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期刊信息/Journal information
中国矿业大学学报
中国矿业大学学报

骆振福

双月刊

1000-1964

journal@cumt.edu.cn

0516-83995897

221008

江苏省徐州市中国矿业大学内

中国矿业大学学报/Journal Journal of China University of Mining & TechnologyCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>《中国矿业大学学报》(自然科学版)是由中国矿业大学主办、刊登自然科学各个领域最新研究成果、具有矿业特色的综合性学术刊物,主要刊登采矿工程、安全工程、矿物加工工程、资源与地质工程、岩土工程等方面的原创性研究论文。1955年创刊,现为双月刊,在国内外具有较大影响,一直是全国中文核心期刊,被美国《工程索引》(Ei Compendex)、美国《化学文摘》(CA)、美国《剑桥科学文摘》(CSA)、俄罗斯《文摘杂志》(AJ)、《中国科学引文数据库》(CSCD)等20多种国内外重要数据库检索收录。《中国矿业大学学报》(英文版)也是由中国矿业大学主办、刊登自然科学各个领域最新研究成果、具有矿业特色的综合性学术刊物。英文版创办于1990年，现为季刊。《中国矿业大学学报》十分注重学术和编辑出版质量,刊登的论文始终保持着较高的学术水平、创新性以及较强的应用价值。曾获全国优秀科技期刊三等奖、全国优秀高校自然科学学报一等奖、华东地区优秀期刊奖、中国期刊方阵“双效期刊”奖、全国高校科技期刊优秀编辑出版质量奖、江苏省期刊方阵“双效期刊”奖、江苏期刊方阵优秀期刊奖、江苏省一级期刊。
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收录年代

    岩石材料破裂过程中声发射信号的应力状态及能量演化研究

    纪洪广张春瑞张月征陈东升...
    211-223页
    查看更多>>摘要：岩石受载破裂过程中能量不断积累和释放,而岩石材料非均质性等细观组构特征对其破裂产生的声发射具有显著影响.通过岩石力学试验建立不同非均质、非均匀岩石强度和能量参数的评价方法,分析了不同非均质性岩石的声发射特征与应力状态和能量水平之间的关系.研究表明:岩石在不同应力阶段有不同强度的成分发生破裂,不同应力水平所产生的声发射信号由不同成分的破裂所致;岩石破裂损伤后,剩余能量与总能量、能量降有关,声发射监测到的弹性波能量是能量降的一部分,此能量降与应力状态及材料特性有关;将粉砂岩细分为均质且均匀、不均质而均匀、不均质且不均匀三类,不同非均质、非均匀程度的岩石在不同应力状态下破裂及能量释放情况不同,其中均质且均匀的岩石强度和蓄能水平最高.建立的基于声发射的应力状态和能量水平判别理论可应用于工程中微震监测数据分析,为识别矿山开采过程中区域煤岩体临界状态与超前预警提供了理论基础.

    矿山岩石力学声发射破裂过程应力阶段临界状态能量水平

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    钻井法凿井气举反循环多相排渣运移规律及其洗井参数优化试验研究

    程桦郭龙辉姚直书王宗金...
    224-237页
    查看更多>>摘要：针对西部地区侏罗系地层煤矿立井钻井法施工中出现的气举反循环洗井排渣效率低问题,以可可盖煤矿中央回风立井Ø4.2 m超前钻井为工程背景,采用相似模型试验和PIV(粒子图像测速法)测试技术相结合的方法,研究了井底及排渣管内液固气多相耦合运移规律;基于模型试验结果,分析了洗井排渣效果主要影响因素,并提出了高效洗井排渣工艺参数.研究结果表明:自主研发的煤矿立井气举反循环排渣试验装置,可实现钻井法井底及排渣管内流体运移特性的可视化试验研究;岩渣在井底做"积聚—悬浮—吸附—补充—再积聚"动态循环运动,排渣管内液固区段流体呈上下螺旋往复运动,液固气区段呈上下交替的振荡运动,上返速度分布均具有强烈的脉动现象;井底流体的运动主要以水平流动为主,流体的垂直上返仅存在于吸渣口附近,且上返速度与泥浆循环量呈正相关,增大刀盘转速或泥浆循环量可提高井底环流和径向流速;排渣效果影响因素显著性依次为刀盘转速、注气流量、风管沉没比和泥浆黏度;基于工程背景和试验结果,满足井底清洁高效洗井排渣相关钻进参数为刀盘转速11.5 r/min,注气流量3 500 m3/h.研究结果可为破解侏罗系地层深大立井钻井法洗井排渣效率低下技术难题,提供有益的理论参考.

