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采矿与安全工程学报 2025年第1期42卷 1-15页

作者：张吉雄黄书翔王洪涛王海宾周楠邓雪杰中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 山东能源集团西北矿业有限公司陕西西安710018 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083

彬长矿区位于陕西省黄陇煤田中段,是全国13个大型煤炭基地之一,矿井的开采处于深埋高应力、高瓦斯、高地温、高自然发火和厚硬洛河组含水层(“四高一硬”)的复杂环境,面临着冲击地压、水害、瓦斯、热害和自然发火等多元灾害问题。当前... 详细信息

彬长矿区位于陕西省黄陇煤田中段,是全国13个大型煤炭基地之一,矿井的开采处于深埋高应力、高瓦斯、高地温、高自然发火和厚硬洛河组含水层(“四高一硬”)的复杂环境,面临着冲击地压、水害、瓦斯、热害和自然发火等多元灾害问题。当前针对多元灾害多采取分别防控的方法,并没有考虑各灾害之间的互馈关系和灾害防控导致次生灾害的问题。围绕当前彬长矿区巨厚含水砂岩顶板煤层开采面临多元灾害并存的重大挑战,针对彬长矿区多元灾害链互馈机理和多元动力灾害协同防控方法这2个关键科学问题,详细介绍目前取得的最新研究进展,具体包括巨厚含水砂岩顶板煤层开采多元灾害致灾机理、巨厚含水砂岩顶板煤层开采多元灾害链互馈机制、多元灾害防治次生效应和多元灾害链协同防控方法等4个方面的内容。研发的巨厚含水砂岩顶板煤层多元灾害协同防控技术可为我国类似复杂条件煤矿多元灾害协同防控和安全高效生产提供技术借鉴和理论支撑。

关键词：巨厚含水砂岩多元灾害灾害链互馈机理协同防控

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永磁电机半直驱刮板输送机机-电耦合动力学行为

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煤炭学报 2025年第1期50卷 65-80页

作者：葛世荣舒子龙鲍久圣王世博王小龙张磊中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院北京100083 中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116

针对刮板输送机传统异步电机驱动系统传动效率低、工作能耗高以及永磁直驱系统径向尺寸大难以适应综采工作面安装空间及过载工况等问题,设计了一种新型永磁电机半直驱系统,利用MATLAB/Simulink仿真软件与台架试验研究了永磁半直驱刮板... 详细信息

针对刮板输送机传统异步电机驱动系统传动效率低、工作能耗高以及永磁直驱系统径向尺寸大难以适应综采工作面安装空间及过载工况等问题,设计了一种新型永磁电机半直驱系统,利用MATLAB/Simulink仿真软件与台架试验研究了永磁半直驱刮板输送机的机-电耦合动力学行为。首先,基于永磁电机驱动技术,以SGZ1000/2000型刮板输送机为例,设计了一种永磁电机半直驱系统,并完成了驱动系统关键参数设计。其次,推导齿轮传动系统动力学模型,基于状态空间方程建模法搭建永磁电机半直驱刮板输送机的机-电耦合动力学仿真模型,通过仿真试验研究了永磁电机半直驱刮板输送机在多种工况下的机-电耦合动力学行为;结果表明:永磁电机半直驱系统在空载启动定常落煤、非定常落煤以及故障后满载启动3种工况下,能够实现零速重载运行、输出转速与电磁转矩的快速响应以及动态调节;在启动瞬间与负载突变下,链条速度、加速度与张力会发生明显波动,其中:在机头与机尾链轮处的波动峰值最大;随着链条传递波动峰值会发生衰减,距离机头与机尾链轮越远,波动峰值越小。再次,利用永磁电机半直驱系统试验台,开展空载启动落煤与满载启动模拟试验,得到了永磁电机半直驱系统的动态特性,试验结果与机-电耦合动力学模型的仿真结果基本一致。最后,基于台架试验性能参数,通过对比永磁电机半直驱系统与传统异步电机驱动系统的驱动性能后得到:永磁电机半直驱系统在全负载点的驱动效率均优于传统异步电机驱动系统,至少提升了16.3%以上,可显著提高矿山运输装备的节电率,有助于推进矿山朝着绿色低碳方向发展。

