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期刊信息/Journal information
采矿与安全工程学报
中国矿业大学 中国煤炭工业劳动保护科学技术学会
采矿与安全工程学报

中国矿业大学 中国煤炭工业劳动保护科学技术学会

缪协兴

双月刊

1673-3363

gpsc@cumt.edu.cn

0516-83885490、83885761

221116

江苏徐州市中国矿业大学矿压中心站

采矿与安全工程学报/Journal Journal of Mining and Safety EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊于1984年创刊，原刊名《矿山压力》，半年刊，系煤炭学院内部发行。1990年更名为《矿山压力与顶板管理》，季刊，经国家科委批准，取得正式刊号，在国内外公开发行。2006年再次更名为《采矿与安全工程学报》，本刊适宜煤炭生产企业、高等院校、科研院所的工程技术人员阅读。
正式出版
收录年代

    冲旋作用下随钻测量系统研发与应用

    李杨王雁冰岳小磊岳中文...
    114-122页
    查看更多>>摘要：硬岩巷道岩体性质是爆破参数设计的重要依据,快速获取岩体力学参数对提升巷道掘进效率至关重要.随钻参数与岩石性质有着密不可分的关系,随钻测量系统是监测钻机钻进过程中钻进参数的重要工具.通过随钻测量系统,可以实时掌握钻进过程中的钻压、转速、钻速等工程参数,进而分析实际钻进岩体性质,为爆破参数设计及优化提供参考.为了快速、准确地获取硬岩力学参数,在冲旋钻机基础上建立了具有冲击功能的智能随钻测量系统,该系统主要由智能钻进控制系统和智能感知系统组成,可对钻进速度、钻头转速、推进压力、旋转压力、冲击压力等多种随钻参数进行智能控制与实时监测.基于该系统开展了不同等级高强度岩石试样冲旋钻孔试验,讨论分析了不同钻进参数条件下钻具的响应性能以及各钻进参数之间的相互关系.试验结果表明:冲旋智能随钻测量系统控制性能稳定,智能感知系统监测数据有效可靠;随钻参数与岩石性质间响应关系具有显著规律性,不同强度岩石钻进参数响应最明显的是钻进速度,表明平均钻速与试件强度呈负相关.该系统可有效识别不同强度岩石,定量评价岩体力学参数,研究结果可为实时获取工程原位岩体力学参数提供一种新的方法.

    冲旋钻进随钻测量系统研发岩体参数硬岩巷道

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    考虑锚-岩界面相对滑移的圆形巷道全长锚固锚杆力学性能研究

    李阿康岳中文王鹏任猛...
    123-133页
    查看更多>>摘要：为了更好地揭示全长锚固锚杆与围岩的相互作用机制,基于圆形巷道弹塑性变形理论,通过考虑锚杆与围岩之间的相对运动,建立了全长锚固锚杆与围岩耦合作用的弹塑性力学模型.基于有限差分法(FDM)提出了一种求解耦合力学模型的简化数值程序,利用MATLAB软件编程得出了所提出模型的数值解.通过与现场监测数据的比较,验证了所提出模型的正确性.随后基于该模型分析了岩体的弹性模量、剪胀角以及托盘刚度对锚杆支护性能的影响.最后,为探究锚杆的最佳安装时间分析了不同应力释放率下锚杆的支护性能.结果表明,当应力释放率未超过60％之前,锚杆的支护效果随应力释放速率的增加而线性下降;之后,锚杆的支护效果迅速下降.因此,采用全长锚固锚杆支护时最好在巷道开挖后应力释放率未超过60％之前进行.

    全长锚固锚杆有限差分法剪胀角托盘刚度应力释放率

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    水耦合介质定向断裂爆破裂纹动态扩展机理研究

    郭东明李杨宋耀王雁冰...
    134-141页
    查看更多>>摘要：为研究水耦合介质在定向断裂爆破过程中对爆生裂纹动态扩展机理的力学影响,基于焦散线理论,采用数字激光动态焦散线试验系统,开展单炮孔切缝有机玻璃(PMMA)试件在3种不耦合系数(1.25,1.67,2)下水耦合及空气耦合定向爆破试验,对比研究水耦合装药下试件爆后分形计盒维数D的分布规律,及爆生裂纹在动态扩展过程中的动态应力强度因子KdI与扩展速度v随时间的变化规律.结果表明:相较空气介质,水耦合装药试件爆后的次裂纹数目明显减少,定向致裂效果较好,爆生裂纹在扩展过程中的KdI与v值随时间的波动程度明显减弱,该种装药模式下的爆破更易为试件爆生裂纹中后期动态扩展提供稳定、持续的能量;不耦合系数对水耦合装药试件裂纹尖端动态起裂韧度KdIc值的影响具有正相关性,较低的不耦合系数更易引起水耦合装药试件的动态起裂.

