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2011年日本Tohoku-Oki大地震(Mw9.0)震前超导重力数据研究

地球物理学进展 2024年

作者：付书计王辉葛帅寅马方圆宋宝家中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室

地震给人类造成重大的人员伤亡和经济损失，但目前还没有准确预测地震的有效途径。不少学者发现在一些地震发生前超导重力仪可能会观测到震前重力扰动，如2011年日本Tohoku-Oki大地震(Mw9.0)爆发前几天，部分台站会监测到一种缓慢增大... 详细信息

地震给人类造成重大的人员伤亡和经济损失，但目前还没有准确预测地震的有效途径。不少学者发现在一些地震发生前超导重力仪可能会观测到震前重力扰动，如2011年日本Tohoku-Oki大地震(Mw9.0)爆发前几天，部分台站会监测到一种缓慢增大的重力变化，这种重力变化是否为可信的地震前兆还值得进一步研究。本文通过对Kamioka站，Lhasa站、Wuhan站，Medicina站、Wettzell站这5个全球超导重力仪台站震前5天内的秒采样观测数据进行分析，经预处理和高通滤波去除固体潮，进一步通过带阻滤波(0.01Hz≤f≤0.10Hz)滤除了由地震引起的重力突变噪声，得到震前重力变化，发现位于欧洲的Medicina和Wettzell台站在震前3天，重力数据会出现缓慢增大，之后又缓慢减小的变化，其他台站则不存在这种变化。将震前重力变化与附近同时段地震数据进行对比发现，地震记录中同样存在与重力变化形态基本一致的变化，且两者几乎同时出现，计算各台站震前重力变化与地震数据之间的相关性，发现两者之间相关系数均大于0.8，说明震前重力变化是地表振动引起的同震噪声，不是主震的前兆信息。

关键词：超导重力数据地震波地震前兆同震

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回撤通道围岩稳定与主被动联控技术研究

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采矿与安全工程学报 2023年第4期40卷 774-785页

作者：闫帅张栋柏建彪郭永红中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 新疆工程学院矿业工程与地质学院新疆乌鲁木齐830091 国能蒙西煤化工股份有限公司内蒙古乌海016062

为解决综采工作面预掘回撤通道贯通及设备回撤期间大变形失稳问题,建立渐变煤柱承载力模型,引入Weibull分布函数对煤柱上方增量载荷进行高度拟合,并基于修正的SMP准则理论计算得出渐变煤柱临界失稳宽度为10.5 m。基于基本顶断裂位置与... 详细信息

为解决综采工作面预掘回撤通道贯通及设备回撤期间大变形失稳问题,建立渐变煤柱承载力模型,引入Weibull分布函数对煤柱上方增量载荷进行高度拟合,并基于修正的SMP准则理论计算得出渐变煤柱临界失稳宽度为10.5 m。基于基本顶断裂位置与回撤通道围岩稳定相互关系,确定基本顶合理跨度,分析揭示回撤通道围岩的失稳机理,并利用UDEC数值计算模型对回撤通道围岩响应特征进行模拟验证,结果具有一致性。提出“水力压裂主控切顶+高水材料墩柱让压支护”主被动联控技术成功应用于棋盘井矿I030901工作面回撤通道围岩控制。监测结果表明:工作面贯通时,墩柱最大工作阻力为9382 kN,巷道顶板最大下沉量为198 mm,支架工作阻力整面最大平均值为4278 kN,保证了综采设备安全高效回撤。

关键词：回撤通道失稳机理渐变煤柱墩柱支护水力压裂

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非均质复合岩巷围岩破坏机理及底鼓控制技术

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岩土工程学报 2022年第9期44卷 1699-1709,I0011,I0012页

作者：张栋柏建彪闫帅王瑞孟宁康王共元中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

深部高地应力、层间软弱夹层(结构面)等复杂应力环境下复合煤(岩)巷道围岩变形严重,底鼓问题尤为突出。针对某矿-830水平大巷复合区域岩巷底鼓大变形技术难题,梳理了复合岩巷现场变形破坏特征,分析了围岩破坏力学机制。结合滑移线场理... 详细信息

