矿山工程技术

富水条件下软岩巷道变形特征与过程控制研究

许兴亮，张农

矿山工程技术

富水条件下软岩巷道变形特征与过程控制研究

许兴亮，张农

富水条件下泥质软岩巷道破坏及稳定性机制比一般软岩巷道更复杂，不仅需要采用多种复合支护控制围岩非线性大变形，还必须进一步控制其泥化进程.针对此情况，提出了动态过程控制的支护原理，采用预拉力锚杆、锚索、桁架和围岩滞后注浆堵水加固相结合的全过程控制围岩技术.结果表明，在成功阻断泥化诱因“水”之后，高强预应力锚杆组合支护体系可有效控制巷道变形，避免泥化导致随后的锚固失效.此技术在淮北桃园煤矿裂隙水患严重的三软煤巷支护中取得成功.

富水条件；泥质软岩；变形特征；过程控制

来源出版物：中国矿业大学学报，2007，36（3）: 298-302入选年份：2012

高应力软岩巷道耦合支护研究

柏建彪，王襄禹，姚喆

为了研究确定高应力软岩巷道二次支护时间和支护强度，以焦煤集团古汉山矿西大巷为研究对象，采用FLAC2D中的指数蠕变模型，研究分析围岩应力和围岩变形速度随时间的变化规律、二次支护时间及支护强度对围岩变形的影响规律.结果表明：采用指数蠕变模型得到的围岩变形随时间的变化规律与现场观测基本吻合，一次支护后围岩应力、围岩变形速度趋于稳定的时间段基本一致，在此时间段内进行二次支护后围岩蠕变速度最小，而且二次支护强度在0.25～0.30 MPa范围内可以有效地控制围岩蠕变速度，二次支护强度大于该范围，围岩的蠕变速度也不会再有明显的降低，保持了巷道稳定.

指数蠕变模型；软岩巷道；高应力；二次支护；合理支护时间

来源出版物：中国矿业大学学报，2007，36（4）: 421-425入选年份：2012

新矿物——汉江石

刘家军，李国武，毛骞，等

新矿物汉江石的理想分子式为Ba2CaV23+［（Si3AlO10）（OH）2］F（CO3）2.矿物呈黄绿色、深绿色，显微镜下呈浅绿色、淡绿色；单斜晶系，空间群为C2，a=0.52050（12）nm，b=0.9033（2）nm，c=3.2077（8）nm，β=93.49（8）°，V=1.5054（8）nm3，Z=4；二轴晶，正延性，负光性，一组完全解理，干涉色为三级绿，多色性明显，浅绿色-黄绿-深绿色；折射率α=1.615，β=1.655，γ=1.700（589 nm），2Vobs=114°～115°，2Vcalc=88.8°；显微硬度平均值203 kg/mm2，相当于莫氏硬度4；实测密度平均3.69 g/cm3，计算密度3.78 g/cm3.X射线粉晶衍射的强谱线有1.5866 nm（7）（002）、0.5340 nm（91）（006）、0.4010 nm（10）（ī14）、0.3209 nm（23）（027）、0.2676 nm（100）（ī110）、0.2294 nm（29）（ī37）和0.2008 nm（11）（228）.汉江石的晶体结构由硅酸盐结构单元TOT（二八面体型）和碳酸盐结构单元Ba2Ca（CO3）2F交替组成，可能有3个多型，即1M型，2M型和3T型.

新矿物；汉江石；化学分子式；晶体结构；石梯钡矿床；陕西

来源出版物：矿物学报，2012，6（2）: 173-182入选年份：2012

热处理蒙脱石的γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性研究

覃宗华，袁鹏，何宏平，等

采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES），在乙醇-水混和溶剂中对预先经不同温度煅烧的蒙脱石进行改性.采用XRD、FTIR、热分析、元素分析、比表面积及孔分析等多种手段对产物进行分析.结果表明：硅烷主要赋存于蒙脱石层间，呈双层排布，少量嫁接于片层端面.热处理温度通过影响蒙脱石层间含水量，进而影响硅烷在层间的水解缩合.硅烷改性蒙脱石的过程为：硅烷分子通过阳离子交换插层至蒙脱石层间；随后水解生成的硅醇分子相互缩合；最终由于乙醇对硅烷水解的抑制作用以及蒙脱石片层相邻电荷位点存在一定的间距，与蒙脱石片层结合较弱的硅烷分子被洗脱，剩余的 Si-O-Si交联网络在层间形成类似“柱子”结构.该硅烷改性蒙脱石与原始蒙脱石的比表面积相差不大，但其结构中微孔的比重增加.