    水耦合爆破不耦合系数动态焦散线裂纹扩展

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    巷道开挖过程中围岩能量耗散特征

    孟庆彬辛学奎宋子鸣宋洋...
    142-150页
    查看更多>>摘要：巷道围岩的变形破坏本质上是能量积聚、耗散及释放综合作用的结果,是能量驱动下的一种状态失稳现象,揭示巷道围岩能量分布规律有利于岩石工程的安全评价和稳定性分析.基于经典弹塑性理论及能量守恒定律,分析了巷道围岩弹性变形能、耗散能和外力功之间的关系,揭示了外力功与能量的演化规律.采用FLAC3D内嵌的Fish语言编程及二次开发,完成FLAC3D能量计算的功能拓展,并通过算例验证了所开发的能量模块的准确性和合理性;将此能量模块应用于巷道工程,实现了对巷道围岩弹性能量场、耗散能量场的可视化分析,探究了不同断面形状、尺寸对巷道围岩能量场分布及演化规律的影响,且巷道围岩耗散能集中区与主破坏位置基本吻合.从能量角度分析巷道围岩的稳定性,对巷道吸能支护设计具有重要理论意义和应用价值.

    巷道能量特征FLAC3D数值模拟能量模型

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    CaCO3/Fe(OH)3修复单一裂隙岩样的降渗试验

    鞠金峰李全生许家林李娟娟...
    151-159页
    查看更多>>摘要：采煤引起的覆岩导水裂隙广泛发育是导致地下水流失与生态损伤的重要原因,科学实施导水裂隙的修复降渗对于实现采损含水层生态功能修复与煤矿绿色开采意义重大.利用化学沉淀易发生吸附-固结而形成封堵降渗作用的特性,开展了 CaCO3/Fe(OH)3修复单一裂隙岩样的降渗试验.以Na2CO3水溶液作为模拟地下水,CaCl2水溶液和FeSO4水溶液分别作为修复试剂,模拟裂隙岩体的导水渗流条件,将模拟地下水和修复试剂以恒流方式同时注入单一裂隙岩样中,最终得到了两种沉淀物分别对两个不同裂隙发育岩样的修复降渗规律.试验结果表明,两种沉淀物对岩样裂隙均起到明显降渗作用,但由于两者微观结构及固结成垢机制的差异,造成对裂隙修复降渗效果的不同.CaCO3沉淀属典型晶态沉淀,依靠晶种吸附和晶体生长固结成核,形成的固结体结构紧密、稳定性好,对裂隙易产生良好的修复降渗效果;两个岩样分别历经400 min和208 min后的降渗幅度即达到220倍和175倍.而Fe(OH)3沉淀属典型非晶态沉淀,单纯依靠沉淀胶体的范德华力吸附于裂隙面并积聚固结,水温偏高易降低范德华力造成沉淀固结体结构疏松,难以抵抗高水压冲蚀作用,修复过程易出现降渗曲线频繁"反弹"现象;将试验水温由28 ℃降至8 ℃时,裂隙降渗幅度即由35倍提升至106倍,修复降渗效果显著提高.表明Fe(OH)3沉淀适宜用于浅部相对低温条件的裂隙岩体修复降渗,而CaCO3沉淀修复裂隙适宜的水温区间更广.研究结果可为化学沉淀修复导水裂隙的含水层生态功能修复实践提供参考.

