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煤炭转化 2025年

作者：田兵陈亭雨邱尚锟闫成祥苑艺瀚内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古自治区矿业工程重点实验室内蒙古自治区煤炭安全开采与利用工程技术研究中心内蒙古煤炭绿色开采与绿色利用协同创新中心

煤矸石排放量大，长期堆放危害严重，而煤矸石活化作为实现资源化利用的关键必需环节，需要深入了解其现状及发展趋势。本文介绍了煤矸石活化的背景及意义，简述了煤矸石常见的活化方法及原理，着重于采用活化焙烧的方法提取化工产品（... 详细信息

煤矸石排放量大，长期堆放危害严重，而煤矸石活化作为实现资源化利用的关键必需环节，需要深入了解其现状及发展趋势。本文介绍了煤矸石活化的背景及意义，简述了煤矸石常见的活化方法及原理，着重于采用活化焙烧的方法提取化工产品（氧化铝、二氧化硅、铁的氧化物及稀有金属元素锂、镓、钛）的阐述，并对相关工艺技术的研究现状及进展进行了总结，分析了当前煤矸石活化存在的问题，最后，对今后煤矸石活化的发展方向提出了建议。目前，煤矸石活化存在原料差异大、活化率低、经济效益低及二次污染的问题，具体而言：煤矸石原料差异大，活化需求不一，应聚焦煤矸石主产区，因地制宜的开展高值化元素的活化研究、发展煤矸石堆积区及周边产业的有机协同，发展煤矸石多元素、多组分梯级利用工艺流程和技术；对于活化率低的问题，可组合活化方式，优化组合活化工艺，探寻最优活化配比，从而有效提高活化效果，还可与其他固废材料协同利用，同步提高两种固废的高值元素活化率；煤矸石活化成本高，经济效益低需要降低活化成本，探索高附加值产品提升收益，政府应给予相关活化项目财政减免、资金补贴等支持，并坚持产品性能优化从而提升市场认可度；对于环境二次污染问题，应从煤矸石的产出，堆放，活化到废液废渣废气处置的全生命周期入手，构建煤矸石全生命周期绿色发展体系。

关键词：煤矸石活化资源化利用氧化铝硅

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花岗岩及细粒花岗岩声发射时频域特征分析

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地下空间与工程学报 2025年第1期21卷 100-108页

作者：王创业隋青瑞游茹韩天宇刘城成内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010 内蒙古自治区矿业工程重点实验室内蒙古包头014010 内蒙古自治区煤炭安全开采与利用工程技术研究中心内蒙古包头014010 内蒙古煤炭绿色开采与绿色利用协同创新中心内蒙古包头014010

为进一步研究不同粒度花岗岩内部裂纹演化特征,对花岗岩及细粒花岗岩进行单轴压缩声发射试验。结果表明:对比事件率、累积事件数、能率、累积能量可知细粒花岗岩在裂纹不稳定扩展阶段裂纹萌生能力弱于花岗岩,在峰后破坏阶段表现出较强... 详细信息

为进一步研究不同粒度花岗岩内部裂纹演化特征,对花岗岩及细粒花岗岩进行单轴压缩声发射试验。结果表明:对比事件率、累积事件数、能率、累积能量可知细粒花岗岩在裂纹不稳定扩展阶段裂纹萌生能力弱于花岗岩,在峰后破坏阶段表现出较强的脆性特征;花岗岩高幅值声发射(AE)信号占比约为细粒花岗岩的2倍,花岗岩高幅值声发射信号占比更多,破坏更剧烈;主破裂发生之前细粒花岗岩的平均频率(AF)值高于花岗岩,细粒花岗岩在主破裂发生之前孕育更高占比的张拉裂纹;对试样求取主频熵值,发现主频熵值的“波动升高波动降低”的拐点可作为试样的临界破坏前兆点;试样内部各阶段不同类型AE信号演化规律进行分析,发现在裂纹稳定扩展阶段中花岗岩出现大量低幅值中主频的声发射信号,说明花岗岩在此阶段会积累更多的损伤。

关键词： RA-AF值主频熵值时频域归一化频谱图

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生态脆弱矿区覆岩采动裂隙渗流演化规律及自修复表征

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煤田地质与勘探 2025年第3期53卷 143-155页

