;No.256 186-197页 [查看摘要][在线阅读][下载 1281K] [下载次数：864 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：11 ] |[阅读次数：1 ] - 戴妹谊;李恒凯;龙北平;王秀丽;
为了提前对离子吸附型稀土矿区潜在的滑坡危险性进行识别，本研究以岭北矿区为例，提出了融合多源数据的稀土矿区滑坡危险性定量识别方法.首先基于时序哨兵一号(Sentinel-1A)数据，采用小基线集(Small Baseline Subset InSAR,SBAS-InSAR)技术获取研究区地表形变；再以数字高程模型(DEM)、Landsat 8陆地成像仪(OLI)等多源遥感数据为辅，提取潜在滑坡点，构建矿区滑坡危险性信息量模型；最后再结合同时期高空间分辨率遥感影像进行潜在滑坡危险性识别.结果表明：矿区整体地表年平均形变速率在-20.28～20.08 mm/a,共提取183个潜在滑坡点；构建的稀土矿区滑坡灾害危险性信息量模型是可行的，总结了研究区诱发滑坡的最佳信息量组合方式；对甲子背和大坑2个典型矿点进行具体分析，发现稀土开采活动会加速滑坡的产生，开采之后即使进行复垦，也容易诱发滑坡.
2024年01期 v.53;No.256 198-210页 [查看摘要][在线阅读][下载 1907K] [下载次数：642 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：8 ] |[阅读次数：2 ] 下载本期数据