检索结果-内蒙古大学图书馆

清华大学学报(自然科学版) 2025年第3期65卷 614-624页

作者：王欣宇王恩元岳建华朱国庆程德强刘晓斐李德行郑司建中国矿业大学安全工程学院徐州221116 中国矿业大学资源与地球科学学院徐州221116 中国矿业大学信息与控制工程学院徐州221116 中国矿业大学碳中和研究院徐州221116

煤矿掘进工作面前方的应力和结构异常区是煤与瓦斯突出的高发区域。为研究直流电法应用于煤体应力分布和异常区超前探测的可行性,该文开展了煤样单轴分级加载视电阻率测试试验,研究了煤样单轴分级加载过程中,视电阻率的时空演化规律;利... 详细信息

煤矿掘进工作面前方的应力和结构异常区是煤与瓦斯突出的高发区域。为研究直流电法应用于煤体应力分布和异常区超前探测的可行性,该文开展了煤样单轴分级加载视电阻率测试试验,研究了煤样单轴分级加载过程中,视电阻率的时空演化规律;利用直流电法超前探技术对突出矿井的掘进工作面进行了连续跟踪探测,揭示了煤矿掘进工作面前方的应力分布与视电阻率的区域对应关系,以及应力异常区域的地-电响应特征,并与钻屑量和实际揭露情况进行了对比验证。该文研究结果表明:受载煤样的视电阻率时空演化规律与应力变化密切相关,高阻区域和视电阻率均值随应力增加呈先减少后增大的趋势,煤样的结构演变是视电阻率变化的主要原因;掘进工作面前方的视电阻率与煤体应力分布较吻合,从迎头向煤体深处,呈先降低后缓慢升高,并逐渐趋于稳定的变化趋势,能基本反映应力“三带”分布情况;当原岩应力区出现较明显的高低阻不规律分布特征时,可视为应力或结构异常区域响应信号;基于钻屑量和后期揭露发现,视电阻率划分区域与实际情况的一致性较高,表明直流电法可有效探测和识别煤岩体掘进工作面前方的应力分布和异常区域。该文研究结果不仅可为基于直流电法的煤与瓦斯突出危险区域精准超前探测提供理论依据和技术支撑,还可为拓展煤岩动力灾害超前预警提供参考。

关键词：煤与瓦斯突出直流电法探测预警应力异常灾害防控

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基于循环推进算法的采煤工作面围岩温度场数值模拟研究

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煤炭学报 2025年第1期50卷 409-420页

作者：秦跃平郭铭彦唐飞刘强张冀昕侯浩楠赵微中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083

随着浅部赋存煤炭资源的日益枯竭,深部开采已经成为煤炭资源开发的新常态。深部高温高湿的热环境将危害作业人员健康,增加机电设备故障率,极易引发井下安全事故。高温围岩作为采煤工作面的最主要热源之一,长期以来其散热量计算依赖于拟... 详细信息

随着浅部赋存煤炭资源的日益枯竭,深部开采已经成为煤炭资源开发的新常态。深部高温高湿的热环境将危害作业人员健康,增加机电设备故障率,极易引发井下安全事故。高温围岩作为采煤工作面的最主要热源之一,长期以来其散热量计算依赖于拟合经验式,缺乏科学合理的计算方法。基于傅里叶定律和能量守恒定律,建立了采煤工作面二维围岩温度场非稳态数学模型,运用有限体积法对模型进行了离散,提出了以坐标间断移动来模拟实际割煤进刀过程的循环推进新算法,显著提高了动态推进条件下高温采煤工作面围岩散热的计算精度。随后以单个节点为例详细介绍了循环推进算法流程,基于Visual Studio编程平台自主开发了数值解算程序,并结合工程背景开展了采煤工作面高温围岩温度场及散热规律的数值模拟研究与实测验证工作。结果表明:模拟结果与现场实测数据变化趋势基本一致,平均相对误差为6.15%;在连续循环割煤过程中,围岩温度场呈现周期性变化特征;在一个循环周期内,各区域围岩散热强度在进刀循环开始时达到峰值,随后不稳定换热系数开始快速下降,且下降趋势逐渐减缓;传统的拟合经验式忽略了割煤循环过程中围岩散热强度随时间的改变,高估了围岩散热能力;在热害严重的采煤工作面,通过适当减缓进刀速度或采用截深更浅的采煤机刀头可有效减少围岩散热。