    钻井法气举反循环泥浆排渣多相耦合流场参数优化

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    特厚煤层沿空掘巷力源结构特征与围岩协同控制策略

    陆银龙韩磊吴开智陆凌峰...
    238-249页
    查看更多>>摘要：14～20 m特厚煤层小煤柱沿空掘巷围岩控制是当前煤矿巷道支护领域的难题之一.以山煤国际晋北矿区典型的19 m特厚煤层孤岛综放面小煤柱沿空掘巷工程为研究对象,分析了特厚煤层覆岩应力拱、断裂拱大结构特征以及基本顶侧向破断运动规律,建立了特厚煤层沿空掘巷"双力源"结构模型,揭示了"双力源"传递作用机理及其对沿空掘巷围岩稳定性的影响规律,提出了"远场弱化-近场强化"协同控制治理策略,开展了 19 m特厚煤层8 m小煤柱沿空掘巷围岩控制现场试验.结果表明:特厚煤层沿空掘巷强矿压显现源于小煤柱侧Ⅰ型力源和实体煤侧Ⅱ型力源叠加作用;采用小煤柱侧(Ⅰ型)和实体煤侧(Ⅱ型)力源结构"水力压裂+深孔爆破"复合弱化后,基本顶周期来压步距降低了约69.6％,有效阻断了采动应力向围岩传递;通过"远场弱化-近场强化"协同控制技术,有效控制了特厚煤层沿空掘巷掘进与回采期间围岩稳定.研究成果为14～20 m特厚煤层小煤柱工作面安全高效开采提供了一定的理论依据与技术支撑.

    特厚煤层沿空掘巷双力源远场弱化近场强化

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    煤体张开型裂隙演化规律及失稳前兆试验

    王磊刘化强李少波张宇...
    250-263页
    查看更多>>摘要：为探究不同裂隙分布特征参数煤体失稳前兆信息,基于MTS816试验系统开展单轴加载试验,分析了煤体力学特征及裂隙演化规律,推导出起裂角精确表达式,建立了弯折裂纹力学模型.结果表明:随裂纹方位角减小,煤体劣化程度增加,但均低于完整试件,裂隙长度同试件强度呈负相关性;剪切互锁效应使含裂隙煤体应力-应变曲线表现为双驼峰形态,互锁强度同方位角呈负相关性,但与长度无明显关联;裂隙分布特征参数对初始应变场形成局部高应变区具有显著引领作用,方位角于0°～90°之间时,应变集中、弥散与裂隙扩展的空间演绎形式高度统一;定义了端部动态剪切因子(τ0)并求得其表达式,完善了 Ⅱ型SIF(应力强度因子)并推导出精确起裂角表达式,得出起裂角同方位角呈负相关性;比较剪切互锁前后扰动系数ε(KⅡ/KⅠ)可知,剪切互锁效应可通过抑制裂纹端部的翼状Ⅰ型扩展从而发生Ⅱ型破坏,且抑制效果与方位角呈负相关性;相较于表面应变监测,互锁强度变化特征可对煤体在不同裂隙分布特征参数下的骤然破坏提供更加积极的前兆信息.