深部高地应力、层间软弱夹层(结构面)等复杂应力环境下复合煤(岩)巷道围岩变形严重,底鼓问题尤为突出。针对某矿-830水平大巷复合区域岩巷底鼓大变形技术难题,梳理了复合岩巷现场变形破坏特征,分析了围岩破坏力学机制。结合滑移线场理论建立底鼓力学模型,推导了底板破坏半径R0的显式解析式,并借助ZDY钻孔窥视仪对围岩内部损伤裂隙发育程度进行量化表征。建立UDEC数值计算模型反演了原支护下复合岩巷围岩应力、裂隙发育特征以及位移分布规律,综合分析了复合岩巷底鼓变形机理。结果表明:高地应力、邻近岩石极限强度差异大、底板岩性差、底板无支护或弱支护是复合岩巷产生底鼓大变形的根本性原因。结合现场调研及数值模拟分析结果,基于“固底–强帮”整体支护、“强–弱–强”组合承载圈分梯次加固底板的控制思路,提出了一种“全断面锚索+预制块反底拱”锚注联合支护技术应用于复合岩巷底鼓返修实践中。现场监测结果表明,巷道返修60 d内底鼓缓慢变形直至趋于稳定,最大底鼓量约为67.9 mm,相比原支护条件下底鼓变形量降低了95%,大大降低了巷道重复返修的可能性,确保了该矿煤炭资源安全高效开采。

关键词：复合岩巷底鼓全断面锚索预制块反底拱锚注联合支护

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采动覆岩卸荷膨胀累积效应的影响因素

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煤炭学报 2022年第1期47卷 115-127页

作者：许家林秦伟陈晓军胡国忠谢建林王晓振朱卫兵中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

采动覆岩经历了卸荷膨胀与再压实的动态过程,将覆岩卸荷膨胀总量随卸荷高度及承受载荷不断累积而发生动态变化的现象称为采动覆岩卸荷膨胀累积效应。采动覆岩卸荷膨胀累积效应是岩层移动过程中的自然现象,对岩层移动规律具有重要影响。... 详细信息

采动覆岩经历了卸荷膨胀与再压实的动态过程,将覆岩卸荷膨胀总量随卸荷高度及承受载荷不断累积而发生动态变化的现象称为采动覆岩卸荷膨胀累积效应。采动覆岩卸荷膨胀累积效应是岩层移动过程中的自然现象,对岩层移动规律具有重要影响。基于修正后的采动覆岩卸荷膨胀累积效应力学模型,以山西赵庄煤矿1311工作面内部岩层移动实测结果为基础,针对采高、采深和岩性对采动覆岩卸荷膨胀累积效应的影响开展了理论研究。结果表明:采动覆岩卸荷膨胀总量主要由垮落带和裂隙带的塑性膨胀与主关键层下部弯曲下沉带的弹性膨胀所组成,其中垮落带的塑性膨胀占比最大,弯曲下沉带的弹性膨胀占比最小。采动覆岩卸荷膨胀总量随覆岩卸荷高度的逐步增大呈现先增大到峰值后再逐步减小的过程,当覆岩主关键层破断后,弯曲下沉带的弹性膨胀量降为0,此时覆岩卸荷膨胀总量达到最小值,为覆岩残余膨胀量。采高对覆岩卸荷膨胀累积效应的影响主要体现在不同采高条件下垮落带与裂隙带高度不同。覆岩卸荷膨胀总量随采高的增大而增加,当采高由2.5 m增大至10.5 m时,卸荷膨胀总量峰值和残余碎胀量均增大3倍以上。与采高相比,采深变化一般不会改变垮落带与裂隙带高度,采深对覆岩卸荷膨胀总量峰值影响较小。采深对覆岩卸荷膨胀累积效应的影响主要体现在不同采深条件下覆岩残余膨胀量的不同,覆岩残余膨胀量随采深增大而减小,当采深由496.6 m增加至896.5 m时,覆岩残余膨胀量减少了32.5%。岩性对覆岩卸荷膨胀累积效应的影响主要体现在不同岩性碎胀煤岩被压实的难易程度不同,覆岩卸荷膨胀总量随岩性的变硬而增加。当初始切线模量和弹性模量由降低50%到增大50%时,覆岩卸荷膨胀总量峰值增加4.3%,但覆岩残余膨胀量增加110%。覆岩残余膨胀量决定了地表下沉系数大小,因此,覆岩卸荷膨胀累积效应可影响地表下沉系数变化规律。采高对地表下沉系数的影响并非单调线性的,下沉系数随采高增大是微量减小还是微量增大取决于关键层位置对裂隙带高度的影响情况。在充分采动条件下,由于塑性膨胀区残余膨胀量随采深增大而减小,下沉系数随采深增大而增大。当岩性由软变硬时,塑性膨胀区越不易被压缩,地表下沉系数相应减小。

