摘要：为探究酸化作用后砂岩破坏过程中的变形局部化时空演化规律,利用可视化三轴压缩伺服控制试验系统,开展了酸性化学腐蚀后砂岩的三轴压缩试验,基于三维数字图像相关技术,对砂岩变形局部化时空演化特征进行研究.试验结果表明:在三轴压缩荷载作用下,砂岩变形局部化具有渐进性,应变值处于前5%的应变点逐步集中于试件宏观破裂面;在相同围压下,砂岩表面宏观断裂出现的变形局部化带宽度随着浸泡时间的延长呈现先增大后减小的趋势;基于三维数字图像相关技术可获取砂岩在三维空间中的表面变形数据点,通过分析砂岩受载过程中前5%较大应变点的时空演化特征,发现变形局部化带与试件轴向的夹角整体上随着浸泡时间的延长而减小,且随着浸泡时间延长,破裂面呈现由曲面向平面转化的趋势.

摘要：针对深部煤层低渗难抽的问题,提出一种脉动空气爆冲高效增透技术,可以显著提升煤层渗透率及瓦斯抽采效率.主要阐述了高压脉动空气爆冲卸压机理,利用LS-DYNA软件,在不同强度煤体、埋深、起爆压力、脉动次数等条件下进行数值模拟,并分析高压脉动空气爆冲致裂效果.结果表明:通过对RHT模型中p-a状态方程、RHT本构方程的参数进行理论研究与计算,得出RHT模型参数,使得RHT损伤本构模型能更好反映煤的动力变形与破坏过程.对于脉动空气爆冲致裂,通过控制单一变量,得出有效致裂范围整体上与煤体强度呈负相关关系,对中硬煤体的致裂效果最佳,其有效致裂范围为2.52 m;有效致裂范围与煤体埋深呈负相关关系,其在埋深为 300 m时对硬煤体的有效致裂范围为0.47 m;有效致裂范围与煤体起爆压力呈正相关关系,其在起爆压力为 100 MPa时对硬煤体的有效致裂范围为2.83 m;有效致裂范围与煤体脉动次数呈正相关关系,其在脉动 3 次时对硬煤体的有效致裂范围为2.72 m.建立各因素对影响有效致裂范围的回归模型,进一步分析了不同因素对有效致裂范围影响的相关性.

摘要：可控电脉冲技术能够有效改善煤岩孔裂隙结构,提高煤层透气性,在煤层增透领域具有较好的应用前景.采用自主研制的可控电脉冲致裂煤岩增透试验系统,开展电容分别为 2、4、6、8 μF条件下煤岩试样的冲击测试,研究煤岩体内冲击波传播规律及结构损伤特征,并利用扫描电镜和低温N2(77 K)吸附法对煤样的微观结构进行测试分析.结果表明:可控电脉冲作用煤岩冲击压力持续了数微秒,且在煤岩试样相同位置产生的冲击波峰值压力随电容的增大而显著增大,峰值压力最大增加 6.23 倍;电容为2、4、6、8 μF条件下可控电脉冲作用煤岩试样产生的裂纹密度分别为 1.407 72、2.064 64、9.123 04、16.700 19 m-1,煤岩试样裂纹密度与电容之间呈指数函数关系;随着电容的增大,煤样中产生了大量的新生孔裂隙,煤样的总孔容和比表面积最大分别增加了 2.3、3.6 倍,孔隙分形特征明显,可控电脉冲击穿煤样后对其微观孔裂隙结构具有明显的改善作用,可为煤中瓦斯运移提供良好的通道.