    非闭合裂纹DIC监测剪切互锁强度端部动态剪切因子等效裂纹模型

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    工作面顶板超前预裂应力阻隔护巷机理

    杨敬轩张瑞卢硕孙兴平...
    264-276页
    查看更多>>摘要：为了改善顾桥煤矿大采深和工作面采动影响引起的煤岩高应力环境,保证工作面停采后系统巷道的安全留设,以矿井1311(1)工作面停采后的系统巷道保护为目标,采用理论分析和现场实践实测方法,探索工作面顶板超前预裂应力阻隔护巷机理.研究表明:覆岩悬板作用是停采工作面煤岩高应力显现的主要力源组成;通过建立停采工作面覆岩结构力学模型,采用等效应力指标较好地反映了煤层高应力承载特征,揭示了悬板作用下的覆岩应力传递机制,明确覆岩悬板是诱发煤岩高应力的敏感因素,煤层开采扰动范围内的悬板必须及时切断,阻断高应力传载路径;通过合理确定覆岩控制目标层高度,提出利用工作面顺槽联巷爆破切顶阻断高应力传递的卸压思路,给出了重型药柱深孔爆破工艺参数,顶板平面致裂及卸压效果显著.

    顶板预裂切顶卸压应力阻隔爆破切顶等效应力

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    围岩-充填体组合承载宏细观损伤演化机理

    张雯李泽峰郭利杰郭进平...
    277-290页
    查看更多>>摘要：充填体与围岩共同承载地应力,揭示其组合体宏细观损伤演化机理有助于完善充填体与围岩相互作用理论和优化充填体的配比和强度设计.开展不同灰砂比的围岩-充填体组合体单轴压缩试验和数值模拟,分析宏观下应力-应变曲线、力学参数及破坏模式,细观下裂纹扩展、能量变化及损伤演化规律.结果表明:灰砂比越高,组合体的峰值强度和弹性模量越大,峰值应变越小;组合体发生张拉剪切混合式破坏,低灰砂比时接触界面产生断裂破坏,高灰砂比时分层界面产生宏观裂隙;峰前阶段,接触界面和分层界面等薄弱部分先出现微裂纹,组合体以弹性应变能的转化为主,伴随小幅度能量损耗,损伤程度较低;峰后阶段,组合体耗散能急速增长并超过弹性应变能,内部损伤程度加速恶化.围岩内部裂纹数量大幅增加并迅速扩展贯通,率先出现宏观断裂面,充填体内部裂纹汇聚合并于分层界面,在高灰砂比时发挥良好的协同支护作用.

    围岩-充填体结构界面裂纹扩展能量演化损伤演化机理

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    近直立特厚煤层应力调控防冲方法及机制

    钟涛平李振雷陈建强宋大钊...
    291-306页
    查看更多>>摘要：近直立特厚煤层的地质与开采条件与一般煤层差异较大,冲击地压防治形势严峻.本文综合采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,研究了近直立特厚煤层动静载力源分布特征,提出了应力调控防冲方法,揭示了其防冲机制,并进行了工程应用.结果表明:近直立特厚煤层主要受水平构造应力作用,水平应力通过工作面两侧的顶底板岩层传递至煤层中,并在巷道上下方形成静载集中区;近直立特厚煤层顶底板岩层难以发生破断,然而顶底板岩层破裂释放能量可形成强动载扰动;动载扰动作用于巷道上下方静载集中区并与集中静载叠加可诱发冲击地压.据此,提出了弱化工作面两侧顶底板岩层和下方煤体的应力调控防冲方法,其防冲机制为:弱化顶底板一方面可弱化岩体传递水平应力的能力进而降低巷道上下方的静载集中,另一方面可降低岩体静载集中进而减弱岩体破裂导致的动载强度;弱化煤体可进一步降低巷道下方静载集中并将静载集中区向深部转移.对近直立特厚煤层现场实施的防冲措施进行了优化设计并确定了关键参数,应用表明,工作面高能级微震事件减少了 143～178起、微震事件总能量降幅达90％,未发生冲击显现,工作面冲击危险性显著降低,证实了方法的有效性.研究成果可为近直立特厚煤层冲击地压防治提供支撑.