关键词：采煤工作面围岩散热围岩温度场循环推进算法不稳定换热系数

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PLA/ZIF-8-NS纳米纤维膜的制备及高效滤除超细颗粒物性能

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高等学校化学学报 2025年第2期46卷 163-173页

作者：王圣程王存民郝雅馨朱桂英李欣雨宋欣译张明明徐欢何新建徐州工程学院土木工程学院中国矿业大学安全工程学院中国矿业大学材料与物理学院中国安全生产科学研究院

通过微波辅助法制备了具有高比表面积的咪唑酸分子筛框架-8（ZIF-8）纳米片（ZIF-8-NS）,并将其作为纳米电介质均匀分散到聚乳酸（PLA）溶液中,通过静电纺丝技术制备了ZIF-8-NS功能化PLA（PLA/ZIF-8-NS）纳米纤维膜；研究了PLA/ZIF-8-N... 详细信息

通过微波辅助法制备了具有高比表面积的咪唑酸分子筛框架-8（ZIF-8）纳米片（ZIF-8-NS）,并将其作为纳米电介质均匀分散到聚乳酸（PLA）溶液中,通过静电纺丝技术制备了ZIF-8-NS功能化PLA（PLA/ZIF-8-NS）纳米纤维膜；研究了PLA/ZIF-8-NS纳米纤维膜的微观结构及性能.结果表明,ZIF-8-NS的加入使PLA/ZIF-8-NS纤维明显细化（平均直径253 nm）,且纤维表面粗糙度提升;PLA/ZIF-8-NS纳米纤维膜的表面电位达到10.4 k V,介电常数达到2.71,表现出优异的电荷存储能力;PLA/ZIF-8-NS纳米纤维膜对颗粒物的滤除性能优异,在85 L/min的高空气流速下对PM0.3和PM0.3～2.5的过滤效率分别达到95.57%和99.95%,空气阻力为305.3 Pa,且过滤360 min后对PM0.3仍能保持98.50%的高过滤效率;PLA/ZIF-8-NS纳米纤维膜还具有优异的抗菌性能,对金黄色葡萄球菌的抑菌率达到99.9%.研究结果表明,PLA/ZIF-8-NS纳米纤维膜在实现长效低阻颗粒物滤除方面具有巨大潜力,能够为高尘环境作业人员的呼吸健康防护提供重要保障.

关键词：聚乳酸纳米纤维膜咪唑酸分子筛框架-8纳米片界面极化长效过滤

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风积沙胶结充填体力学特性与破坏特征研究

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采矿与安全工程学报 2025年第2期42卷 418-429页

作者：王树帅杨仁树李永亮岳中文辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000 北京科技大学资源与安全工程学院北京100083 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

风积沙胶结充填体的力学特性对充填效果具有重要影响,其力学特性具有尺寸效应,且在充填过程中会形成分层结构。从内部因素(材料配比)与外部因素(尺寸及分层层数)两方面对风积沙胶结充填体力学特性进行研究,分析风积沙替代率(风积沙替代... 详细信息

风积沙胶结充填体的力学特性对充填效果具有重要影响,其力学特性具有尺寸效应,且在充填过程中会形成分层结构。从内部因素(材料配比)与外部因素(尺寸及分层层数)两方面对风积沙胶结充填体力学特性进行研究,分析风积沙替代率(风积沙替代矸石的质量比)对矸石-风积沙胶结材料性能的影响,并在替代率试验的基础上,采用响应面法从“单因素—双因素交互作用—三因素耦合效应”3个层面揭示水泥含量、灰_((粉煤灰))沙_((风积沙))比和质量浓度对充填体强度的影响。结果表明:充填体强度随三因素增加均增大,在交互作用中,一因素的增加会促进另一因素的增强效果;充填体力学性能随高宽比与分层层数的增加而降低;随着高宽比的增加,充填体破坏形式表现为“多条裂缝—单条裂缝—无裂缝贯穿充填体上下表面”,裂纹逐渐集中于充填体中下部;高宽比较大的充填体在局部裂纹作用下即失去承载能力;分层充填体在分层面处先产生裂纹,而后裂纹向分层面两侧基质内延伸。研究结果可为风积沙胶结充填工艺选择合理的材料配比及充填结构提供相应的理论依据与指导。

关键词：风积沙充填力学特性破坏特征尺寸效应分层结构

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共轭微孔聚合物-碳纳米管混合基质膜的可控成核生长与PM/CO_(2)同步捕集机理