蒙脱石；热处理；硅烷；改性；孔结构

来源出版物：矿物学报，2012，32（1）: 14-21入选年份：2012

断裂密集带对油气运移和聚集的制约研究——以王府凹陷为例

陈方文，卢双舫，徐运亭，等

为弄清断裂密集带对油气运移、聚集的控制作用，选取构造特征典型、油源单一的王府凹陷为例，按断裂密集带平、剖面特征对其进行分类.将王府凹陷扶杨油层断裂密集带分为4种类型，即地堑-反向断阶组合、地堑-反向-顺向断阶组合、地堑-地垒反向断阶组合和地堑-地垒-顺向断阶组合.通过分析断裂密集带中油气显示情况，探讨断裂密集带对油气运聚的制约作用.结果表明：断裂密集带对油气二次运移具有横向遮挡、侧向输导作用，并制约油气聚集.当断裂密集带走向与地层倾向近平行时，其两侧地垒、反向断阶是油气聚集优势部位；当其走向与地层倾向近垂直时，靠近生烃凹陷一侧的地垒、反向断阶优先捕捉油气，断裂密集带交汇处是油气富集有利部位.

王府凹陷；扶杨油层；二次运移；断裂密集带

来源出版物：中国矿业大学学报，2011，40（2）: 235-239入选年份：2012

采空区突水动力灾害的微震监测案例研究

窦林名

目的：随着煤矿采深增加、开采强度增大、开采布局变得复杂，矿井采空区突水灾害日趋严重.矿井开采空间多为不规则、复杂结构，难以建立准确的力学模型进行采空区突水分析计算，从而准确预测预报突水灾害，特别是采空区突水的有效监测预警显得尤为重要.本文采用微震监测系统监测煤矿采空区突水过程，分析微震活动与采空区突水的关系，探索采空区突水微震前兆分析方法及规律，提高采空区突水监测及控制效果.

方法：利用微震监测系统，监测记录采空区突水全过程的微震效应，提出微震能量释放率、能量密度的概念和计算方法，对微震活动性进行“时间-空间-强度”规律分析，针对分析结果，提出采空区突水分区分时微震监测法，对采空区不同时期、不同危险区域采取针对性监测分析方法和危险控制手段，以避免采空区突水事故的发生.

结果：监测得到的微震活动规律为：①突水前采空区附近综采工作面微震能量处于较高水平，一般为1.0 kJ/d，突水前4 d能量开始快速上升，突水发生时，微震能量达到最大值.②突水前综采工作面微震频次降低到较小值，单次震动能量增大，微震活动对采空区扰动增强.③突水前11 d开始采空区微震能量逐步增大，突水前2 d能量开始急剧增大，微震活动显著增强，微震频次增加显著.突水前1 d微震频次超过综采工作面，对于没有采掘活动的采空区，此现象为典型的微震活动异常.④突水采空区微震单次能量从突水前11 d逐渐增强，突水前1 d超过了10 kJ.⑤突水采空区能量释放率在突水前经历了两次连续增大，第2次峰值能量释放率是第1次的8倍，达到9.721 kJ/h，能量释放率达到最大值，当天夜间发生此次突水事故；突水后，微震活动急剧减弱.⑥能量密度分布显示，监测区域内在综采工作面和突水采空区存在两个微震活动中心，其中心能量密度达到了180 J/m2，两微震活动区经F8断层连接在一起，能量释放最为强烈的采空区为E，F，经分析，此次突水为E，F采空区顶板活动引起采空区水压增大导致密闭冲破产生.

结论：采空区突水灾害具有微震活动前兆信息，微震活动性与突水危险存在内在联系.突水前微震能量、频次、能量释放率均有增强的趋势，利用能量释放率可实时分析突水危险区微震活动强度的发展变化，利用能量密度可对突水危险区微震活动强弱进行量化分析，直观分析突水微震活动中心.本文提出的采空区突水分区分时监测方法，采取早期突水危险性分区分析，对潜在突水危险区进行长期连续监测，对微震异常区域，采取实时密切监测，及时对突水危险进行预警，以采取有效治理措施防治采空区突水的发生.

来源出版物：中国矿业大学学报，2012，41（1）: 20-25入选年份：2012

泥岩涂抹形成演化与油气运移及封闭

付晓飞

目的：泥岩涂抹是断裂变形与断层侧向封闭的主要机制之一，国内外不断加深对该领域研究.通过文献调研、野外观测、物理模拟以及油田评价工作对控制其形成与发育程度关键地质因素、油气运移过程的控制作用以及定量评价方法进行了探索性研究.

方法：通过对泥岩涂抹进行分类，综合利用野外观测和实验室物理模拟手段明确影响泥岩涂抹形成、发育及保存的地质因素，近而分析在不同因素控制下涂抹的形成机制.根据野外实测数据和对国内外相关研究成果的统计，厘定泥岩涂抹连续性及其与断层垂向封闭性和流体运移之间的关系，将实际油田评价结果与国内外研究成果相结合，明确泥岩涂抹的渗透性与变化规律，定量表征泥岩涂抹对断层侧向封闭性与油气保存的控制作用.