作者：李建伟孙艳超张传玖他旭鹏曹健张健内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010 内蒙古自治区矿业工程重点试验室内蒙古包头014010 内蒙古自治区煤炭安全开采与利用工程技术研究中心内蒙古包头014010 内蒙古煤炭绿色开采与绿色利用协同创新中心内蒙古包头014010 国家能源神东煤炭集团有限责任公司布尔台煤矿内蒙古鄂尔多斯071000

【目的】我国西部生态脆弱区受煤矿开采影响巨大,在开采扰动下采空区上覆含水岩层遭到破坏,易导致水资源流失、土地荒漠化等问题,为此人工引导裂隙自修复进而保护或恢复地下水位至关重要。【方法】以内蒙古布尔台煤矿22108工作面为工程... 详细信息

【目的】我国西部生态脆弱区受煤矿开采影响巨大,在开采扰动下采空区上覆含水岩层遭到破坏,易导致水资源流失、土地荒漠化等问题,为此人工引导裂隙自修复进而保护或恢复地下水位至关重要。【方法】以内蒙古布尔台煤矿22108工作面为工程背景,采用物理相似试验、数值计算与理论分析等方法,深入研究开采扰动和裂隙水渗流耦合作用下生态脆弱矿区煤层覆岩裂隙渗流演化规律,并对覆岩裂隙自修复效果进行表征分析。【结果与结论】结果显示:(1)基于位移差值系数,裂隙发育总体表现为采空区两侧高度发育、中部压实的“双峰”状分布。(2)工作面推进78 m时,导水裂隙已发育至第Ⅱ含水层,此时位移差值系数为0.25,并出现突变现象,渗流演化分布与覆岩裂隙发育开始呈现强相关性,位移差值系数由0.25增大至0.40时,覆岩隔水层含水率平均增加2.0%,且开采边界附近裂隙导流能力大于其采空区中部覆岩裂隙导流能力。(3)开采结束后,第Ⅱ含水层水位较开采前有所下降,平均水位下移13 m,由于采空区压实及覆岩采动裂隙闭合形成新的含水层,地下水流场实现自身演替。(4)经长期残余沉降、应力压实等多因素耦合影响,覆岩裂隙岩体表现出隔水层降渗的自修复现象,根据模拟开采完毕8.3 a后自修复结果显示,基于导水裂隙渗流速度求得采空区中部覆岩区域自修复率为45.5%~55.6%,开采边界区域自修复率为6.3%~25.0%;基于覆岩含水率求得采空区中部区域自修复率为33.3%~35.7%,开采边界区域自修复率为10.0%~18.2%。研究成果为揭示西部生态脆弱矿区覆岩裂隙渗流演化规律及其自修复特性的定量表征提供了理论依据。

关键词：生态脆弱区煤矿流固耦合裂隙发育渗流演化裂隙自修复

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近距离煤层开采覆岩裂隙活化特征与隔水层稳定性

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煤田地质与勘探 2025年第4期53卷 153-167页

作者：曹健苏海涛王超李建伟李亮毛旭魏内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010 内蒙古自治区矿业工程重点实验室内蒙古包头014010 内蒙古自治区煤炭安全开采与利用工程技术研究中心内蒙古包头014010 内蒙古煤炭绿色开采与绿色利用协同创新中心内蒙古包头014010

【背景】陕北侏罗纪煤田近距离煤层重复采动覆岩裂隙活化发育加剧,易导致隔水层失稳,引起地下水流失。【方法】为揭示近距离煤层开采覆岩裂隙发育特征及隔水层稳定性,采用实测统计、物理相似模拟及理论分析相结合的方法,提出基于陕北侏... 详细信息

【背景】陕北侏罗纪煤田近距离煤层重复采动覆岩裂隙活化发育加剧,易导致隔水层失稳,引起地下水流失。【方法】为揭示近距离煤层开采覆岩裂隙发育特征及隔水层稳定性,采用实测统计、物理相似模拟及理论分析相结合的方法,提出基于陕北侏罗纪煤田近距离煤层保水开采的主要煤岩组合类型划分,分析重复采动裂隙活化发育规律,建立重复采动隔水层稳定性判据。【结果和结论】研究表明,依据该煤田上部近距离两层可采煤层煤-水赋存条件及地质特征,可分为薄及中厚-厚型(Ⅰ型)、厚-薄及中厚型(Ⅱ型)、厚-厚型(Ⅲ型)、薄及中厚-薄及中厚型(Ⅳ型)4种类型。得出基于上述4类条件采动覆岩上行与下行裂隙发育的隔水层破坏特征,重复采动裂采比(上行裂隙发育高度/复合采高)一般为14~30,相比上部单一煤层开采显著减小,下行裂隙发育深度为复合采高的1.6~3.0倍。建立基于重复采动裂隙发育高度(深度)的隔水层稳定性判据,当隔水层厚度大于等于重复采动裂隙发育高度、深度、安全厚度之和时,隔水层稳定,反之失稳;给出陕北侏罗纪煤田重复采动隔水层稳定性评价,包括稳定-稳定、稳定-失稳、失稳-失稳3种情况。研究成果可为陕北侏罗纪煤田近距离煤层保水开采的隔水层稳定性判据确定与控制提供理论基础。