关键词：卸荷膨胀累积效应关键层岩层移动下沉系数绿色开采

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仰斜综放开采顶煤运移规律及合理放煤参数研究

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煤炭科学技术 2022年第5期50卷 104-109页

作者：王圣志袁永朱成袁超峰钟慧伟中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116

为研究不同倾角的煤层在放煤过程中顶煤的运移规律和确定合理的放煤参数,采用PFC^(2D)颗粒流软件模拟济宁二号煤矿10301工作面不同倾角下的顶煤运移规律,并结合现场实测确定合理的放煤参数,得到了采放比、放煤步距、仰采角度对顶煤放出... 详细信息

为研究不同倾角的煤层在放煤过程中顶煤的运移规律和确定合理的放煤参数,采用PFC^(2D)颗粒流软件模拟济宁二号煤矿10301工作面不同倾角下的顶煤运移规律,并结合现场实测确定合理的放煤参数,得到了采放比、放煤步距、仰采角度对顶煤放出率的影响规律。结果表明:仰采角度越大,顶煤从初始位置运移到放煤口的位移距离越长;仰采角度越大,顶煤运移轨迹形成“倒勺子”形状就越明显,放煤过程中顶煤越容易向采空区运移,顶煤放出率越低;随着支架倾角的增加,顶煤在运移过程中与支架相互作用形成的“力链拱”、成拱效应越明显;济宁二号煤矿10301工作面的最佳采高确定为3.5 m,最佳放煤步距为0.8 m,最佳采放比为1:3,确定最佳放煤含矸率为7%;现场实测与模拟结果相近,验证数值模拟的可行性。

关键词：仰采综放开采煤层倾角顶煤运移路径含矸率

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典型铅锌矿区土壤重金属含量高光谱反演模型研究

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光谱学与光谱分析 2024年第6期44卷 1740-1750页

作者：吴艳花赵恒谦毛继华金倩王雪飞李美钰中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 煤炭资源与安全开采国家重点实验室(中国矿业大学) 北京100083 河北省地质实验测试中心河北保定071051 河北省矿产资源与生态环境监测重点实验室河北保定071051

矿区开采造成的土壤重金属污染严重影响作物产量、引发人体疾病;有效预防土壤重金属污染对健康的损害非常重要。高光谱快速、动态获取地物连续光谱信号的特点,为发展基于遥感的土壤重金属含量监测提供了新的思路。针对河北省涞源县典型... 详细信息

矿区开采造成的土壤重金属污染严重影响作物产量、引发人体疾病;有效预防土壤重金属污染对健康的损害非常重要。高光谱快速、动态获取地物连续光谱信号的特点,为发展基于遥感的土壤重金属含量监测提供了新的思路。针对河北省涞源县典型铅锌矿区,实地采集矿区及周边土壤样本,基于SVC HR-1024i地物光谱仪(350~2500 nm)获取土壤光谱反射率,通过对光谱数据进行平滑、一阶导数、多元散射校正、标准正态变换、多元散射校正后一阶导数、标准正态变换后一阶导数六种光谱数据组合变换,使用差值指数、比值和归一化方法从六种预处理数据中提取光谱指数,通过实验室化学测试分析得到土壤重金属镉、铅、锌含量,对不同重金属元素使用不同光谱变换方式进行预处理,得到不同类型重金属元素的最优光谱变换方式。采用差值指数、比值指数和归一化植被指数,提取不同光谱指数下的最优波段组合,从而得到用于不同重金属元素建模使用的最优自变量。基于随机森林和偏最小二乘回归法分别构建重金属元素反演模型。研究表明,通过对光谱数据预处理,可以有效地降低噪声,增强光谱特征。从结果来看,经过预处理后光谱数据与重金属含量相关性有所提高。对不同重金属元素建模选择对其最优的光谱指数自变量,增加了反演建模的有效特征。对三种重金属镉、铅、锌利用随机森林算法和偏最小二乘回归法建立预测模型,最优模型的R 2分别达到了0.90、0.91、0.84,证实了该方法的有效性。该研究可为铅锌矿区土壤重金属含量反演建模提供依据,为矿区土壤重金属含量检测提供方法参考。