摘要：四川盆地泸州地区石油天然气开发已进入成熟期,拥有大量的废弃油气井,且含水率较高,研究其地热资源的转型开发对实现区域"双碳"目标具有战略意义.研究区位于印支期泸州—开江古隆起之上,二叠系栖霞—茅口组是最主要的岩溶型热储层,具备典型的盆地型岩溶层控中低温地热系统特征.基于废弃油气井丰富的地质、地震、钻井及测井资料,开展储盖组合、温度分布与构造样式分析,揭示了研究区古隆起范围内地热聚热机制属"热传导+隐伏断裂热对流+热辐射反射聚热"叠加型聚热机制,并采用体积法对地热资源量进行了定量评价.研究表明:印支期发育的泸州古隆起导致地壳隆升,喜山、燕山期构造运动导致断裂发育,诱导深部热流向地处隆起区的泸州地区聚集,共同组成了构造聚热机制.栖霞—茅口组地热资源总量为2.894×1020 J,折合标准煤9.87×109 t,资源潜力巨大.

摘要：为探究适用于生产矿井的涌水量预测方法,首先,从大井概念模型出发,分析了煤矿"大井"需数十年才能形成,地下水流场时效性参数难以获取,吉哈尔经验公式存在过度延伸引用、少量的参数代表性不足等问题,综合导致大井法预计误差高达84%～398%.其次,基于矿井涌水量历时曲线特征是井田水文地质条件综合反映的观点,提出了基于趋势线的矿井涌水量预测方法;通过建立新型涌水量台账计算得到的吨煤富水系数更接近实际情况,提升了富水系数法预测的准确性.最后,以同一矿井为例,分别采用富水系数法和趋势线法对矿井未来 3 年的涌水量进行了预测,2 种方法所得结果的相对误差为14.2%～17.3%.综合对比上述 3 种方法,大井法适用于矿井初设阶段和投产初期阶段,而生产矿井宜采用富水系数法或趋势线法,其前提是涌水量数据采集需具备连续性和完整性.

摘要：针对当前煤炭行业中煤矸石分选识别效果差、效率低等问题,提出一种基于YOLOv8n改进的煤矸石识别检测方法:①用Ghost卷积替换YOLOv8n中的标准卷积,将Ghost卷积融入C2f模块,构建C2fGhost模块,减少网络参数量;②设计多尺度自适应融合模块,取代YOLOv8n拼接模块,优化多尺度特征信息融合策略,提升特征融合整体质量和识别精度;③采用动态检测头,提高模型对尺度、空间和任务3 个维度的处理能力.实验结果表明,与YOLOv8n模型相比,改进后模型的平均精度均值P提升了3%,检测帧率快了8.4 帧/s,参数量减少了24%,浮点运算量降低了16%,模型体积缩减了25%.

摘要：为探究采动过程中围岩渗透系数演变及断层导水演化规律,采用理论分析手段,基于莫尔-库仑准则和最大拉伸准则进行推导,获得应力、水压影响下的渗透系数突变数学模型,将其引入FLAC3D数值模拟软件,建立了渗透系数动态演化的FLAC3D 渗透性突变表征模型;采用数值模拟模型方法,以山东某矿区为工程背景,对底板断层活化及最终形成突水的过程进行模拟,分析了采动过程中断层渗透系数阶段演化及承压水导升规律.结果表明:承压水导升相较于断层活化存在显著滞后效应,采动停止后,水力劈裂作用仍持续;断层初始渗透性越好,水体导升势能损耗越小,承压水导升速度越快;承压水导升速度与煤层埋深及断层初始渗透系数呈正相关关系,埋深越浅,渗透系数变化越小,导升速度越慢.研究成果可为存在断层活化及底板滞后突水事故风险的工作面水害防治提供参考.