    近直立特厚煤层冲击地压应力调控应力传递应力集中防冲方法及机制

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    碱性降尘剂润湿煤尘及吸收硫化氢试验研究

    刘顺通艾纯明高飞穆效治...
    307-317页
    查看更多>>摘要：煤矿井下的粉尘和硫化氢同属职业危害,严重威胁工人身体健康及煤矿安全生产.为实现尘毒高效共治,采用试验和理论分析相结合的方法开展研究.将表面活性剂和碱液(Na2CO3)复合配制成碱性降尘剂,通过测定其表面张力、溶液与煤尘的接触角评估其润湿性能,并利用沉降试验验证溶液对煤尘的润湿效果.结果表明:质量分数为0.05％的仲烷基磺酸钠(SAS60)与质量分数为1.0％的Na2CO3的组合润湿效果最好,其表面张力值、接触角、沉降时间分别为26.45 mN/m、10.97°、6.94 s.通过自制硫化氢吸收装置,检验所配碱性降尘剂对硫化氢的吸收性能.试验结果表明:随着Na2CO3质量分数增大,溶液吸收硫化氢效率先迅速升高,后逐渐趋于稳定.综合润湿性能、吸收硫化氢性能以及煤矿应用成本考虑,最终确定碱性降尘剂的最佳组成为质量分数0.05％的SAS60和1.0％的Na2CO3,其对硫化氢的吸收效率为87.67％.根据无机化学和界面化学理论,从降低溶液表面张力、增强固液界面作用和降低临界胶束浓度(CMC)3个方面阐明了 Na2CO3的强化润湿机理.

    碱性降尘剂SAS60硫化氢界面化学Na2CO3润湿机理

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    搅拌模型下矿物的微波加热温升特性研究

    龙盛壹洪溢都孙晓婉阳富强...
    318-333页
    查看更多>>摘要：为探讨复合矿物的微波加热机制,使用COMSOL Multiphyics软件,基于任意拉格朗 日-欧拉(ALE)方法建立起环绕式微波加热模型来开展对不同组分结构和占比的复合矿物模型的温升特性研究.研究结果表明:相比于无搅拌加热模型,在铜片长度为5 cm,转速为(π/3)rad/s的环绕式模型中,矿物加热的效率更高,温度分布更均匀;复合矿物组分结构的变化会改变电磁波的分布,黄铁矿包裹方解石模型的微波加热效率低于方解石包裹黄铁矿模型;在黄铁矿包裹方解石模型中,黄铁矿厚度变化会引起电磁波相位变化,使得矿内电场热点和冷点偏移,并且其厚度大小在穿透深度前后对比,射入的电磁波强度差距较大,电场强度有显著差异;相同组分占比下,非均质矿物整体的电场模比复合均质矿物更低更稳定,组分间的电场强度更为接近;随着黄铁矿占比的增加,非均质矿物整体在微波加热30 s后的温度变化可分为小波峰区(0～10％)、大波峰区(10％～50％)、平稳区(50％～75％),组分间的温差逐渐变小.

    微波破岩数值模拟复合矿物加热机制

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    切缝药包超前预裂爆破厚硬顶板矿压与瓦斯综合防治试验研究

    乔国栋刘泽功高魁周云权...
    334-345,376页
    查看更多>>摘要：针对厚硬顶板导致高矿压、高位钻孔瓦斯抽采效果不佳的问题,通过爆破相似模拟试验与理论分析相结合的研究方法,对普通爆破与切缝药包爆破载荷作用下物模的宏观裂纹分布模式、损伤特征以及应变和应力的演化规律进行分析,对爆破弱化半径进行定量计算.结果表明:模型表面爆破裂纹分布差异显著;使用损伤度(D)及波降率(η)对岩石爆破损伤情况进行定量表征,发现切缝药包爆破比普通爆破造成的有效损伤范围更大;动态应变信号分析表明,切缝方向上应力波波阵面速度更快、强度更高,岩层受到的爆炸动载更强,测点的峰值应变及峰值应力均显著大于普通爆破.理论计算表明切缝药包爆破弱化半径(21.8 m)大于普通爆破(16.5 m),使用切缝药包超前预裂爆破厚硬顶板可以保障巷道稳定性,并且更具经济效益.研究成果为解决厚硬顶板条件下的矿压与上隅角瓦斯综合防治问题具有一定的指导意义.

    超前预裂爆破切缝药包厚硬顶板高位钻孔矿压防治瓦斯抽采

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