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高等学校化学学报 2025年第4期46卷 123-132页

作者：徐明伟杨尚学刘冠林汪少振王存民李佳琪李湘张一帆张明明何新建徐欢北京石油化工学院安全工程学院北京102617 中国矿业大学安全工程学院徐州221116 中国矿业大学材料与物理学院徐州221116 中国安全生产科学研究院北京100012

混合基质膜(MMMs)通过将聚合物的优点与有机/无机填料相结合来提高吸附和分离性能.共轭微孔聚合物(CMPs)具有层次化的多孔结构和丰富的杂原子吸附位点,能够在复杂的环境中实现高效、稳定的气体吸附和分离.本文构建了碳纳米管(CNTs)网络... 详细信息

混合基质膜(MMMs)通过将聚合物的优点与有机/无机填料相结合来提高吸附和分离性能.共轭微孔聚合物(CMPs)具有层次化的多孔结构和丰富的杂原子吸附位点,能够在复杂的环境中实现高效、稳定的气体吸附和分离.本文构建了碳纳米管(CNTs)网络支撑CMPs膜,该膜以具有三维网络结构的CNTs为柔性基底,以具有分级多孔结构和丰富杂原子吸附位点的CMPs为吸附活性层,旨在解决制备过程中多孔聚合物自成膜难的问题.所制备的CMP-CNTs膜保留了CNTs的三维网络结构和CMPs的分级多孔结构,在高效吸附颗粒物(PM)和分离二氧化碳/氮气(CO_(2)/N_(2))的同时显著降低了渗透阻力.在酸碱环境中,CMP-CNTs对PM3.0的拦截效率超过99.9%.孔隙性质测试结果表明,CMP-CNTs具有与气体分子动力学直径相似的尺寸特征和由氮和氧杂原子引起的极性诱导环境,因此具有优异的CO_(2)/N_(2)分离能力.CMP-CNTs对CO_(2)/N_(2)混合组分的选择性高达119[273 K,1.0 bar(1 bar=0.1 MPa)].本文将CMPs同轴共价接枝在CNTs表面形成核壳结构的混合基质膜,这种将多孔聚合物和柔性基底优势互补的加工方法表现出设计灵活性和工艺普适性.

关键词：混合基质膜同轴共价接枝核壳结构酸碱耐受性颗粒物/CO_(2)同步捕集

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分子视角下煤对O_(2)/CH_(4)混合气体的竞争吸附研究

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中国安全科学学报 2025年第1期35卷 137-145页

作者：贺姝静彭程阳康建宏张耕显中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116

为深刻理解煤表面对O_(2)/CH_(4)混合气体的竞争吸附特性,基于巨正则蒙特卡罗法(GCMC)分析煤表面孔隙分布和化学结构;采用分子模拟研究不同浓度、不同压力、不同温度下O_(2)/CH_(4)混合气体竞争吸附过程中的吸附量和吸附热变化特征,并... 详细信息

为深刻理解煤表面对O_(2)/CH_(4)混合气体的竞争吸附特性,基于巨正则蒙特卡罗法(GCMC)分析煤表面孔隙分布和化学结构;采用分子模拟研究不同浓度、不同压力、不同温度下O_(2)/CH_(4)混合气体竞争吸附过程中的吸附量和吸附热变化特征,并通过吸附选择性揭示O_(2)/CH_(4)混合气体在煤表面的竞争吸附机制。结果表明:O_(2)与CH_(4)浓度比为7/3时,二者的等温吸附曲线接近;不同条件下O_(2)与CH_(4)的积分吸附热相差不大,O_(2)约19.5~20.0 J/g,CH_(4)约24.0~24.8 J/g;当O_(2)与CH_(4)浓度比为7/3~2/8时,O_(2)的积分吸附热大于CH_(4);随着温度升高,O_(2)与CH_(4)的吸附量均减少,且O_(2)对CH_(4)的吸附选择性增大,气体压力对竞争吸附的影响减弱;低气体压力条件下,CH_(4)比O_(2)吸附速率更快,当混合气体总压增加时,CH_(4)比O_(2)先达到饱和吸附;随着混合气体中O_(2)浓度的增加,O_(2)对CH_(4)的吸附选择性呈现降低趋势,但CH_(4)的吸附竞争力始终优先于O_(2)。

关键词：煤 O_(2)/CH_(4)混合气体竞争吸附吸附热分子模拟

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赤泥-偏高岭土-硅灰-水泥-脱硫石膏多元堵漏风材料的制备及性能