关键词：近距离煤层覆岩裂隙裂隙活化隔水层破坏稳定性判据

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改进SSA优化BPNN的煤体瓦斯渗透率预测模型

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中国安全科学学报 2025年第2期35卷 137-143页

作者：汪伟崔欣超祁云李绪萍王璜瑞齐庆杰内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010 内蒙古自治区矿业工程重点实验室内蒙古包头014010 内蒙古自治区煤炭安全开采与利用工程技术研究中心内蒙古包头014010 山西大同大学煤炭工程学院山西大同037000 内蒙古煤炭绿色开采与绿色利用协同创新中心内蒙古包头014010 辽宁理工学院辽宁锦州121000

为更加精确地预测煤体瓦斯渗透率,进而保障煤矿安全生产,构建基于改进麻雀搜索算法(ISSA)优化反向传播神经网络(BPNN)的煤体瓦斯渗透率预测模型。首先,通过引入Sine混沌映射和高斯变异改进麻雀搜索算法(SSA),以增强其全局搜索能力和局... 详细信息

为更加精确地预测煤体瓦斯渗透率,进而保障煤矿安全生产,构建基于改进麻雀搜索算法(ISSA)优化反向传播神经网络(BPNN)的煤体瓦斯渗透率预测模型。首先,通过引入Sine混沌映射和高斯变异改进麻雀搜索算法(SSA),以增强其全局搜索能力和局部寻优精度,从而优化BPNN的权值和阈值配置;然后,通过皮尔逊相关系数矩阵和核主成分分析(KPCA)处理瓦斯渗透率影响因素的数据,以提高模型的计算效率和准确性,并以累积方差达88.59%的3个主成分提取为模型输入,渗透率作为输出进行试验;最后,将该模型应用于山西某煤矿进行实例验证。结果表明:ISSA-BPNN在平均绝对误差(MAE)、平均绝对百分比误差(MAPE)、均方根误差(RMSE)和决定系数R^(2)等4个指标上优于粒子群算法(PSO)优化BPNN、PSO优化支持向量机(PSO-SVM)、PSO优化最小二乘支持向量机(LSSVM)及SSA优化BPNN(SSA-BPNN)模型,且相较于其他模型在测试样本中的平均绝对误差(MAE)分别降低0.0327、0.022、0.0179、0.0182;MAPE分别降低5.15%、3.14%、2.76%、2.36%;RMSE分别降低0.0316、0.0279、0.0188、0.0222;R^(2)分别提高0.0775、0.0658、0.0401、0.0493;实例验证表明模型可靠性和稳定性较高。

关键词：改进麻雀搜索算法(ISSA) 反向传播神经网络(BPNN) 煤体瓦斯渗透率预测模型

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混合动力矿用卡车多因素和多目标的集成优化研究

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金属矿山 2025年第4期 201-210页

作者：李洪亮尚利花内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010 内蒙古自治区矿业工程重点实验室内蒙古包头014010 内蒙古自治区煤炭安全开采与利用工程技术研究中心内蒙古包头014010 内蒙古煤炭绿色开采与绿色利用协同创新中心内蒙古包头014010 内蒙古科技大学经济管理学院内蒙古包头014010

混合动力矿用卡车的部件参数和控制参数共同制约整车的综合性能,针对其优化涉及多因素和多目标的特点,提出了混合动力矿用卡车集成优化研究。建立以动力性为约束条件,部件参数和控制参数为优化变量,燃油经济性和系统体积最小化为目标的... 详细信息