摘要：在新《矿产资源法》背景下,有序推进社会资本深度参与矿山生态修复,助力矿山生态修复从传统政府主导模式转向政策引导、法治保障、市场运作、资本参与多元模式融合,依托生态价值驱动、绿色金融创新、交易技术研发等多方因素共同推动矿山生态修复产业化、市场化与资本化进程.充分挖掘矿山生态修复市场化模式,深入剖析矿山生态修复核心驱动力,科学践行新《矿产资源法》中矿山生态修复的具体规定,系统阐述矿山生态修复市场化路径:构建"政策工具创新、资源优化配置、治理标准对标"多视角市场引导体系;探索集合"交易平台建设、交易机制创新、交易供给优化、交易监测监管"多维度市场运行体系;建立涉及"资本引导、金融创新、业态融合"多层次矿山生态修复社会资本支持框架;筹划涵盖"资源评估、市场转化、产业集群"多领域矿山生态产品价值转化机制.持续推动矿山生态修复从传统行政主导的单一治理模式向"法治刚性约束、政策柔性引导、市场弹性调节"并行联动转型升级,促进矿山生态修复从"末端综合治理"向"生态经济社会"协同增益范式跃迁,进而为实现矿区生态文明建设与矿业经济高质量发展深度融合提供合理参考.

摘要：总结了碱激发材料固化高矿化度矿井水中盐离子的机理及新型技术研究进展,分析了国内相关应用场景与技术关键.以高矿化度矿井水、煤矸石、粉煤灰、普通硅酸盐水泥及外加剂为原料,制备了碱激发胶凝充填材料,通过调节不同外加剂含量,测试试块抗压强度及浸泡液中离子浓度.结果表明,添加4.8%工业水玻璃的试块抗压强度最高.在此基础上,进一步添加氧化钙作为外加剂,同时,对粉煤灰进行高温预处理,最终氯离子固化率达到 87.54%,硫酸根离子固化率大于或等于 98.72%.实验结果表明,基于煤基固废的碱激发材料能有效固化矿井水中的盐离子.在Cl-与SO2-4 共存条件下,需重视离子固化优先级,通过配比优化合理分配铝源;粉煤灰预处理是提升碱激发材料性能的有效手段,可显著提高离子固化率与资源利用率;针对不同水质特征的矿井水,应开发定制化配比方案,并结合预处理工艺,以实现盐离子的高效固化与资源化利用.

摘要：为科学量化不同露天开采工艺的碳排放强度,明确其碳排放差异,以支撑露天煤矿的低碳化工艺选择.基于生命周期评价(LCA)方法,识别了露天煤矿不同开采工艺全生命周期内碳排放源,并以各生产环节为研究对象,采用方差分析法,系统分析了单斗卡车间断工艺、单斗卡车半移动破碎站半连续工艺、轮斗连续工艺、单斗自移式破碎机半连续工艺和抛掷爆破拉斗铲倒堆工艺等 5 种开采工艺的碳排放强度特征.研究结果表明:5 种开采工艺的碳排放强度差异显著,各工艺的碳排放量由大到小依次为单斗卡车间断工艺、单斗卡车半移动破碎站半连续工艺(约等于单斗卡车自移式破碎机半连续工艺)、轮斗连续工艺、抛掷爆破拉斗铲倒堆工艺;运输排弃环节为多数工艺碳排放的核心排放源,碳排放占比47.06%～87.49%,在碳排放源构成方面,单斗卡车间断工艺主要为柴油消耗,占比82.55%～87.49%,单斗卡车半移动破碎站半连续工艺主要为电能消耗,占比42.41%～69.47%;对开采工艺进行综合优化配置可显著降低碳放,单斗卡车半移动破碎站半连续工艺采用大带宽输送系统碳排放可降低12%～15%,单斗卡车工艺运输环节设备大型化可使碳排放强度降低 18%,设备"以电代油"可使碳排放强度降低80%.