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煤炭学报 2025年

作者：付明明王梦瑶刘亚楠陈璐郎东莹王泉龙张吉成王明煜山东航空学院建筑工程学院中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院

针对煤矿采空区漏风带来的有氧灾害问题，从落实减排固碳战略，综合利用工业固废的角度出发，选择以赤泥、水泥、偏高岭土等为主要材料等制备新型多元体系胶凝材料（R-M-S-C-D）并开展堵漏风性能研究。以水灰比、赤泥与偏高岭土比例、... 详细信息

针对煤矿采空区漏风带来的有氧灾害问题，从落实减排固碳战略，综合利用工业固废的角度出发，选择以赤泥、水泥、偏高岭土等为主要材料等制备新型多元体系胶凝材料（R-M-S-C-D）并开展堵漏风性能研究。以水灰比、赤泥与偏高岭土比例、硅灰掺量和脱硫石膏掺量为变量，设计四因素四水平正交实验，进行胶凝材料流动度测试，开展抗折实验、抗压实验以及孔结构特征、胶凝材料产物成分、产物官能团和形貌特征等微观分析。实验结果表明，在减水剂作用下，新型多元体系胶凝材料最佳配合比为水灰比0.5、赤泥掺量18%、偏高岭土掺量18%、脱硫石膏掺量6%、硅灰掺量8%、水泥掺量50%，此时新型多元胶凝材料性能最优，抗折强度达到7.53MPa，抗压强度达到28.87MPa，孔隙率为17.89%。经XRD分析得出多元胶凝材料的水化产物包括Ca（OH）2、CaCO3、水化硅酸钙凝胶（C-S-H）等凝胶和结晶；FTIR分析表明材料中Si-O键和Al-O键增多；TG分析得出，在30℃到200℃区间内水化产物中的结合水质量损失较大，表明R-M-S-C-D中生成大量的凝胶和结晶；SEM扫描观察到大量网状或团簇状凝胶和钙矾石等结晶。在碱和硫酸盐的协同激发作用下，胶凝材料反应生成水化硅酸钙凝胶（C-S-H）、水化硅铝酸钙凝胶（C-A-S-H）、钙矾石等产物，它们起到了很好的骨架支撑作用和孔隙填充作用，同时优化了力学性能和孔隙结构。该研究表明以赤泥-水泥为基体的固废新型体系对煤矿堵漏风具有良好的应用前景。

关键词：赤泥胶凝材料力学性能孔隙结构堵漏风

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迎采工作面沿空掘巷围岩能量-应力全周期演化规律

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煤炭科学技术 2025年第4期53卷 162-175页

作者：陈定超王襄禹柏建彪李梦龙卢建飞张飞腾孙世奇赵祥岍于洋中国矿业大学矿业工程学院中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室中南大学资源与安全工程学院徐州工程学院土木工程学院

迎采动工作面沿空掘巷经历上工作面侧向基本顶断裂、回转、下沉全过程的全周期动压影响，巷道变形量大、维护困难。本文以温庄煤矿15105工作面为工程背景，提出在原有25 m煤柱迎采动面掘巷的基础上，沿上工作面非稳定采空区后方改变巷... 详细信息

迎采动工作面沿空掘巷经历上工作面侧向基本顶断裂、回转、下沉全过程的全周期动压影响，巷道变形量大、维护困难。本文以温庄煤矿15105工作面为工程背景，提出在原有25 m煤柱迎采动面掘巷的基础上，沿上工作面非稳定采空区后方改变巷道掘进轨迹，将区段煤柱宽度减小至6 m，进行沿空掘巷。为了证明方案的可行性，采用FLAC3D建立数值模型，模拟了原方案与优化方案2种情况下的巷道围岩能量-应力全周期（迎15103采动工作面掘进、非稳定采空区侧巷道掘进、15105工作面回采）演化规律。模拟结果显示：（1）迎15103采动工作面掘进期间，应力和能量主要集中在区段煤柱的采空区侧。（2）非稳定采空区侧巷道掘进期间，与原方案相比，优化方案使6 m煤柱内部能量和应力转移至工作面煤体侧。（3） 15105工作面回采期间，采取原方案时，能量和应力均向25 m煤柱回采侧集中，应力峰值达到31.2 MPa，最大能量为192.4 kJ/m3；采取优化方案时，能量和应力均向工作面实体煤侧转移，6 m煤柱具备一定承载能力，并且整个过程中应力集中程度低、能量无明显聚集，回采期间6 m煤柱内部应力峰值仅8.1 MPa，最大能量为126.7 kJ/m3。在此基础上，确定了优化方案的可靠性，并结合数值模拟结果和现场地质条件，提出将巷道分成4个区段：迎采对掘段、临空掘巷段、渐变煤柱段和沿空掘巷段，建立了巷道围岩分区控制体系，设计了锚杆、索支护参数。最终成功开展了工业性试验，现场监测结果显示各区段巷道整体控制效果良好。