混合动力矿用卡车的部件参数和控制参数共同制约整车的综合性能,针对其优化涉及多因素和多目标的特点,提出了混合动力矿用卡车集成优化研究。建立以动力性为约束条件,部件参数和控制参数为优化变量,燃油经济性和系统体积最小化为目标的优化模型。在此基础上,构建Isight优化平台集成Matlab约束模型和AMESim整车仿真模型的优化框架,采用Pointer智能优化算法进行求解,获得了燃油经济性和系统体积最小化的最佳Pareto解集。与NSGA-Ⅱ算法和经验调试相比,Pointer智能优化算法在保证混合动力矿用卡车动力性的基础上,显著提高了燃油经济性并降低了系统体积。综合分析多变量和多目标之间的关系,获得了各优化变量对燃油经济性、系统体积最小化和动力性的耦合规律及调整方法。通过AMESim仿真分析发现,与优化前相比,优化后发动机参与驱动减少,并且更多地工作在燃油经济区,蓄能器储存和释放能量的频率和幅度增加,证明了本次提出的集成优化方法的可行性和有效性。

关键词：混合动力矿用卡车燃油经济性系统体积最小化 Pointer智能优化算法 NSGA-Ⅱ算法

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白云鄂博-铌铁矿磁选行为与机理研究

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矿产综合利用 2025年

作者：李曙光陈琪王岩杨杰曹钊内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古自治区矿业工程重点实验室内蒙古自治区煤发安全开采与利用工程技术研究中心内蒙古煤炭绿色开采与绿色利用协同创新中心内蒙古自治区应急管理技术中心

铌因其卓越的物理化学特性，被视为重要的战略资源。白云鄂博地区蕴藏丰富的铌矿资源，已发现28种稀土矿物，其中含铌矿物多达11种。然而，铌在多种矿物中呈现富集态，分离难度较大，难以实现大规模高品位铌矿的有效分选。铌铁矿作为主... 详细信息

铌因其卓越的物理化学特性，被视为重要的战略资源。白云鄂博地区蕴藏丰富的铌矿资源，已发现28种稀土矿物，其中含铌矿物多达11种。然而，铌在多种矿物中呈现富集态，分离难度较大，难以实现大规模高品位铌矿的有效分选。铌铁矿作为主要的含铌矿物，因其复杂的矿物性质和弱磁性特征，以及复杂的解离界面，使其分选工艺具有较大挑战性。本研究选取白云鄂博尾矿，利用磁选法对铌铁矿进行富集，借助MATLAB等软件对铌铁矿的磁选行为进行了模拟分析。同时，基于第一性原理，应用密度泛函理论（DFT）分析了铌铁矿的晶体结构、晶面特征、表面能、能带结构及态密度等，为铌铁矿磁选过程提供理论支撑。研究结果表明，铌铁矿为弱磁性矿物，需在1000到2000高斯的磁场强度下实现有效分离。铌铁矿颗粒捕获半径与聚磁介质直径成反比、与颗粒直径成正比。铌铁矿的磁性主要来源于Fe原子的局域磁矩，而Nb和O原子的贡献相对较小。由于磁选过程具有环保和低能耗的优势，因此被视为铌铁矿高效提取的可行方法。本研究为铌铁矿的磁选行为与分离机理提供了宝贵的见解，并为铌铁矿提取工艺的优化提供了理论与技术支持。

关键词：矿业工程铌铁矿磁选模拟第一性原理

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采矿工程专业学生创新创业教育体系研究与改革实践

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包头职业技术学院学报 2025年第1期26卷 94-98页

作者：曹健王创业李建伟内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010 内蒙古自治区矿业工程重点实验室内蒙古包头014010 内蒙古自治区煤炭安全开采与利用工程技术研究中心内蒙古包头014010 内蒙古煤炭绿色开采与绿色利用协同创新中心内蒙古包头014010

文章基于采矿工程专业学生创新创业教育现状与背景分析,通过建立理论课堂教育点、实践设计教育点和科创研究教育点,提升采矿工程专业学生参加大学生创新创业相关大赛的积极性及效果成果,系统构建采矿工程专业学生创新创业教育体系,从而... 详细信息

文章基于采矿工程专业学生创新创业教育现状与背景分析,通过建立理论课堂教育点、实践设计教育点和科创研究教育点,提升采矿工程专业学生参加大学生创新创业相关大赛的积极性及效果成果,系统构建采矿工程专业学生创新创业教育体系,从而为采矿工程专业学生创新创业教育提供新思路。

关键词：采矿工程专业创新创业理论课堂实践设计科创研究

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三维离散元多级可变刚度预应力锚杆/索支护模拟研究

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采矿与岩层控制工程学报 2025年第2期 153-169页