摘要：深刻理解坡面尺度下采煤沉陷的水土流失效应是实现黄河中游煤炭开采区水土流失精准防控的重要科学基础.以陕北典型黄土采煤沉陷盆地为研究区,通过FLAC3D 数值模拟,从"坡位(边坡部位、中心部位、边缘部位)、自然坡度(5°、15°、25°、35°、45°)、坡向(顺坡、逆坡)"三元耦合的角度揭示采煤沉陷盆地主断面上凹形黄土坡面形变特征,基于CSLE模型和经验模型阐明凹形黄土沉陷坡面的土壤侵蚀效应.研究结果表明:在"坡位、自然坡度、坡向"三元耦合下,采煤沉陷会导致凹形黄土坡面的坡度增大,其中坡位是关键控制因子,坡度增幅随坡位由边缘向中心过渡呈"先升后降"的变化趋势,并在"边坡部位+自然坡度5°+顺坡"条件下达到最大,为 11.85%.无论是在"年侵蚀降雨"尺度还是"典型场次侵蚀降雨"尺度下,采煤沉陷均会导致凹形黄土坡面的土壤侵蚀模数增大,增幅在"边坡部位+自然坡度5°+顺坡"条件下达到最大,分别为11.40%、10.14%,坡位仍是关键控制因子.建议将根据地表凹形黄土坡面在采煤沉陷区的相对位置关系调整优化地下采煤工作面的布置,作为黄河中游陕北黄土采煤沉陷区水土流失效应的采前精准防控策略.

摘要：注浆充填是解决充水条件下高大采空区易发生大规模塌陷的关键技术,浆液扩散规律对工程设计具有重要意义.运用正交试验法开展水灰比、注入介质粒径和注浆压力对浆液扩散半径与压力稳定值的影响研究,深入讨论浆液扩散形状和浆液压力的变化规律.研究结果表明:各因素对浆液扩散半径影响由大到小依次为注入介质粒径、水灰比、注浆压力,其中注入介质粒径对浆液扩散半径影响具有显著性;各因素对浆液压力稳定值影响由大到小依次为水灰比、注入介质粒径、注浆压力,其中水灰比和注入介质粒径对压力稳定值影响具有显著性;在注浆过程中,浆液流动经历了竖向沉降、横向扩散和向上渗透 3 个阶段;压力变化整体呈现出动力峰值、排水卸压、阶梯式增长及趋于稳定的动态特征.研究结果可为注浆充填设计提供参考.

摘要：采矿活动驱动下的土地利用变化对矿区"碳源—碳汇"平衡具有深远影响,探究其演变规律对推进区域绿色发展至关重要.以淮南矿区为研究对象,基于2000-2024 年Landsat卫星影像提取土地利用数据,结合能源消费与夜间灯光数据,采用InVEST模型与政府间气候变化专门委员会(IPCC)碳排放系数法,对矿区碳储量、碳收支及水上光伏碳减排效益进行定量评估.研究结果表明:淮南矿区土地利用结构变化显著,采矿与建设用地扩张、耕地减少等因素,导致碳储量持续下降;碳收支时空分异明显,采煤活动在增加碳排放的同时也因沉陷水域形成而增强碳汇能力;光伏电站年均减排CO2 约67 万t,全周期累计减排CO2 量相当于全区 4 a碳排放总量.基于研究结果,提出差异化分区治理策略,可为资源型区域低碳转型提供依据.

摘要：为解决多数充填开采技术采煤、充填工序的时空矛盾,综合分析国内煤矿充填开采技术的应用现状,探讨了现有各类充填开采技术存在的问题.基于此,结合自行设计的采充独立复合液压支架,提出了煤矿无损充填开采技术构想,划分了无损充填开采技术途径,以实现煤炭开采过程中生态环境、开采效率与工作空间的近零损害;基于研究团队相关成果,提出了一种适用于无损充填开采的强化充填法,并完善了工艺流程,可实现充填体强度对于顶板破断过程中不同区域运动差异性的精准适配.以上述研究为基础,提出煤矿无损充填开采技术的未来发展方向为轻便化高效能设备的集成技术、智能化的采充装备、多元化利用的矸石基材料.