结果：①泥岩涂抹主要有3种类型：即研磨型、剪切型和注入型，在固结成岩砂泥岩层序中，主要发育研磨型泥岩涂抹和剪切性泥岩涂抹，在未固结成岩的沉积物中，主要发育剪切型和注入型泥岩涂抹.②泥岩与周围岩石的强度差异所决定的拉张型叠覆带是泥岩涂抹形成的主控因素，断距与泥岩厚度的比率控制着泥岩涂抹的发育程度，断裂后期活动强度和方式决定泥岩涂抹的保存.泥岩涂抹具多种成因机制，但并非是单一机制作用，均是多种机制共同控制泥岩涂抹形成.③塑性的岩层往往使断层分段扩展，包含多套砂泥岩的地层，会产生一系列的拉张型叠覆带及相应的泥岩涂抹，当断层断距超过其中一个砂岩层厚度时，砂岩层完全被错断，其上下泥岩涂抹层相互接触，断距进一步增大，来自不同层的泥岩涂抹混合形成一个复杂的断层岩带.断层分段扩展的模式是普遍存在的，因此在地震解释过程中，往往一条大的断裂是多段组合而成.④泥岩涂抹连续性受控于断层规模和有效正应力大小，亚地震断层（断距小于15 m）保持连续泥岩涂抹临界SSF值范围很大，最大可达到50，规模较大的断层临界SSF值一般为5～8，有效正应力越大，泥岩涂抹连续的临界SSF值越大.⑤涂抹可来自不同的原岩（泥岩、页岩、煤层、膏岩、泥质盐岩、碳酸盐岩和粉砂岩），尽管泥岩涂抹与泥岩层具有相似的矿物组成和元素组成，但渗透率明显增大，主要原因为应变增强导致泥质含量增加、颗粒尺寸减小和矿物排列方式改变.泥岩涂抹发育的断裂带，油气沿断裂运移有四种可能：砂岩楔形体与次级破裂连接，砂岩涂抹作用，泥岩涂抹失去连续性和断裂反转活动.⑥泥岩涂抹是断层侧向封闭的主要机制之一，通过SGR，SSF和CSP可以预测泥岩涂抹的发育程度，通过松辽盆地大庆长垣葡北油田二断块的断裂的研究，建立了SGR与烃柱高度之间的定量关系，实现了断层封闭性定量评价.

结论：泥岩涂抹的发育对断层封闭性具有重要的贡献作用，本文基于对泥岩涂抹的形成、演化及对封闭性作用的系列研究，建立各参数与过断层面压力差之间的关系，从而计算断层所能封闭的最大油气柱高度，最终实现断层封闭性定量评价.

来源出版物：中国矿业大学学报，2012，14（1）: 52-63入选年份：2012

基于混沌时间序列的煤矿瓦斯浓度短期预测

程健，白静宜，钱建生，等

利用混沌时间序列短期可以预测的特点，构建煤矿瓦斯浓度预测模型.根据TAKENS理论，重构煤矿瓦斯浓度相空间，分别采用伪近邻法确定相空间的嵌入维数M，最小互信息法确定相空间时延τ.然后在重构相空间中，运用加权一阶局域法构建煤矿瓦斯浓度的预测模型.结果表明：混沌特性指数λ=0.35684的瓦斯浓度时间序列具有混沌特性，可以在最佳嵌入维数M=6，时间延迟τ=6的情况下进行预测，得到的模型均方差为0.3188，预测结果与实际情况符合较好，表明应用混沌理论进行煤矿瓦斯浓度预测是可行的.

瓦斯浓度；混沌时间序列；相空间重构；加权一阶局域法

来源出版物：中国矿业大学学报，2008，37（2）: 231-235入选年份：2013

三维空间数字图像的分形维数计算方法

杨彦从，彭瑞东，周宏伟

数字图像可以表示为像素位置及对应颜色强度构成的三维空间曲面，该曲面的空间分布反映了图像纹理的特点，在大多数情况下具有分形特征.针对图像的不同区域，用分形雏数定量描述了这一图像子区的纹理特点.研究结果表明，计盒维数适于分析较大的图像区域以保证有足够的盒子数目，利用迭代算法提高计盒维数的计算效率，在统计盒子数时可采用差分覆盖、全覆盖等不同的方法；布朗运动维数适于分析较小的图像区域以保证落在无标度区域内，计算布朗运动维数时可通过遍历围绕图像各像素点的正方形边界的右边及下边进行.图像中的纹理越复杂，分形维数也就越大，纹理越简单，分形维数也就越小，相似的纹理具有大致相同的分形维数.