关键词：刮板输送机永磁电机半直驱齿轮传动矢量控制机-电耦合动力学

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深部煤矿“以爆抑灾”机理与技术研究进展

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煤炭学报 2025年第1期50卷 132-149页

作者：杨仁树左进京李永亮马鑫民张渊通于冰冰王波北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083

作为“三高一扰动”中的典型特征,高地应力与采动应力叠加作是深部矿山地质灾害频发的主要原因之一,极易引起厚硬顶板强矿压、冲击地压与采动巷道大变形等问题,是深部煤矿安全高效开采的重大隐患。为解决深部矿井厚硬顶板强矿压、冲击... 详细信息

作为“三高一扰动”中的典型特征,高地应力与采动应力叠加作是深部矿山地质灾害频发的主要原因之一,极易引起厚硬顶板强矿压、冲击地压与采动巷道大变形等问题,是深部煤矿安全高效开采的重大隐患。为解决深部矿井厚硬顶板强矿压、冲击地压与采动巷道大变形等灾害治理难题,基于爆破技术提出了深部矿山“以爆抑灾”机理与防治新方法,实现地下矿山治灾“解连接、削峰值、控变形”的目标。首先,提出“点-线-面-体”的爆炸裂隙场原位监测方法,揭示了煤矿爆破现场爆炸裂隙网的形成机制,阐明了爆破卸压的围岩应力调控机理,从而为爆破技术在卸压防冲工程的现场应用提供了理论依据。其次,从参数设计、先进装备和效果评价3方面指出深部矿井爆破卸压的关键技术,涵盖参数设计、钻孔冲孔、装药封堵和综合评价的爆破卸压整体流程。然后,以淮南矿区(张集煤矿)、鲁西矿区(新巨龙煤矿)和宁东矿区(梅花井煤矿)作为典型工程案例,开展“以爆抑灾”指导爆破卸压的现场针对性研究,分别形成了松动预裂控制爆破,高位巷精细化控制爆破和采动巷道爆破的卸压应力调控技术。最后,围绕爆破参数的智能化设计,施工装备的无人化控制和超长炮孔的集约化装药3方向展望“以爆抑灾”的发展趋势,基于智能化、数字化和信息化的角度提出未来爆破卸压工程可能出现的研究重点和挑战性问题,对于深部煤炭资源开采过程中的灾害治理具有重要的理论和实际意义。

关键词：冲击地压以爆抑灾点-线-面-体应力调控卸压关键技术智能化

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振动冲击复合加载下青砂岩破裂特征及断裂能利用效率研究

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采矿与安全工程学报 2025年第2期42卷 463-471页

作者：赵环帅潘永泰毕研琨张钏乔鑫赵英嘉张志镇卢美全叶黔玉王田中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)矿山与城市固废资源化工程研究中心北京100083 中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院北京100083 中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室江苏徐州221116

为研究振动冲击复合加载下岩石破裂特征及断裂能利用效率,结合物理试验与细观参数标定等方法,建立了青砂岩宏观-细观力学响应关系,分析了青砂岩在振动冲击复合加载下的破裂特征及裂纹分布特点,并研究了断裂能及其利用效率。研究结果表明... 详细信息

为研究振动冲击复合加载下岩石破裂特征及断裂能利用效率,结合物理试验与细观参数标定等方法,建立了青砂岩宏观-细观力学响应关系,分析了青砂岩在振动冲击复合加载下的破裂特征及裂纹分布特点,并研究了断裂能及其利用效率。研究结果表明:青砂岩在振动冲击复合加载下增加振幅与频率,青砂岩破裂均加剧且破裂特征及裂纹分布相似;剪切裂纹是导致裂纹扩展与延伸的主要原因,而最终断裂是拉伸和剪切裂纹相互作用的结果;改变冲击速度,断裂能与断裂能利用效率均显著提高,而改变振幅及振动频率,总体上均能小幅增加断裂能并提高断裂能利用效率。研究结果不仅对振动冲击复合加载下青砂岩破裂特征及断裂能利用效率进行了初步探索,也为岩石破碎工艺参数的合理选择提供了参考。