关键词：矿区重金属污染光谱变换光谱指数反演模型

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基于LLE和SVM的地震断层自动识别方法

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煤炭学报 2023年第4期48卷 1634-1644页

作者：邹冠贵丁建宇任珂殷裁云董青山中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 华能煤炭技术研究有限公司北京101100

传统地震资料的断层解释主要依靠解释者的知识和经验,存在工作量大、效率低的问题。基于机器学习的断层识别方法,可以融合已有的地质资料、解释人员的知识和经验,构建高质量的数据集,增加解释的准确率。为了提高机器学习方法断层解释的... 详细信息

传统地震资料的断层解释主要依靠解释者的知识和经验,存在工作量大、效率低的问题。基于机器学习的断层识别方法,可以融合已有的地质资料、解释人员的知识和经验,构建高质量的数据集,增加解释的准确率。为了提高机器学习方法断层解释的准确率,构建基于局部线性嵌入(LLE)和支持向量机(SVM)算法的断层识别方法。首先,介绍了LLE和SVM算法的基本原理,说明各算法的计算过程和主要参数;然后建立断层正演模型,分析不同属性的断层响应特征,针对训练数据集中多种地震属性之间的信息冗余,分别通过LLE和主成分分析(PCA)2种算法对地震属性数据进行降维,引入的量化指标计算结果表明LLE算法对于非线性数据体有较好的降维效果;利用西上庄井田6条巷道、5口钻井揭露的11854个已知构造信息的数据点,分别训练SVM,PCA-SVM和LLE-SVM断层识别模型;以准确率A、查全率R、查准率P、F作为模型的衡量标准,对比各模型在工区数据上的预测分类性能;其中,LLE-SVM模型综合表现最佳,查准率可达94.4%,远高于其他模型;最后,利用构建的各模型对整个工区进行预测,并结合实际揭露情况和人机交互解释结果进行分析。综合结果表明,基于LLE和SVM的断层识别方法在去除冗余信息的同时能够有效突出断层响应特征,减少主观人为因素的影响,提高断层解释的效率。

关键词：断层识别地震属性优化煤田三维地震局部线性嵌入支持向量机

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露天矿保水材料持水效果及抗剪特性试验研究

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煤炭科学技术 2022年第10期50卷 35-41页

作者：陈涛舒继森韩流钱京中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116

由于煤炭资源的大规模开采和高强度的采矿作业,特别是露天开采造成大面积地表挖损,植被退化和水土流失现象严重,保水材料在露天矿保水复垦工艺技术中得到越来越多的重视。通过对保水材料进行持水效果试验,总结出保水材料的吸水、释水特... 详细信息

由于煤炭资源的大规模开采和高强度的采矿作业,特别是露天开采造成大面积地表挖损,植被退化和水土流失现象严重,保水材料在露天矿保水复垦工艺技术中得到越来越多的重视。通过对保水材料进行持水效果试验,总结出保水材料的吸水、释水特性,对不同配比的保水复垦土壤材料进行电导率EC值和pH值测试,分析了EC值和pH值变化规律,并基于直接剪切试验,揭示了保水复垦土壤材料的黏聚力、内摩擦角与保水材料含量的关系。试验表明:掺入60~100目(0.15~0.25 mm)的保水材料的保水复垦土壤材料持水效果较好;在常温和烘干条件下,不同目数的保水材料释水速率差距几乎相同,释水量大小差不多;随着测试时间的增加,质量分数为0.1%和0.33%保水复垦土壤材料的EC值逐渐减小且低于0.2,而0.50%和1.00%的EC值总体呈现增大趋势且在84 h时出现明显的突变,其pH值逐渐增大,且0.50%的pH值增大幅度较为缓和;保水复垦土壤材料的抗剪强度随着保水材料含量的增加呈现先增加后减小的趋势;黏聚力随着保水材料含量的增大逐渐减小,内摩擦角随着保水材料含量的增大呈现先增大后减小的趋势,当质量分数超过0.50%时,黏聚力下降速度增大,但内摩擦角达到最大值19.00°;在黏聚力相差不大的情况下,保水材料质量分数为0.50%时的内摩擦角比其他的都大,其保水复垦土壤材料的抗剪特性较好。