数字图像；色彩模式；分形；计盒维数；分形布朗运动

来源出版物：中国矿业大学学报，2009，38（2）: 251-258入选年份：2013

黔中隆起北缘金沙岩孔古油藏特征及成藏期次厘定

陶树，汤达祯，李凤，等

为了了解南方海相古油藏特征及其成藏期次，对金沙岩孔古油藏进行了系统的解剖.运用BASINMOD盆地模拟软件和均一法测温及激光拉曼探针等微观技术，模拟烃源岩成熟演化史及生排烃史，确定了流体包裹体类型、古油藏油气充注期及成藏期次.结果表明：金沙岩孔剖面油气显示明显、具有良好的储集性能、存在2套优越的生储盖组合；包裹体烃类成分以CH4为主，具明显干气特征，部分包裹体内含CO2；古油藏存在3期油气充注，构成105～115℃，125～135℃，145～155℃这3个峰簇，分别相当于生油一主生油过渡期、主生油期及湿气主生期.黔中下寒武统烃源岩主要生排烃期有3期，分别对应早泥盆世末期、晚三叠世早期和晚侏罗世末期，为主要的古油藏成藏期，与由流体包裹体均一温度反映的油气充注期相对应.

古油藏；流体包裹体；激光拉曼光谱；成藏期次；黔中隆起

来源出版物：中国矿业大学学报，2009，38（4）: 576-581入选年份：2013

软煤综放面煤壁片帮机理及防治研究

方新秋，何杰，李海潮

为了解决软煤综放条件下煤壁片帮严重问题，针对五阳煤矿综放面端面冒落特征，分析了煤壁片帮现状、原因.研究煤壁受力特征，建立力学模型，探讨片帮机理，提出煤壁片帮的控制原则及控制途径，确定防治方案及合理参数，并进行工业性实验.结果表明:煤壁中存在圆弧状“滑动面”，煤壁稳定的临界高度为1.8 M；控制煤壁稳定的关键是控制“滑动面”的稳定；煤壁片帮严重区域采用打木锚杆来控制煤壁稳定.新片帮控制方案实施后，煤壁片深、片帮范围明显缩减，端面冒落得到有效控制.

软煤；综放工作面；片帮机理；滑动面

来源出版物：中国矿业大学学报，2009，38（5）: 640-644入选年份：2013

沁水盆地煤储层微裂隙发育的煤岩学控制机理

姚艳斌，刘大锰，汤达祯，等

基于沁水盆地主要矿区实测煤样的分析资料，总结了煤岩显微组分、煤岩类型和煤相与微裂隙发育的关系，探讨了微裂隙的成因及煤岩学控制机理.结果表明：该区微裂隙多以长度小于300 μM，宽度小于5 μM的裂隙为主，裂隙密度一般都在10～50条/9 cm2之间；微裂隙通常发育于均质镜质体为主的组分中，且常见于条带状亮煤或以微镜煤为主的亮煤中.潮湿、弱氧化和弱水动力的成煤环境有利于微裂隙的发育.微裂隙是煤化作用过程中烃类气体的瞬间积聚形成高压流体单元后突然破裂而形成的，其中条带状亮煤或以均质镜质体为主的流体微单元，不仅具有较好的生烃潜能，同时孔隙发育差不利于气体的扩散，这是造成这些组分中微裂隙发育的主要原因.

微裂隙；煤岩组分；煤储层；煤层气；沁水盆地

来源出版物：中国矿业大学学报，2010，39（1）: 6-13入选年份：2013

基于GIS的疏勒河流域上游多年冻土分布特征

盛煜，李静，吴吉春，等

为了解疏勒河流域上游区域多年冻土的分布状况，以野外考察与钻探、室内理论分析与建模为主要研究方法，以数字高程模型为主要数据基础，借助于地理信息系统软件（ARCGIS）和统计分析软件（SPSS），定量化研究了纬度、高程、坡度、坡向等因素对多年冻土分布的影响，建立了基于纬度、高程、太阳辐射的流域尺度的等效高程模型、辐射调整模型和区域多年冻土分布模型.以地温作为多年冻土类型划分的依据，实现了研究区域多年冻土的空间分布制图与特征分析.结果表明:多年冻土的分布面积为9 447.16 km-2，占区域总面积的83%.其中，低温多年冻土是最主要的多年冻土类型（38%），其次是中、高温多年冻土（23%和14%），极高温多年冻土的分布面积和所占比例相对较小（8%）；从空间分布特征来看，低温多年冻土主要分布于4.0～5.0 km的海拔高度，中、高温多年冻土集中分布于3.5～4.5 km的海拔高度，而极高温多年冻土则主要分布于3.0～4.0 km的海拔高度.

