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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。
正式出版
收录年代

    煤岩动力灾害模型试验灾变地层模拟材料研制现状与展望

    袁亮马衍坤黄勤豪陈佩圆...
    827-856页
    查看更多>>摘要：基于相似理论开展三维大尺度物理模型试验是研究揭示煤岩动力灾害机理的一种有效手段,在岩爆、冲击地压、煤与瓦斯突出等典型动力灾害机理研究中得到广泛应用.灾变地层模拟材料是开展灾害物理模型试验的物质基础,与浅部显著不同,深地工程面对的是具有多相多场耦合特征的复杂孕灾环境,材料性能也应具有多相多场耦合响应的能力.为科学指导深地工程煤岩动力灾害物理模型试验,分类梳理了典型动力灾害模拟材料研制的历史脉络,分析了材料配制方法、性能评价、试验应用方面的优点与问题,提出了应对深地工程复杂孕灾环境新应用场景的科技挑战与展望.分析认为,模拟材料的应用场景呈现由"单相到多相、单场到多场"的变化趋势,配制由单一固相材料转向具备气体吸附、流体渗流功能的流固两相或三相材料,对材料性能评价则从单一的"静力学"性能,转向兼顾"动力学、热力学及渗流力学"等多类性能评价或分析,以满足应力场、温度场及渗流场的多场耦合需求.然而,多相多场耦合相似理论还不完善,尤其是动静载叠加下多相多场相似准则还未建立,导致物理模型试验材料的多场性能参数确定还缺乏科学依据.现有模拟材料配制体系很难满足多相多场耦合的需求,亟需研发新型骨料、胶结剂与外加剂,以实现在低强度条件下再现煤岩动力灾变现象的目的.大尺寸物理模型构建需从人工转向3D智能打印,需研制适用于多相材料的智能打印系统,开发复杂地质模型3D智能打印算法,解决非均质岩层打印、结构面打印、智能控制等关键难题.

    深地工程物理模型试验灾变地层模拟材料多相多场耦合

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    基于EWOA-VMD的钻孔弹性波处理与煤岩识别方法

    武强王显辉曾一凡刘春生...
    857-871页
    查看更多>>摘要：聚焦于当前煤炭智能化开采中对煤岩界面识别装备和技术的迫切需求,围绕当前煤岩识别技术受煤矿地质条件和复杂施工环境影响导致的识别精度低、效率差等难题,提出一种利用钻孔空间进行弹性波探测确定煤层厚度和煤岩界面层位的煤岩识别技术.针对弹性波回波信号中煤岩界面反射回波特征信息受限于井下环境中多种噪声干扰难以准确识别的关键问题,首先在优化原鲸鱼优化算法(WOA)中3种搜索策略和引入池化机制的基础上提出了增强型鲸鱼优化算法(EWOA),以最小包络熵作为EWOA中的适应度函数自适应求解变分模态分解(VMD)所需关键参数组合(k,α)的最优化问题,结合相关系数阈值法识别本征模态函数(IMF)集合中包含煤岩界面特征信息的分量,构建了一种基于EWOA-VMD的组合优化算法;其次根据钻孔弹性波信号特征构建仿真信号,采用该算法、集合经验模态分解(EEMD)和互补集合经验模态分解(CEEMD)方法进行处理,通过对比均方根误差、波形相似系数和信噪比等评价指标验证该算法的有效性;最后将该算法应用于室内模型试验所得复杂弹性波回波信号的处理.结果表明:该算法可在实测复杂回波中准确识别出煤岩界面反射回波信号,所得煤层厚度误差在12 mm之内,煤岩界面位置平均误差为2.5％.该算法可为非稳态、非线性弹性波复杂回波信号的处理提供参考,并推进钻孔弹性波煤岩界面识别技术的进步.