关键词：青砂岩振动冲击破裂特征断裂能利用效率

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CO_(2)吸附用竹基活性炭制备研究进展

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新型炭材料(中英文) 2025年第2期40卷 317-332页

作者：王炳杰解强沙雨桐刘金昌梁鼎成中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

CO_(2)排放引起的生态环境问题愈发严重,吸附分离被视为CO_(2)捕集的有效途径之一,活性炭是常用的吸附剂。随着制备活性炭的优质原料煤资源日渐枯竭,以中国资源丰富的竹材制备竹基活性炭成为活性炭生产技术发展的重要方向。本文系统综... 详细信息

CO_(2)排放引起的生态环境问题愈发严重,吸附分离被视为CO_(2)捕集的有效途径之一,活性炭是常用的吸附剂。随着制备活性炭的优质原料煤资源日渐枯竭,以中国资源丰富的竹材制备竹基活性炭成为活性炭生产技术发展的重要方向。本文系统综述孔结构、表面化学等影响活性炭CO_(2)吸附性能的影响机制,深入探讨活性炭组成、结构与CO_(2)吸附性能之间的构效关系;重点梳理竹基活性炭孔调节与表面改性策略及成型工艺等重要工艺环节,总结CO_(2)吸附用竹基活性炭的制备与改性方法研究进展。同时,本文还明确当前CO_(2)吸附用竹基活性炭在生产过程中亟待解决的关键技术难题,并对其未来发展方向提出了建议,为推进竹基活性炭在CO_(2)捕集领域的应用提供技术参考。

关键词：竹基活性炭 CO_(2)吸附孔调节表面改性成型

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锚杆预紧力对锚固岩体力学性能改善的试验研究

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岩石力学与工程学报 2025年第2期44卷 261-275页

作者：侯公羽邵耀华张世欧赵铁林刘春雷中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083

为研究预紧力锚杆对完整岩体及含裂隙岩体力学性能的影响,开展不同预紧力锚杆支护条件下完整岩体的单轴压缩试验和含裂隙岩体的直剪试验,并结合声发射技术揭示岩体内部裂纹演化特征。单轴压缩试验结果表明:(1)与无支护试件相比,极低预... 详细信息

为研究预紧力锚杆对完整岩体及含裂隙岩体力学性能的影响,开展不同预紧力锚杆支护条件下完整岩体的单轴压缩试验和含裂隙岩体的直剪试验,并结合声发射技术揭示岩体内部裂纹演化特征。单轴压缩试验结果表明:(1)与无支护试件相比,极低预紧力和低预紧力支护时完整岩体强度基本无变化,中等预紧力和高预紧力支护时完整岩体强度显著增大。(2)无支护、极低预紧力和低预紧力锚杆支护下岩体呈明显的单斜面剪切破坏;随锚杆预紧力的增大,锚固体破坏模式由剪切破坏转变为张拉劈裂破坏,这一破坏特征与声发射RA-AF值表征的裂纹类型相对应。直剪试验结果表明:(1)预紧力锚杆可显著提高含裂隙岩体的承载性能,随锚杆预紧力的增大,含裂隙锚固体的抗剪强度逐渐增大。(2)通过声发射信号分析,揭示直剪加载过程中含裂隙锚固体的裂纹演化模式;在加载初期,张拉和剪切裂纹比例相近;随加载的持续进行,剪切裂纹占主导地位。研究成果可为研究主动支护的作用机制及锚杆支护设计提供理论基础。