多年冻土；分布特征；GIS；疏勒河流域上游

来源出版物：中国矿业大学学报，2010，39（1）: 32-39入选年份：2013

采动覆岩破断裂隙的贯通度研究

黄炳香，刘长友，许家林

为了判定采场隔水关键层和计算导水裂隙带高度，进行了覆岩采动导水裂隙分布特征的相似模拟实验和力学分析.提出了破断裂隙贯通度的概念和计算公式.试验结果表明，采场覆岩裂隙带上位岩层的回转变形空间较小，且由于岩层刚度和厚度的差异，薄岩层会完全破断；但坚硬厚岩层破断裂隙未贯通，没有形成竖向“导水、导气”裂隙.为了描述岩层的破断程度及破断裂隙导水能力的强弱岩层破断裂隙的贯通度随其下自由空间的增大而增大，且存在自由空间阀值，大于其阀值时则增加缓慢并趋于1；随岩层厚度增大，起裂时岩层破断裂缝的张开角度减小；岩层破断裂隙的贯通度随裂纹尖端临界张开位移的增大而呈线性减小，随岩层周期破断距的增大也呈近似线性减小.

覆岩；导水裂隙；贯通度；相似模拟；弯曲

来源出版物：中国矿业大学学报，2010，39（1）: 45-49入选年份：2013

氯盐侵蚀钢筋表面的坑蚀特征及蚀坑演变规律

王波，袁迎曙，陈瑞

对氯盐侵蚀环境下普通硅酸盐混凝土内锈蚀HRB335级变形钢筋表面上的蚀坑的形状、数量和尺寸进行了详细的观测和研究.通过统计分析建立了不同形状蚀坑的概率分布模型.结合金属腐蚀学的知识对蚀坑的生长机理进行了分析，并得到了蚀坑生长演变的规律.结果表明：在锈蚀初期，22%的微观蚀坑在闭塞电池作用下发展为深椭球形蚀坑，但多数蚀坑的纵横向腐蚀速率大于径向，使得40%的蚀坑呈圆球形，35%的蚀坑呈长椭球形；随着锈蚀率的逐渐提高，径向腐蚀速率下降，纵向腐蚀速率逐渐增大，深椭球形逐渐演变为其他形状，圆球形蚀坑逐渐演变为长椭球形；当锈蚀率超过4%以后，蚀坑横向曲率逐渐为0，长椭球形蚀坑逐渐演变为凹槽形.

钢筋；混凝土；氯离子侵蚀；坑蚀；生长演变

来源出版物：中国矿业大学学报，2011，40（2）: 240-245入选年份：2013

干扰流化床中细粒煤散式流化特性数值模拟研究

唐利刚

目的：我国原煤中细颗粒含量较大.在细粒煤分选设备中，干扰流化床以其分选密度低、工艺简单、结果紧凑、运行成本低等优点，逐渐受到青睐.但是普通干扰床分选精度普遍较低.本文研究煤粒在干扰床中的散式流化特性，分析导致其分选精度不高的流态化机理，进而，探索内构件对提高干扰床分选精度的有益作用.

方法：采用计算流体动力学数值模拟方法研究干扰床中煤粒的流化特性.采用Gambit 2.2.30建立宽300 mm、高1000 mm二维流化床模型，并划分网格，x，y轴方向网格间距均为5 mm.模拟过程由计算流体动力学软件Fluent 6.2.16执行.采用Eulerian-Eulerian双流体模型进行计算.首先，以二元颗粒混合物流化床为计算对象（粒度1 mm、密度1.4 g/cm3，粒度0.25 mm、密度2.4 g/cm3），考察该床层的反常分层行为以及床层高度和密度的变化规律.基于计算结果，分析颗粒分层行为对表观水速的敏感性.进而，以含有多组分煤粒的普通流化床为计算对象（粒度0.75，0.35 mm，密度1.4，1.7，2.0 g/cm3），考察了颗粒体积分数分布、分配曲线、流化密度分布.设计一种由多个截顶倒圆锥形多孔板构成的内构件（多孔板倾角为45°、孔径为2 mm、开孔率为25.64%），以含多组分煤粒的带内构件干扰床为计算对象，考察其分配曲线和高密度细颗粒在多孔板上的运动状态.

结果：①二元颗粒混合物流化床计算结果：a. 表观水速较小时，高密度颗粒主要集中在床层下部，而低密度颗粒在上部，随着水速增大，颗粒逐渐均匀混合，然后，高密度颗粒和低密度颗粒分别集中于床层顶部和底部，局部实现了粒度分离，中间区域仍保持均匀混合状态.b. 随水速增大，床层逐渐膨胀，并且流化密度不断降低.②含有多组分煤粒的普通流化床计算结果：a. 2.0 g/cm3颗粒主要集中于床层中部和下部，在精煤中的错配颗粒较少，而精煤和尾煤中都含有较多的1.7 g/cm3颗粒.另外，尽管床层上部主要为1.4 g/cm3颗粒，但是其在尾煤中的错配颗粒较多.b. 分选密度为1.67 g/cm3时，所得可能偏差E值为0.24，说明普通干扰床分选精度较低.c. 尽管悬浮颗粒及尾煤和精煤的错配颗粒能起到加重质作用，但是与实际分选密度（1.67 g/cm3）相比，床层密度仍然较低，平均值为1.25 g/cm3，且在轴向上并不均匀，而是逐渐减小.③含多组分煤粒的带内构件干扰床计算结果：a. 相同条件下，分选多组分煤粒所得E值为0.14，与普通干扰床相比（E值0.24），内构件大幅度提高了分选性能.b. 高密度细粒煤（粒度0.35 mm、密度2.0 g/cm3）在多孔板上处于运动状态，其运动方向与多孔板法线方向平行或呈一定角度，并未黏附于多孔板上.结论：普通干扰流化床的操作参数较少，细粒煤分层行为对表观水速变化比较敏感，单纯依靠水速调节难以实现细粒煤高效分选.普通干扰床分选多组分煤粒所得E值为0.24，分选精度较低.内构件（截顶倒圆锥形多孔板）能强化煤粒的密度分离，在相同条件下，所得E值为0.14.多孔板具有自清洗功能，可防止高密度颗粒在其表面黏附及堆积.