    钻孔弹性波探测煤岩界面识别信号处理变分模态分解

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    花岗岩破裂过程中"声发射-电阻率-波速"演化特征研究及工程探测应用

    纪洪广付桢张月征张春瑞...
    872-888页
    查看更多>>摘要：为探明脆性岩石破坏过程中裂纹与声发射、电阻率和波速之间的协同演化规律,通过设计并开展花岗岩单轴加载条件下的联合测试试验,揭示了岩石受载裂纹演化过程中3种信号的响应特征,并通过工程实测,获得了地层探测时电阻率与超声波波速的变化规律.试验结果表明:脆性岩石破坏是由"低能稳定无序状态"向"高能非稳定有序状态"转变的过程,裂纹演化则是由随机的无序扩展转变为条带式的集中有序破裂,具有自组织临界特征;脆性岩石声发射能量概率密度呈现线性分布,其破坏能量演化过程满足幂律分布,加载后期局部高应力水平下的能量幂律分布曲线逐渐向全过程幂律分布曲线逼近,表明高能非稳定状态的岩石更容易产生突发性破坏;岩石破裂过程中的电阻率、超声波波速和声发射随裂纹演化呈阶段性响应特征,岩石受载进入裂纹稳定和非稳定扩展阶段后,宜采用波速损伤变量和声发射损伤变量描述岩石损伤特性,综合考虑裂纹体积应变、声发射、电阻率和波速能准确识别岩石的峰前特征应力;通过工程实测超声波的变化规律,将地层划分为完整、较完整、破碎和极破碎4个等级,破碎含水地层具有低波速、低电阻率特征,电阻率与波速相互验证、互为补充.此方法可为深部地下工程建设围岩质量评价、岩体损伤实时监测提供理论依据.

    裂纹演化电阻率超声波波速声发射bI值自组织临界点

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    新近系和薄基岩下突水溃砂防治的风险机制:古剥蚀面起伏与风化程度的影响

    董青红郏慧慧魏民涛隋旺华...
    889-900页
    查看更多>>摘要：我国近些年发生了多起损失惨重的溃砂灾害,在三区管理、顶板防治水探查和开采可行性论证等多环节多措施约束下,灾害仍时有发生,因此进一步进行灾害机理及风险识别研究十分必要.本文在总结泉店煤矿新近系和薄基岩下十多年开采经验基础上,揭示了新近系下勘探精度对古剥蚀面形态、特征认知的影响规律,比较研究了两种勘探程度下古剥蚀面起伏、风化深度与宽度、充填物与充水性对开采风险分区的影响,明确了古剥蚀面控制的突水溃砂机理,总结了新近系和薄基岩下矿井突水溃砂查治、评价和开采监控的技术经验.研究表明,基于现行有关规范进行的水体下开采设计,受认知程度、地质条件复杂性等影响,仍不能排除某些隐蔽性较强的致灾风险;新近系与薄基岩之间的隐伏古剥蚀面起伏、风化深度与宽度、充水与充填物特征在由粗到细的勘查过程中存在明显的差异且不具一致性,勘探孔终孔间距以不大于薄基岩区最小基岩厚度为好;隐伏古剥蚀面起伏、风化深度与宽度、充水与充填物的几何分布与开采破坏范围的空间关系明显构成了临界基岩厚度条件下局部风险区划分条件;五节点四阶段的风险防治技术体系是查治古剥蚀面起伏与风化等致突水溃砂灾害的重要技术途径.

    古剥蚀面风化新近系薄基岩下突水溃砂风险

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    基于固有频率的岩石压剪断裂演化过程试验研究

    姜彤万里黄坤何天乐...
    901-914页
    查看更多>>摘要：岩石在压剪应力作用下的脆性破坏是岩石破坏中一种常见且重要的形式.本文采用激光多普勒测振技术研究了不同脆性程度试样在直剪试验中固有频率的变化规律.研究结果表明:试样依次经历了裂纹闭合阶段、弹性变形阶段与裂纹稳定扩展阶段、裂纹非稳定扩展阶段、破坏阶段,固有频率对各阶段的划分有明确的信号指示.裂纹非稳定扩展阶段的固有频率平均值与加载时的法向应力、试样的脆性程度呈正相关关系.根据固有频率的响应规律,发现了 2个关键的力学特征点:裂纹损伤应力点和解锁点.固有频率由平稳上升至平稳抖动的转折点为裂纹损伤应力点;固有频率由平稳抖动至下降的转折点为解锁点.试样的脆性程度影响解锁点的位置,脆性破坏至延性破坏的转化过程中,解锁点的位置由峰值应力附近移动至峰值应力后.引入固有频率的变异系数(Cv)来表征试样解锁前的协同演化规律.在裂纹非稳定扩展阶段,变异系数呈减小趋势,说明在试样破坏前,固有频率的协同程度增强.裂纹损伤应力点与解锁点的应变比随脆性程度的增大而增大,为岩石的破坏提供了潜在的预警指标.