关键词：岩石力学锚固岩体预紧力锚杆力学响应声发射

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分布式光纤传感器在大体积混凝土筏板基础中的耦合性能研究

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岩土力学 2025年第4期46卷 1310-1322页

作者：侯公羽张世欧崔迪陈宏波毕立原尚宇豪中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083

大量的岩土工程例如大体积混凝土结构需要分布式的裂缝监测,光纤监测技术可以实现分布式监测。为了探究分布式光纤与大体积混凝土的耦合性能,开展了理论分析、数值模拟和室内试验研究,并在大体积混凝土筏板基础中进行了应用。结果表明:... 详细信息

大量的岩土工程例如大体积混凝土结构需要分布式的裂缝监测,光纤监测技术可以实现分布式监测。为了探究分布式光纤与大体积混凝土的耦合性能,开展了理论分析、数值模拟和室内试验研究,并在大体积混凝土筏板基础中进行了应用。结果表明:基于剪切滑移理论建立的光纤在受压状态下的应变传递模型能够实现对光纤应变传递效率的精确量化,并采用数值模拟验证了该模型的准确性和可靠性。通过对钢筋混凝土梁采用不同的光纤布置方法,并进行三分点分级加载试验,研究了不同布置方式下光纤与混凝土的耦合性能,结果显示沿箍筋垂直方向布设光纤与混凝土具有更好的耦合效果。大体积混凝土筏板基础的现场光纤监测应用研究表明,光纤传感器与大体积混凝土结构具有良好的耦合性能,准确监测到了筏板基础浇筑后各关键区域的应变演化过程与规律。研究成果为分布式光纤技术监测岩土工程结构的变形提供了理论基础和关键技术。

关键词：分布式光纤传感技术耦合性能应变传递机制大体积混凝土筏板基础应变监测

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煤焦油沥青对SiO界面改性增强锂离子电池循环稳定性

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复合材料学报 2025年第1期42卷 310-322页

作者：赵方正张海永栗彧君栾晨晖张玉坤李刚王永刚中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

煤焦油沥青具有高碳含量、可调控性和经济性等优点,在制备碳材料和碳复合材料中具有广泛的应用前景。采用沥青对SiO界面改性是抑制SiO自身膨胀、提升首次库伦效率和循环稳定性的有效策略。为改善沥青与基体材料间的结合性能,本文采用添... 详细信息

煤焦油沥青具有高碳含量、可调控性和经济性等优点,在制备碳材料和碳复合材料中具有广泛的应用前景。采用沥青对SiO界面改性是抑制SiO自身膨胀、提升首次库伦效率和循环稳定性的有效策略。为改善沥青与基体材料间的结合性能,本文采用添加黏结剂的方式制备负极材料。首先,通过空气交联低温条件下制备高软化点、高结焦值的改性沥青。以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为黏结剂,浸润结合SiO和改性沥青,制备得到前驱体(SiO@PVP@pitch)。通过原位聚合,将改性沥青转化为中间相沥青,然后高温炭化得到SiO/C复合材料,使碳涂层有一定的机械强度又具备导电性。偏光显微镜结果表明碳涂层良好的流线型结构,纤维更加细腻。高分辨透射电子显微镜(HRTEM)结果表明,SiO表面存在厚度约为90~100 nm的含有石墨晶格的碳包覆层。SiO和改性沥青按照5∶3质量比在400℃和900℃的温度条件下聚合和炭化,复合材料表现出优异的电化学性能,在0.5 A/g电流密度下具有550 mA·h/g的高比容量,可逆比容量660 mA·h/g,200次循环后比容量保持率为83.33%,在1.5 A/g电流密度下的比容量为472.8 mA·h/g。电化学阻抗谱(EIS)结果也证明了碳包覆层可以有效提高复合材料的导电性,从而增强SiO电极的循环稳定性。

关键词：负极核壳结构中间相沥青碳涂层锂离子电池

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L形冷弯薄壁型钢组合钢管混凝土柱轴压性能

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哈尔滨工业大学学报 2025年第1期57卷 77-91页