来源出版物：中国矿业大学学报，2012，41（1）: 86-90入选年份：2013

基于消息队列的实时GIS协同操作研究

承达瑜

目的：将地理信息系统（GIS）用于群体决策的可视化表达与交互式共享，构建空间型协同工作系统，是近年来国内外的研究热点.而如何实现实时协同环境下不同协作者之间GIS同步操作，即实时GIS协同操作是该研究热点最大难点.本文在分析当前GIS协同操作研究现状的基础上，结合地理信息服务技术，探索以消息的方式记录协作者的GIS操作，构建消息队列存储、分发消息来实现GIS协同操作的方法.

方法：利用地理信息服务松耦合、跨平台以及能以服务聚合的方式灵活地实现数据、功能的集成、共享，达到协同环境下数据、功能逻辑上“站点复制”的特征，提出以消息的方式记录协作者的GIS操作，建立GIS操作的消息队列，采用集中模式存储、管理协作者的GIS操作消息，从而实现群组间成员的协同操作.首先综合分析地图基础操作、标注、要素编辑空间查询、分析等操作的特征，划分GIS的操作类型，进行形式化描述，提出操作优先级的评价原则及计算方法；分析不同类型GIS操作的对应关系，建立协同环境中GIS操作转换机制，简化协同方法的操作步骤；根据消息队列并结合地理信息服务的特征，从协同操作人员、操作自身及所对应的地理信息服务3个视角研究GIS操作消息的描述模型.根据消息队列并结合地理信息服务的特征，从协同操作人员、操作自身及所对应的地理信息服务三个视角研究GIS操作消息的描述模型.然后以队列先进先出的原则进行消息入队和分发（出队）管理，并结合地理信息服务质量（QoS）和“时间片轮转”调度算法研究GIS操作分发异常的处理.

结果：通过本文的研究及实验验证，主要取得了以下一些成果：①以形式化方式定义了GIS操作集合及操作优先级因子集合，为定量化操作优先级别奠定了基础.②定义了GIS操作协同转换的四元组描述模型，建立GIS协同操作的映射关系，减少协同操作延时时间，增强群体感知性.③建立了GIS协同操作的消息模型及相应的消息队列管理机制.④应用理论研究成果，采用地理信息服务技术建立一个由服务层、协同控制层及应用层为主的3层GIS协同操作框架，并基于OpenLayers，ExtJS等JavaScript开发包，以B/S的模式开发多用户GIS协同操作的原型系统.

结论：针对实时协同环境下的不同协作者之间GIS同步操作所面临的问题，本文在分析了当前实时GIS协同操作研究现状的基础上，提出了一个基于消息队列的实时GIS协同操作的方法，研究了协同环境下GIS操作划分、优先级评定、操作转换及操作消息队列构建等内容，并以一个原型系统来验证上述研究的正确性.目前本文只是考虑了符合OGC的标准服务，及部分GIS厂商的产品；从数据服务的内容来讲，主要以二维的矢量、影像地图为主.支持更多的厂商的地理信息服务与实现网络三维GIS服务协同操作是下一步的研究重点.

来源出版物：中国矿业大学学报，2012，41（1）: 127-132入选年份：2013

矿用超高水充填材料及其结构的实验研究

冯光明，丁玉，朱红菊，等

在对目前井下胶结充填材料充分研究的基础上，通过添加复合外加剂（缓凝剂与速凝剂），研制得到一种水的体积分数可达97%的新型超高水材料.该材料主要由A，B这2种物料构成，其中A料以硫铝酸盐水泥与复合缓凝剂为主，B料由石膏、石灰及复合速凝剂组成.材料的突出特点是在水固质量比（下简称水固比）高达11:1的情况下可凝固，终凝强度可达0.66 MPa.且材料凝结时间与抗压强度可按需通过外加剂及水固比进行调整，A，B单料浆体可持续30～40 h不固化，混合后浆体可快速凝固.材料具有单浆体缓凝、混合浆体速凝、早期强度高的特点，且固结体不收缩，尤其适用于矿井采空区充填.