    导水裂隙修复化学沉淀吸附-固结渗透率含水层生态功能修复绿色开采

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    伊南煤田伊犁一矿侏罗纪煤系地下水化学特征与水循环演化

    王长申黄炳香赵兴龙任冬冬...
    160-170页
    查看更多>>摘要：伊犁盆地伊南煤田是我国较早发现的重要含砂岩铀矿煤田,侏罗纪煤系裂隙-孔隙承压水是伊犁一矿和周边铀矿共同扰动和影响的主要地下水系统,煤铀协调开采的重点问题是如何协调煤矿和铀矿对侏罗纪煤系含水层的影响.及时研究和预测煤矿对侏罗纪煤系含水层已有影响对于煤铀协调开采重要且必要.伊犁一矿是目前投产的伊南煤田唯一的大型煤炭生产矿井.在伊犁一矿自上而下取煤系第四系水、3煤顶板水、5煤顶板水、5煤底板水和矿井混合水水样,做水质全分析、D/18O、T和14C测年,运用水文地球化学分析方法研究伊犁一矿现状条件下煤系地下水质特征和水循环演化状态.结果表明:矿井地下水为近中性、低矿化的HCO3·SO4型或HCO3·SO4型淡水;δD 和 δ18O 分别为-91‰～-118‰和-12.7‰～-16.0‰;除 5 煤底板水(铀含量 11.1 μg/L)外,煤系水铀含量仅约0.8 μg/L;煤系地下水平均年龄为5 000～6 000 a,而3煤顶板水和5煤顶板水年龄为1.25万～2.5万a.伊犁一矿侏罗纪煤系地下水具有显著的"三低、一老、一少"即低矿化、低氘、低铀、较老和少污染特征.由于煤矿疏放5煤底板水,围绕伊犁一矿已形成侏罗纪煤系深层裂隙-孔隙水的疏干式局部水文循环,5煤底板含水子系统水位漏斗已顺层扩展和水循环已顺层局部加速;3煤顶板和5煤顶板含水子系统仍相对独立和封闭,疏干后难以恢复.3煤顶板水和5煤顶板水属于理想的低氘和水质优良地下水.

    伊南煤田侏罗纪煤系含水层稳定水文同位素地下水年龄水文循环

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    砂岩铀矿孔隙尺度铀污染微生物修复过程模拟

    扶海鹰连檬张辉马建洪...
    171-178页
    查看更多>>摘要：地浸开采砂岩铀矿造成的地下水铀污染通常可采用微生物原位还原固定的方法进行修复.关于铀污染微生物修复的试验研究较多,但采用数值模拟方法进行孔隙尺度建模的研究则较少.针对砂岩铀矿中铀污染微生物原位固定修复模拟,建立多孔介质孔隙尺度模拟的二维概念模型;通过注液孔将功能微生物和碳源注入多孔介质中,微生物在碳源刺激下生长繁殖,其生长代谢过程可将溶液中的U(Ⅵ)还原成U(Ⅳ)而固定,同时考虑地下水中溶解O2和NO3-等具有氧化性的物质对U(Ⅳ)的再氧化作用;建立以上过程的数学模型,并采用LBM(Lattice Boltzmann Method)方法实现模型的耦合模拟;模拟研究多孔介质渗透率和迂曲度、注液速度、微生物浓度等因素对铀污染迁移范围及修复效果的影响.结果表明:建立的模型可模拟砂岩铀矿孔隙尺度中铀污染微生物修复及再氧化释放过程,增大渗透率、注液速度及微生物浓度可以加快铀污染修复,而地下水中溶解的O2和NO3-会影响修复效果的长期有效性.研究可为发展地浸采铀退役治理过程中铀污染微生物修复理论和数值模拟方法提供参考,并可提供一种新方法来评估和预测微生物修复技术对地下水铀污染的有效性.

    地浸采铀铀污染微生物原位修复数值模拟LBM

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    CO2+O2地浸采铀采区含铀砂岩孔隙演化试验研究