    脆性程度固有频率协同特征失稳前兆

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    深部巷道顶板抽冒诱发典型高势能突水溃砂灾害机理及治理

    钱自卫隋旺华官云章
    915-924页
    查看更多>>摘要：山东万福煤矿埋深为880 m的回风斜巷在施工过程中发生严重突水溃砂灾害,最大水砂流量为1.458万m3/h,总水砂体量为2.2万m3,井下2 400 m巷道被淹,造成重大损失,是目前已知发生的深度最大的突水溃砂灾害.本文介绍了此次灾害发生的地质条件、发生过程,重点分析灾害发生机理,提出了次生灾害防治思路,制定了具体救援方案并实施.通过矿井主要含水层水位实时监测数据的变化、淤积水砂的取样测试及地质条件分析,快速确定了灾害发生机理为斜巷顶板持续抽冒沟通了埋深为750 m左右、水压超过7 MPa的新近系底部砂层所致.在灾害救援过程中,分析了次生灾害发生的可能性,采用井下注浆构筑安全挡墙的方式,有效防止了潜在的水砂复突次生灾害,保证了井下救援人员安全.采用地面定向钻孔,大体量注浆方式对水砂突涌通道进行了封堵、对水砂源进行了加固.本次灾害的发生及救援,可提高人们对深部地质灾害危害的认识,再次说明深地工程灾害防治过程中地质工作的重要性,也为高势能突水溃砂灾害防治提供借鉴.

    深部矿井冒顶高势能突水溃砂灾害控制

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    三维应力场中不同空间角下钻孔稳定性研究

    刘洪涛韩子俊韩洲郭林峰...
    925-942页
    查看更多>>摘要：为了探究不同空间角对钻孔稳定性的影响,基于单轴和三轴试验探究了不同钻孔角度的岩体力学特性,建立了三维应力场中不同空间角度钻孔力学计算模型,基于欧拉变换建立了地应力坐标系、空间直角坐标系和钻孔柱坐标系之间的相互关系,结合Mohr-Coulomb强度准则的三维表达式推导出三维应力环境中不同空间角下钻孔围岩的塑性区边界隐式方程,寻求了描述钻孔周围应力分布特征的综合应力指标偏应力张量第二不变量J2,通过变化井斜角和方位角研究了不同方案下的钻孔孔周偏应力J2大小及形态分布特征,分析了不同空间角下的塑性区分布范围及形态.建立了偏应力J2与塑性区之间的相互对应关系,揭示了钻孔围岩的变形破坏本质,并基于理论分析提出了工程应用指导.研究结果表明:不同空间角下钻孔周边产生不同程度的应力集中,导致岩体的强度特性与声发射特征存在较大差异;不同井斜角和方位角条件下,钻孔孔周各处的偏应力集中程度存在较大差异,井斜角和方位角的改变对孔周J2最大集中位置所在的角度具有重要影响,不同方案下的J2应力扩展角与钻孔周边的J2最大值所对应的极角完全一致,且J2应力偏转角基本稳定在38°～42°;不同井斜角和方位角条件下钻孔塑性区破坏程度、破坏扩展最大尺寸以及破坏形态存在较大差异;偏应力J2等值线形态演化规律与塑性区形态演化规律具有一致性,在不同空间角下J2及塑性区形态均呈现"蝶形单翼扩展"的非对称扩展特征,且不同方案下塑性区最大破坏位置与偏应力J2最大集中位置所在的角度差值为3°～5°.研究结果对煤层瓦斯抽采和钻孔卸压具有重要的理论意义和参考价值.

    钻孔应力分布围岩稳定性塑性区偏应力第二不变量J2坐标转换钻孔倾角

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    煤矿矿井水水质形成及演化的水化学-微生物场作用及数学模型构建