超高水；充填材料；复合外加剂；采空区充填

来源出版物：中国矿业大学学报，2010，39（6）: 813-819入选年份：2013

基于SURPAC的FLAC3D三维模型自动构建

林杭，曹平，李江腾，等

为了将岩土工程分析软件FLAC3D在数值计算方面的独特优势和矿山工程软件SURPAC在三维建模方面的优势相结合.研究了2种软件单元数据之间的关系，提出数据之间的转换方法；采用FORTRAN语言编制了SURPAC-FLAC3D的接口程序，并通过某大型铁铜矿区建模实例说明程序实施的具体步骤.结果表明:提出的转换方法以及相应的接口程序能够实现 SURPAC模型到FLAC3D模型的转换，使FLAC3D建模快捷化，拓展了FLAC3D和SURPAC的应用空间.

FLAC3D；SURPAC；三维模型；接口；数据转换

来源出版物：中国矿业大学学报，2008，37（3）: 339-342入选年份：2013

管道壁面散热对瓦斯爆炸传播特性影响的研究

林柏泉，菅从光，张辉

在实验室对几何尺寸为80 mm×80 mm的爆炸钢质管道进行了研究，通过在内壁加贴绝热材料，采用高精度动态数据采集分析系统，测量爆炸过程中的火焰、爆炸波参数，研究了瓦斯爆炸过程中壁面散热对火焰传播速度、爆炸波超压峰值及爆炸波波速的影响.结果表明：壁面散热条件对瓦斯爆炸传播特性影响非常明显，内贴绝热材料管道的火焰传播速度和爆炸波超压值、波速均比光滑管道有大幅提高，并可诱导激波的产生，其原因是管道内贴绝热材料后，壁面散热大幅减小.减少的热量一部分通过导热、扩散向未燃气体传递，一部分通过膨胀做功使爆炸波强度增大，两者均使火焰传播速度、爆炸波强度增加.从爆炸能量特征及能量守恒的角度进行了理论分析，实验结论与理论分析相吻合.

壁面散热；瓦斯爆炸；火焰传播速度；超压

来源出版物：中国矿业大学学报，2009，38（1）: 1-4入选年份：2013

隔水关键层原理及其在保水采煤中的应用研究

缪协兴，浦海，白海波

既要防治煤矿突水灾害又要保护矿区水资源，实现保水采煤是绿色开采技术的核心内容之一.通过研究建立了保水采煤的隔水关键层矿压模型，同时提出了可用于指导开发保水采煤技术的隔水关键层原理.隔水关键层模型有3层含意，即软弱层岩性隔水、坚硬层结构隔水和裂隙通道弥合隔水.保水采煤原理可分解为4个步骤，即隔水关键层位置判别、结构稳定性判别与控制、渗流稳定性判别与控制以及渗流突变通道控制.保水采煤的隔水关键层原理在采场顶底板突水灾害防治中得到了成功应用.

绿色开采；保水采煤；隔水关键层；矿压模型；突水灾害防治

来源出版物：中国矿业大学学报，2008，37（1）: 1-4入选年份：2013

不同温度应力条件下煤体渗透率实验研究

李志强，鲜学福，隆晴明

为了深入研究渗透率与温度和应力的关系，分别采用吸附性气体甲烷和非吸附气体氦气，进行了不同应力条件，不同温度条件下的煤体渗流实验.结果表明，不同有效应力条件下煤体渗透率与温度的关系，并非单调递增或单调递减，而是存在一个转折区，转折区的位置取决于有效应力与热应力的大小对比关系，低有效应力条件下，热应力大于有效应力，煤体外膨胀，渗透率随温度的升高而增大，呈正指数关系；高有效应力条件下，热应力小于有效应力，煤体内膨胀，渗透率随温度的增加而减小，呈负指数关系.这一发现将以往的矛盾结果统一了起来.

温度；应力；瓦斯；煤层气；渗透率；渗流

来源出版物：中国矿业大学学报，2009，38（4）: 523-527入选年份：2013

采动影响下断层活化规律的数值模拟研究

姜耀东

目的：冲击地压是发生在矿山开采中的一类煤岩动力现象，在地质构造发育的区域往往更容易发生冲击地压灾害，断层便是其中一种重要的冲击地压多发构造.研究开采扰动或采场覆岩运动等对断层结构的影响机制十分困难.本文利用FLAC 3D软件建立数值模拟模型，研究了断层带上的正应力、剪应力的时空演化规律，断层带滑移规律，断层带上不同位置测点的滑动位移.