摘要：历史遗留废弃矿山生态修复是国土空间生态保护修复的重要组成部分与重点攻坚领域,其修复成效直接关系到国土空间生态系统的"短板"补齐程度.新形势下,亟须通过新理念、新技术和新标准系统解决历史遗留矿山问题,推进生态修复与相关产业融合发展."基于自然的解决方案(Nature-based Solutions,NbS)"被视作实现可持续发展的核心手段,系统阐述了其与历史遗留废弃矿山生态修复联系,构建了"多维度基底诊断—自然适配方案设计—分模块协同精准施策—长期监测与动态优化—生态价值转化与长效管护"全周期自然协同的生态修复技术体系,深入分析了其面临的自然基底、政策机制、技术适配、经济可持续、社会协同、监测评估多维度挑战,提出了持续理论研究、加强技术实践、推进长期监测、完善政策法规、注重公众参与实践路径,总结了NbS在历史遗留废弃矿山生态修复的经验启示,以增强生态修复与矿山本土自然特征的契合度,最终推动历史遗留废弃矿山形成自我维持、良性循环的绿色发展新格局.

摘要：陕北煤矿区作为我国重要的煤炭生产基地,长期的矿产资源开发引发了地表沉陷、植被退化、水资源破坏等一系列生态环境问题.为实现矿区生态环境的精准管控与修复,针对现有技术难以满足动态化和精准化监测的要求,提出了集"空—天—地"监测技术于一体的综合监测体系框架.该体系整合了卫星遥感、无人机遥感、地面传感器网络与人工实地调查等多种技术手段,涵盖了地质灾害、植被生态、水体环境、大气环境及土壤环境五大监测主题.通过设计多层次监测指标体系,明确了监测内容、技术方法与预警阈值.以陕北煤矿区生产矿井为例进行了应用实践,结果显示:2024 年 1 月至12 月期间,矿区地表形变达毫米级(A～D区累计形变-45.49～-23.60 mm);土地损毁以塌陷(1 254.70 hm2)、压占(12.33 hm2)为主;植被以中覆盖度(20.36%)、较高覆盖度+高覆盖度(33.49%)为主;地下水属 V 类水;土壤重金属整体符合农用地土壤污染风险管控标准.基于监测数据开发了矿山生态环境监测系统,实现"感知—分析—预警—决策"闭环管理.研究表明,该体系可实现对大范围矿区生态环境的动态实时和量化监测,为矿区生态环境监管提供了有效的数据支撑和决策依据.

摘要：矿区土地利用结构的持续演变对区域生态系统碳储量变化具有显著影响,量化煤炭开发区不同发展情景下土地利用转型对碳储量的响应机制,对于实现能源基地生态恢复与"碳达峰碳中和"目标具有重要意义.以榆神府矿区为研究对象,基于 1990-2021 年遥感影像数据,采用 InVEST模型定量评估不同时期碳储量变化特征,并通过PLUS模型模拟 2035 年在自然发展、耕地保护与生态保护 3 种情景下的土地利用分布,结合地理探测器模型揭示碳储量空间分异的主导驱动因子及其交互机制.结果表明:①1990-2021 年矿区土地利用格局显著变化,建设用地持续扩张,未利用地明显减少,草地和林地面积增加使碳储量总体呈上升趋势;②不同发展情景下碳储量响应显著,生态保护情景碳储量增幅最大(13.94%),耕地保护情景略有下降,说明政策参数显式化在模拟中具有重要调控作用;③碳储量空间分异受自然与人类双重驱动,黄土区以人类活动强度为主导,覆沙区受降水等自然因子约束.研究构建了"政策—情景—土地—碳储"链式耦合框架,揭示了半干旱能源基地碳储量演变的自然—社会协同机制,可为煤炭资源开发区生态修复、空间规划优化与区域碳管理提供科学支撑.