关键词：露天矿保水材料持水效果 EC值抗剪特性

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硫化氢气体在金属有机骨架中吸附机理的分子模拟研究

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安全与环境学报 2024年第1期24卷 99-107页

作者：孟筠青周子涵皮若楠王婕中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 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

研究硫化氢(H_(2)S)气体在金属有机骨架(Metal Organic Frameworks, MOFs)材料中的吸附机理,对应用MOFs材料控制城市地下有限空间内的H_(2)S气体具有重要意义。以不同类型的MOFs材料作为研究对象,基于Materials Studio软件建立了MOFs-H_... 详细信息

研究硫化氢(H_(2)S)气体在金属有机骨架(Metal Organic Frameworks, MOFs)材料中的吸附机理,对应用MOFs材料控制城市地下有限空间内的H_(2)S气体具有重要意义。以不同类型的MOFs材料作为研究对象,基于Materials Studio软件建立了MOFs-H_(2)S吸附体系,应用巨正则蒙特卡洛(Rand Canonical Monte Carlo, GCMC)方法及分子动力学(Molecular Dynamics, MD)理论研究了相互作用能、吸附热、金属位点、官能团等的影响,在分子层面讨论了H_(2)S气体在MOFs中的吸附特性及机理。应用等温吸附试验验证了所使用分子模型及力场的可靠性。结果表明:不同金属位点对于吸附量有较大影响,对H_(2)S气体的吸附作用由强到弱依次为Mg^(2+)、Ni^(2+)、Co^(2+)、Mn^(2+)、Zn^(2+);亲水性官能团的引入利于H_(2)S气体的吸附捕捉;UiO-66-Cu因其团簇为网状结构更利于H_(2)S气体的捕捉与吸附。同时,该研究建立了吸附热方程,提供了MOFs吸附效果评判标准,为MOFs材料应用于城市地下有限空间吸附H_(2)S气体提供了理论依据。

关键词：安全工程金属有机骨架(MOFs)材料 H_(2)S气体吸附分子模拟有限空间

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液氮溶浸对不同煤阶含水煤样渗流特性的影响

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岩土力学 2022年第11期43卷 3015-3026页

作者：张磊田苗苗曾世攀郭鲁成卢硕唐俊中国矿业大学矿业工程学院煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116

中国包含多种煤阶煤层,由于煤质、地质条件等差异,不同煤层中的水分赋存情况也具有较大差异性。煤阶、饱水度作为影响液氮低温致裂效果的两个重要因素,有必要对其进行深入研究。为此,分别选择褐煤、烟煤与无烟煤3种煤阶煤样,并制备得出... 详细信息

中国包含多种煤阶煤层,由于煤质、地质条件等差异,不同煤层中的水分赋存情况也具有较大差异性。煤阶、饱水度作为影响液氮低温致裂效果的两个重要因素,有必要对其进行深入研究。为此,分别选择褐煤、烟煤与无烟煤3种煤阶煤样,并制备得出饱水度分别为0%、33%与99%的煤样进行液氮溶浸处理,使用摄像机定点拍摄、观察煤样表面宏观裂隙处理前后的演化规律,并对煤样进行氮气渗流试验。试验结果表明:液氮溶浸后褐煤因产生的一条与多条贯穿裂隙发生整体结构上的断裂,烟煤表面有新裂隙产生,原生宏观裂隙有一定的扩展与延伸,无烟煤表面宏观裂隙无明显发育;煤样饱水度越高,液氮的致裂增透效果越显著;液氮溶浸对3种煤阶煤样的致裂增透效果关系为:褐煤>烟煤>无烟煤,在完全干燥状态下,由于热应力不足以破坏颗粒间链接,烟煤与无烟煤的增透效果近似相等;对于褐煤,液氮溶浸处理对完全干燥状态下的煤体即产生有效致裂,渗透率平均增幅高达559.35%,对于烟煤,在饱水度为33%和99%的状态下,液氮溶浸对煤体具有明显致裂效果,渗透率平均增幅分别为330.60%和448.77%,对于无烟煤,在饱水度为99%的状态下液氮溶浸处理才能对煤体产生有效致裂,渗透率平均增幅为185.53%。

关键词：煤阶饱水度液氮溶浸无因次渗透率渗透率增幅

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