作者：吴祥业蒙显泽王帅王婧雅庞政内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古自治区矿业工程重点实验室内蒙古自治区煤炭安全开采与利用工程技术研究中心内蒙古煤炭绿色开采与绿色利用协同创新中心

为明确采动应力条件下锚杆/索支护体与围岩间的力学关系,采用理论分析、数值模拟和现场观测的方法进行了研究。建立了符合实际锚杆/索受力变形特征的多级可变刚度锚杆索PFC3D离散元数值模型,分析了多级可变刚度预应力锚杆/索轴力分布特... 详细信息

为明确采动应力条件下锚杆/索支护体与围岩间的力学关系,采用理论分析、数值模拟和现场观测的方法进行了研究。建立了符合实际锚杆/索受力变形特征的多级可变刚度锚杆索PFC3D离散元数值模型,分析了多级可变刚度预应力锚杆/索轴力分布特征,阐明了锚杆/索的支护特性和受采动影响的受力、破断特征。研究结果表明:（1）基于离散元锚杆/索颗粒运动特性和接触模型特性展现工程锚杆/索受力变形特征,改变颗粒拉伸过程中平行黏结法向刚度（■）值控制颗粒接触刚度,实现离散元锚杆/索变刚度功能;（2）引入阶段临界系数作为多级可变刚度判定阈值,实现了单根轴向单排颗粒锚杆/索在受拉过程中多级刚度特性,构建了不同类型多级可变刚度离散元锚杆/索模型,其特征曲线符合实验室锚杆/索拉伸特性;（3）获得三维巷道围岩预应力锚杆/索轴力分布特征,自由段轴力基本保持不变呈圆柱状分布,锚固段轴力呈圆锥状,分界点处达到峰值;（4）采动应力作用下,轴力大小呈现先减小后增大的趋势,两帮相同位置锚杆轴力大小呈现非对称性特征;失效锚索周围锚杆轴力大于有效锚索周围锚杆轴力,锚杆/索轴力变化出现阶段性规律,并展现出锚杆/索拉、剪、弯、扭受力变形特征,符合现场锚杆/索破断类型。

关键词：颗粒流预应力锚杆/索变刚度特性巷道支护

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多策略改进SSA优化KELM的边坡稳定性预测模型

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中国安全科学学报 2025年第3期 92-98页

作者：祁云薛凯隆李绪萍汪伟白晨浩吉准泽内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古自治区矿业工程重点实验室内蒙古自治区煤炭安全开采与利用工程技术研究中心内蒙古煤炭绿色开采与绿色利用协同创新中心山西大同大学煤炭工程学院内蒙古科技大学材料与冶金学院

为了能够更加精准地预测边坡稳定状态，从而有效预防边坡失稳事故，提出改进麻雀搜索算法（ISSA）与核极限学习机（KELM）相结合的ISSA-KELM边坡稳定性预测模型。首先，将边坡失稳特征中的容重、黏聚力等6个主要影响因素作为预测指标，... 详细信息

为了能够更加精准地预测边坡稳定状态，从而有效预防边坡失稳事故，提出改进麻雀搜索算法（ISSA）与核极限学习机（KELM）相结合的ISSA-KELM边坡稳定性预测模型。首先，将边坡失稳特征中的容重、黏聚力等6个主要影响因素作为预测指标，建立边坡稳定性评价数据集；其次，引入Sine混沌映射、Levy飞行策略、动态自适应权重以及融合最优爆炸策略和反向学习改进麻雀搜索算法（SSA），以提高其全局搜索能力和稳定性；而后利用ISSA优化KELM中的核参数ψ和正则化系数C，提升其预测精度，同时避免KELM出现过拟合现象；最后，对比分析ISSA-KELM模型与SSAKELM、粒子群优化算法（PSO）-KELM以及PSO-支持向量机（SVM）模型的预测结果，并将ISSAKELM模型应用于山西某露天煤矿。结果表明：ISSA-KELM模型的准确率、精确率、召回率和F1分数分别达到了0.945 9、1、0.866 7和0.929，均优于SSA-KELM、PSO-KELM和PSO-SVM模型，模型的预测结果与实际值最为接近，表明所建ISSA-KELM模型具有较强的泛化能力。

关键词：边坡稳定性预测模型改进麻雀搜索算法(ISSA) 核极限学习机(KELM) 预测指标混淆矩阵

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