作者：吴丽丽刘艳霞武海鹏韩港豪中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083

为解决异形钢管混凝土柱阴角对其承载力的影响,提出了用1个冷弯薄壁方钢管和2个U形钢管焊接成L形钢管,内填充混凝土形成L形冷弯薄壁型钢组合钢管混凝土柱形式。设计了5组共10根试件的轴压试验,并开展了有限元参数分析,研究了钢管厚度、... 详细信息

为解决异形钢管混凝土柱阴角对其承载力的影响,提出了用1个冷弯薄壁方钢管和2个U形钢管焊接成L形钢管,内填充混凝土形成L形冷弯薄壁型钢组合钢管混凝土柱形式。设计了5组共10根试件的轴压试验,并开展了有限元参数分析,研究了钢管厚度、U形管外伸长度和钢材强度等参数对构件承载力和延性等力学性能的影响。结果表明:该类试件的主要破坏形态为中上部局部鼓曲破坏,适量增大U形管外伸长度可以提高承载力,但增大到一定程度之后易发生弯扭破坏;承载力和延性随着钢管厚度和钢材强度增大而增加;混凝土强度对构件的初始刚度和峰值荷载的影响都很小,但对曲线下降段的影响较大;试件端部和中部截面阴角处的混凝土应力值比各边中部更大,说明采用U形钢管与方钢管组合的方式改善了阴角处钢管对混凝土约束普遍较弱的问题。基于“统一理论”,给出了两种承载力建议计算公式,与试验结果吻合较好,两种计算方法在0.44~1.94的约束效应系数范围内具有良好的适用性。

关键词： L形 U形管钢管混凝土柱轴心受压承载力

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裂隙煤岩组合结构渐近破坏行为及应力演化特征

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煤炭学报 2025年第1期50卷 432-451页

作者：王凯张翔杜锋鞠杨李康楠孙加智王乙桥左晓欢中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室北京100083

结构弱面对于岩(煤)体力学性能具有显著影响。在地质构造作用或开采活动的影响下,深部矿井中普遍存在含宏观裂隙的煤岩组合结构形式的围岩。因此,研究裂隙煤岩组合结构试样的力学性能对于深部井巷围岩控制以及煤岩动力灾害防治具有重要... 详细信息

结构弱面对于岩(煤)体力学性能具有显著影响。在地质构造作用或开采活动的影响下,深部矿井中普遍存在含宏观裂隙的煤岩组合结构形式的围岩。因此,研究裂隙煤岩组合结构试样的力学性能对于深部井巷围岩控制以及煤岩动力灾害防治具有重要意义。研究对比分析了不同裂隙位置和裂隙角度对裂隙煤岩组合结构试样力学特性演变及渐近破坏特征的影响;进一步建立了裂隙煤岩组合结构的离散元模型,分析了裂隙位置与角度变化下的模型应力场演化、裂纹萌生扩展-特征应力值动态演变关系;最后,结合裂隙尖端应力场理论和界面约束效应理论,探讨了裂隙组合结构试样的力学机制。结果表明:裂隙主要作用于结构内的煤体,导致煤岩组合结构试样的强度和变形能力显著降低。试样的裂纹闭合应力、屈服应力、峰值应力、初始变形模量和弹性模量均随裂隙角度的增加而呈指数上升趋势。界面裂隙导致组合结构试样的损伤启动提前,屈服阶段的声发射计数在整个加载过程中占比较高。当裂隙角度靠近水平时,试样在达到峰值应力前裂纹扩展较快,累计损伤程度更大。不同试样的应变集中带均倾向于向煤体内传播,最终导致单材料或跨界面的宏观拉伸裂纹形成。研究还确定了力链场和应力场的特征区域分布,发现裂隙角度的变化会造成特征区域的偏转,其对界面约束效应产生显著影响。裂隙显著改变了常规煤岩组合结构中煤、岩体的极限强度分布。

关键词：裂隙煤岩组合结构应变场力学特性应力演化

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