    贺桂成张沈平扶海鹰崔佳欣...
    179-189页
    查看更多>>摘要：CO2+O2地浸采铀采区含铀砂岩孔隙结构演化影响了铀矿的高效浸出,已成为制约地浸采铀技术发展的瓶颈.为此,采用自制的CO2+O2地浸采铀试验装置,模拟了某砂岩型铀矿地浸采铀过程;并采用高压压汞仪、CT扫描仪和X射线衍射分析仪等设备表征了含铀砂岩岩芯在试验前后的孔隙演化特征;同时,运用Avizo软件构建了三维数字岩芯及其渗流模型,分析了溶浸液渗流规律.研究结果表明:试验后含铀砂岩岩芯总孔隙度和连通孔隙度与试验前相比分别增加了 5.03％和5.53％;且试验后数字岩芯的逐层面孔率分布范围更广、孔喉等效半径和喉道面积急剧增大;试验后岩芯孔隙数量随孔隙配位数增大而减小,但当孔隙配位数C≥4时,试验后孔隙数量与试验前相比成倍数增长,最高达到了试验前的21.63倍,此时岩芯中连通孔隙非常显著,渗透率增大;含铀砂岩岩芯中大孔喉相互连接形成的孔隙网络为溶浸液提供了主要的渗流通道,且溶浸液的渗流速度由岩芯中心沿径向方向呈现出由大变小的规律.研究结果可为后续CO2+O2地浸采铀中分析溶质迁移演化规律提供有意义的参考.

    CO2+O2地浸采铀含铀砂岩孔隙演化数字岩芯渗透率

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    鼠李糖脂改性纳米零价铁去除地浸采铀矿山污染地下水中U(Ⅵ)的试验研究

    李峰丁德馨周函杨迎春...
    190-199页
    查看更多>>摘要：采用液相还原法制备了鼠李糖脂改性纳米零价铁(RL@nZVI),并利用X射线衍射、透射电子显微镜、傅立叶红外光谱等方法对其进行表征;研究pH值、反应时间、干扰离子等因素对纳米材料除铀效果的影响;运用吸附动力学模型及表征等手段,对其修复机理进行解释说明.研究结果表明:鼠李糖脂成功负载于Fe0表面,可以有效提高纳米材料的抗氧化性和分散性,比表面积提高约2.5倍,达到12.30 m2/g;当pH=5,反应时间为30 min时,RL0.1@nZVI与RL0.2@nZVI试验组中铀浓度分别降至33.8,24.4 μg/L,达到国家排放标准;不同浓度的金属离子对改性纳米材料去除铀效果有不同程度的影响,Cu2+、Mg2+、Mn2+、Zn2+各试验组平衡铀去除率分别为28.26％,95.82％,93.39％,96.28％;吸附动力学结果表明,准二级动力学方程更适合描述nZVI(R2=0.999)和RL0.1@nZVI(R2=0.998)的吸附过程,该过程中存在化学吸附反应;对吸附后的RL0.1@nZV I进行表征,反应物中U(Ⅳ)与U(Ⅵ)的比例为7∶1,Fe2+与Fe3+的比例约为2∶1,这表明在RL0.1@nZVI修复铀污染地下水过程中发生了氧化还原、吸附及共沉淀反应;RL@nZVI是处理铀污染地下水的理想材料.

    铀污染地下水鼠李糖脂纳米零价铁吸附

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    煤系共伴生矿产协调开采完全成本内涵、构成要素和挑战

    王茗可黄炳香陈大勇
    200-211页
    查看更多>>摘要：煤系共伴生矿产协调开采是国家的重大战略需求,实行采矿完全成本有利于矿产资源的合理开发利用,促进矿产企业安全高质量生产和可持续发展.目前,完全成本主要基于煤矿进行研究,在其他矿产开采方面的研究相对较少;对单一矿产开采的完全成本问题研究较多,而对多矿产协调开采的完全成本问题研究则较少,煤系共伴生矿产协调开采缺少完全成本方面的理论指导.对比分析各矿产独立开采完全成本构成及协调开采特点,提出协调开采运行成本的概念,分析得出协调开采完全成本由传统的5类成本和协调开采运行成本共同构成,即协调开采完全成本不但包含各矿产独立开采的完全成本,还应该考虑因建立和维护协调开采系统以及应对协调开采对外部产生的效应采取应对措施所产生的费用.结合煤系共伴生铝土矿、铀矿、煤层气的协调开采具体案例,获得不同情况下协调开采运行成本产生的原因及构成要素,并指出系统内部不同矿产开采活动的相互影响是导致协调开采运行成本产生的关键因素.基于协调开采相关技术进展,分析协调开采完全成本在成本量化、协调开采关键理论技术、实施难度和人才需求等方面所面临的挑战.

    煤系共伴生矿产协调开采完全成本科学采矿

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