关键词：迎采掘进沿空掘巷煤柱双屈服模型应变软化模型

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矿井直流电法偶极-偶极超前探测装置模拟及其应用

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煤炭学报 2025年第1期50卷 564-571页

作者：岳建华滕小振习丹阳张河瑞吴晓康鲁凯亮中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116 中煤集团山西华昱能源有限公司山西朔州036000 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

煤矿井下直流电法超前探测是探查掘进工作面前方含导水构造的主要方法之一,现场实际应用时多采用基于球壳理论发展出来的三极超前探测装置,近年来许多学者对该装置的探测精度与分辨率产生了质疑,且该装置井下施工时需布置无穷远电极,进... 详细信息

煤矿井下直流电法超前探测是探查掘进工作面前方含导水构造的主要方法之一,现场实际应用时多采用基于球壳理论发展出来的三极超前探测装置,近年来许多学者对该装置的探测精度与分辨率产生了质疑,且该装置井下施工时需布置无穷远电极,进而造成施工效率低和成本高等问题。为提高直流电法超前探测精度和现场施工效率,提出了矿井直流电法偶极-偶极超前探测装置,通过理论研究、数值模拟和实测数据分析相结合的方式,对偶极-偶极装置的探测能力进行研究。首先,建立全空间地电模型对直流偶极子源的电场分布特征进行正演模拟,证明了该方法在直流电法超前探测中的可靠性与可行性。然后,通过设置均匀全空间地电模型和含不同形状低阻异常体的地电模型进行数值模拟,对比分析了单极-偶极与偶极-偶极装置的超前探测效果及对低阻异常体的响应特征。最后,通过现场试验,获得了掘进巷道工作面前方的电性响应特征,采用瞬变电磁超前探测方法进行对比分析,得到工作面前方5~45 m内有一处低阻异常,经钻探验证该异常属实。结果表明:采用矿井直流电法偶极-偶极超前探测装置可以有效地探查掘进工作面前方的低阻异常体,且该方法探测精度和施工效率高,节省了大量的人力和物力,具有理论意义和实际应用价值。

关键词：矿井直流电法超前探测偶极-偶极装置数值模拟响应特征

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狭长通道内侧壁限制对双火源火焰形态影响试验研究

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安全与环境学报 2025年第1期25卷 67-74页

作者：赵胜中杜凯姚勇征王飞许甜甜山东建筑大学热能工程学院济南250101 中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083

狭长通道内贴壁双火源火灾的燃烧特性与开放空间及非贴壁场景有显著不同。针对两种典型的火灾场景(中间火和贴壁火),考虑热释放速率和火源分离距离的影响,开展了一系列缩尺寸火灾试验,研究侧壁限制对狭长通道内双火源火焰形态的影响。... 详细信息

狭长通道内贴壁双火源火灾的燃烧特性与开放空间及非贴壁场景有显著不同。针对两种典型的火灾场景(中间火和贴壁火),考虑热释放速率和火源分离距离的影响,开展了一系列缩尺寸火灾试验,研究侧壁限制对狭长通道内双火源火焰形态的影响。结果表明:在相同热释放速率及量纲一火源分离距离S/D的条件下,贴壁火相较中间火更容易发生火焰融合现象;引入火焰融合概率表征火焰的融合状态,提出了贴壁火火焰融合概率分段预测模型,得到了贴壁火火焰完全融合和间歇性融合的临界判据,二者均比中间火的大;对于给定的热释放速率和量纲一火源分离距离,贴壁火的火焰长度明显比中间火的长。考虑火焰非撞击顶棚的火灾场景,对文献提出的中间火量纲一火焰长度预测模型进行了修正,并以双火源的空气卷吸周长作为特征长度,提出了狭长通道内贴壁火的量纲一火焰长度预测模型。

关键词：安全工程狭长通道侧壁限制双火源火焰融合概率火焰长度

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