    张莉徐智敏孙亚军高雅婷...
    943-959页
    查看更多>>摘要：矿井水的水质形成及演化过程非常复杂,受水动力场、水化学场和微生物场等多场控制.建立水化学场-微生物场耦合作用数学模型是构建多场耦合模型的重要内容.本文在构建矿井水水质形成及演化的水动力场数学模型基础上,选取以高盐(SO4-Na型)为主要矿井水水质特征的华北典型矿井作为模式研究区,开展室内微宇宙模拟试验.利用水文地球化学测试、微生物高通量测序等手段,探究水化学场与微生物场耦合作用下的水质演化过程.全封闭、前期半封闭和高煤3组对比试验结果表明:全封闭试验组体系中特征污染物为SO42-,浓度整体先增加后降低,截止365 d时相较于浓度最高点降低了 14.3％;前期半封闭时SO42-浓度低于封闭试验体系,而后期封闭后又高于全封闭试验组,说明氧气对S042-的来源与去路存在明显影响;试验前期明显的H2S气味证明发生了硫酸盐还原反应;参与硫循环的相关菌属(主要包括硫氧化菌和硫酸盐还原菌)丰度与SO42-的浓度变化密切相关.反应体系中对SO242-浓度产生影响的主要作用包括吸附/解吸、溶解/沉淀、硫氧化菌参与的黄铁矿氧化作用以及硫酸盐还原菌参与的硫酸盐还原作用.在此基础上分别建立影响SO42-浓度4个作用的数学模型,并与微生物场耦合构建了煤矿矿井水水质形成及演化的水化学-微生物场数学模型.该模型反映了水化学与微生物作用下的水质演化内在机制,并为后续构建煤矿区地下水污染的多场耦合数值模型奠定基础.

    矿井水水质生物地球化学作用水化学场微生物场数学模型

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    基于机器学习的高寒山区矿山地质灾害易发性研究

    黄军朋张紫昭
    960-976页
    查看更多>>摘要：高寒山区矿山地质环境脆弱,受冰川活动和人类工程活动影响,地质灾害频发,严重制约矿山的高效开采和安全运营.地质灾害易发性研究是矿山防灾减灾和科学预警的必要手段.本研究以天山诺尔湖铁矿为例,采用J48决策树、逻辑模型树(LMT)和径向基函数分类器(RBFC)为代表的机器学习模型来预测高寒山区矿山地质灾害易发性.基于地质图、高分辨率遥感影像和现场调查,准备256个地质灾害点和12个孕灾环境因子建立地质灾害数据集,并将地质灾害随机划分为训练集(80％)和验证集(20％);使用多重共线性诊断和信息增益进行因子的特征选择;最后利用受试者工作特征曲线下的面积(Auc)和统计指数(如Accuracy,简写为Acc)对比地质灾害易发性分区结果及模型的预测性能.结果显示:坡度、距道路距离和距河流距离是矿区地质灾害发生的主控因子.RBFC模型的预测能力最高(Auc=0.854,Acc=79.41％),其次是LMT(Auc=0.849,Acc=77.45％)和 J48(Auc=0.819,Acc=75.49％).地质灾害高和极高易发区多分布于距道路和河流距离＜1 000 m、距矿山工程和冰川距离＜2 000 m的区域,3种模型生成的地质灾害易发性分区图均能表现矿山实际地质灾害分布状况.本研究可为矿山工程的选址以及土地利用规划提供科学参考,提高矿山地质安全评估及应急管理能力.

    高寒山区诺尔湖铁矿地质灾害易发性径向基函数分类器机器学习

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    巨厚砾岩下采场覆岩运移与离层演化的光-电感知试验研究

    孙斌杨袁亮张平松吴荣新...
    977-992页
    查看更多>>摘要：为掌握巨厚砾岩下特厚煤层采动覆岩运移及离层演化的精细发育规律,以永陇矿区某矿1305工作面为例,基于相似物理模型试验,利用自主研发的光-电多参数分布式感知系统研究了岩层移动变形及破断垮落的全周期多物理场响应特征.试验结果表明:光-电感知系统可对岩体内部变形状态及时空演化规律进行精细刻画,岩层破断垮落、裂隙发育形态与全时段应变、电流及电阻率等多参数具有良好的对应关系,建立了采动覆岩横向分区、垂向分带的光-电表征模型,实现了覆岩运移及"横三区、竖三带"的光-电实时定量检测.3#煤采动期间覆岩超前应力影响范围达到45～54 m,直接顶滞后垮落距离为9～18 m,上覆岩层采后重新压实区位于工作面后方150～204 m.应变及电流比值1级台阶发育高度对应垮落带界面,3级台阶发育高度对应导水裂隙带界面.3#煤覆岩垮落带高度为44.73～48.00 m,导水裂隙带发育高度为256.29～276.54 m,与模型实测高度相对偏差整体低于5％.基于光-电表征结果,揭示了覆岩变形及离层发育的时空演化机理,主要表现为"大裂高"、"台阶状"、"滞后垮落"等特征,多参数分布式感知系统为离层水害防治及矿井安全生产提供了可靠的地质保障技术.

    覆岩运移光-电综合感知定量表征演化规律模型试验

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