摘要：夜光遥感可直观反映资源枯竭型城市人类活动强度与城市扩张轨迹,有助于推动资源枯竭型城市绿色低碳转型发展.以黄河流域典型资源枯竭型城市焦作市为研究对象,基于类NPP/VIIRS夜间灯光遥感数据开展城市建成区识别,对 2000-2024 年焦作市建成区扩张与空间结构演变进行分析.结果表明:①焦作市建成区面积由52 km2 增至119 km2,扩张过程呈现"快速扩张—波动发展—内部优化"3 个阶段,反映资源枯竭型城市空间结构由粗放外扩转向集约内涵;②城市重心整体呈现"西北→东南"转移趋势,表明政策引导下功能新区对城市结构重构的主导作用;③SPSS单因素分析表明建成区扩张与常住人口、第一产业、GDP、城镇化率呈高度正相关关系,与原煤产量呈负相关关系;④地理探测器分析表明,自然条件因素逐渐减弱,政策引导、基础设施建设与新型产业聚集成为城市扩张和功能重构的核心驱动力.本研究揭示了典型资源枯竭型城市由依赖资源驱动向绿色低碳发展的转型路径,可为资源枯竭型城市绿色低碳转型发展提供科学依据.

摘要：赤泥作为一种碱性固体废弃物,可通过碳化反应实现对CO2 的矿化封存.为探究拜耳法赤泥在不同液固比、温度及CO2 流量条件下的湿法碳化特性,得到各条件下赤泥的储碳性能.以碳化后赤泥的烧失量和pH变化量作为评价其储碳能力的指标,通过动力学拟合分析了不同变量对赤泥碳化改性的影响程度.利用XRD、FT-IR、N2 吸附和SEM等手段,研究了赤泥碳化产物的演化规律,并探讨了赤泥的湿法碳化机理.结果表明,在液固比2.0∶1、CO2 流量100 mL/min、反应温度 30℃的最优条件下,赤泥储碳率可达5.68%,赤泥浆的pH值由9 逐渐减小并稳定至6.45.动力学拟合结果显示,各变量对碳化改性效果的影响程度由大到小依次为液固比、CO2 流量、温度.对碳化产物的表征分析表明,钙霞石与CaCO3 含量增加,其原因在于碳化改性过程中赤泥中的水钙铝榴石和AlO(OH)参与碳化反应,溶出Ca2+、Na+和OH-;其中部分Ca2+与溶于水中的CO2 反应生成CaCO3,其余Ca2+、Al3+、Na+作为离子源,生成了钙霞石.此外,碳化反应对赤泥中的碱性矿物的侵蚀,以及碳化产物的生成,使得碳化赤泥的比表面积较未碳化赤泥有所增大.

摘要：东部平原采煤沉陷湿地不仅是重要水源涵养地,亦是农业区生物多样性宝库,如何发挥其生态功能对区域农田生态系统至关重要.采用高通量测序技术和微生物网络共现方法,以泉润、九里、潘安3 种不同形成年限的采煤沉陷湿地底泥为研究对象,揭示丰富和稀有微生物群落的网络特征和功能.结果显示,湿地稀有细菌和丰富真菌类群的α多样性指数Shannon和Richness的变化趋势一致,随湿地形成年限增加而显著增长(九里>泉润>潘安,P<0.05).采煤沉陷湿地形成时间最长的九里组网络具有较高的连接数等拓扑属性,其网络稳定性和复杂性最高,网络节点之间正向关系占比均大于50%,湿地微生物类群之间趋向于合作关系.丰富细菌网络中变形菌门占比48.4%～57.3%,为主导菌门;丰富真菌网络中的主导菌门为子囊菌门,占比42.4%～55.9%.基于FAPROTAX功能预测发现,采煤沉陷湿地底泥细菌具有较强的代谢功能,且随湿地形成时间增加而提升,其中化能异养(11.78%～17.27%)、需氧化能异养(11.74%～16.24%)、芳香化合物降解(10.64%～12.27%)是细菌主导功能群.利用Funguild对湿地底泥真菌功能进行预测,发现主要功能类群为腐生菌,其中未定义腐生菌在3 个年限湿地中相对丰度平均占比约为 20.0%.采煤沉陷湿地微生物群落网络的高复杂性和功能的多样化可有助于采煤沉陷湿地生态功能恢复与再利用,对保障国家粮食安全、维护区域生态安全等具有重要意义.