方法：利用FLAC 3D软件建立数值模拟模型，模拟开采范围走向长1800 m、倾向长600 m.三维模型共划分7992个单元，共10965个节点.模型z方向上部为自由面，施加竖向荷载模拟上覆岩层的自重荷载，模型z方向底面限制垂直移动，模型x，y方向限制水平移动.模拟开采深度450 m，在模型上边界施加8 MPa垂直应力，水平方向施加12 MPa水平应力边界.通过在模型中断层上下盘间添加接触面模拟断层带，接触面采用库仑剪切模型，主要参数为法向刚度2 GN/m、剪切刚度5 GN/m、内摩擦角20°和黏聚力0.5 MPa.计算中采用应变软化模型模拟煤岩体峰后强度逐步降低的性质，并采用Mohr-Coulomb准则作为煤岩体材料的屈服判据，断层带上A，B，C 3个主要测点依次为煤层上方60 m、上方10 m和下方10 m的位置.以距离模型左右两侧边界20 m处分别作为上盘开采和下盘开采的起始位置，由此向中间方向依次开采，直至开采通过断层.考察工作面在通过断层前后的矿压显现规律及断层应力、位移在工作面推进过程中的演化特征.

结果：模拟工作面从断层上盘向工作面推进时，A测点法向应力总体呈下降趋势，而B，C测点的法向应力成升高趋势；A测点在工作面距70～100 m范围时法向应力为9.8 MPa，基本未受到开采活动的影响，而后随工作面推进，法向应力逐渐减小，工作面推进至断层前方10 m处时，A测点法向应力达到极小值6.5 MPa；B，C测点的法向应力则在工作面距断层70 m以内时出现快速增长，B测点监测到的断层法向应力在工作面开采至断层时达到最大值30.3 MPa，应力集中系数为3.1，C测点的法向应力值在工作面距离断层20 m时达到最大值24.1 MPa，而后随测点上方煤层的彻底采出，应力得到释放，逐步降低至7.8 MPa，达到原岩应力水平以下；B测点的剪切应力最大值为11.5 MPa，C测点的剪切应力峰值为9.3 MPa，剪切应力集中系数为3.4～3.6；断层带上剪切应力在工作面推进至距离断层40 m时开始快速增长，较法向应力开始增长的启动时间晚.根据上盘开采剪切应力与法向应力比值，A测点处的剪切应力和法向应力随工作面推进都呈降低趋势，但其比值呈增长趋势；B测点处剪切应力和法向应力都呈增大趋势，在工作面由远及近，逐步推进至距离断层40 m时，其比值由初始的0.32逐渐减小至0.26，工作面距离断层20 m时，比值趋于稳定，接近于峰值0.38；C测点，整体形态与B测点曲线相似，不同之处在于工作面与断层距离小于10 m时，剪切应力与法向应力比值出现降低.模拟工作面从断层上盘向工作面推进时，断层上方距离开采层较远的A测点曲线随煤层开采法向应力最先出现降低，并在工作面距离断层接近50～20 m时快速下降，随后法向应力水平略有恢复；而B测点处的法向应力先增大，在工作面推进至断层前方10 m时，法向应力开始减小；C测点处，法向应力工作面距离断层较远时无变化，随工作面进一步推进呈降低趋势.断层带上剪切应力的时空变化规律与对应测点的法向应力规律相类似.根据下盘开采断层剪切应力与法向应力比值，A测点处的剪切应力和法向应力的比值在工作面与断层距离较远时基本稳定在0.36～0.43，工作面距离断层30 m时，剪切应力的快速降低，使得其与法向应力的比值减小；B测点处剪切应力和法向应力在工作面距离断层50 m时都呈增大趋势，其比值由初始的0.25增加至0.44，而工作面距离断层20～50 m之间时，比值降低出现降低，工作面进入断层20 m以内时，比值转为上升； C测点，曲线整体形态平缓，剪切应力与法向应力比值在0.27～0.45，比值水平较低，只在工作面距离断层小于20 m时有上升趋势.

结论：根据模拟结果，在工作面回采的过程中，断层法向应力的变化总是早于剪切应力；工作面距离断层越近，断层越易于活化，上盘推进时，断层影响范围约为断层前方60 m，下盘推进时，工作面与断层距离小于20 m时断层最易出现活化；不同的回采方式会引起断层不同的活化危险性，相比上盘开采，下盘开采时采动对断层的影响范围更为集中，活化危险性更高；断层带剪切应力对采动影响的敏感性较法向应力弱，受采动影响断层带法向应力先于剪切应力出现变化.

来源出版物：中国矿业大学学报，2013，42（1）: 1-5入选年份：2013

煤层气低速非达西渗流解析模型及分析

宋洪庆

目的：我国煤层气储层渗透率普遍低甚至特低，含水饱和度较高，煤层气开采过程中的气体渗流普遍呈现低速非达西渗流特征.传统的煤层气渗流理论研究多采用的是数值模拟技术，没能建立考虑煤层气低速非达西渗流特征和解吸扩散特性的解析模型进行理论分析.本文建立了考虑煤层气解吸效应和低速非达西渗流特征的渗流数学模型，推导出低速非达西径向流解析解和产能方程，对低渗透煤层气产能低和储层难以有效动用进行了系统的理论分析.

方法：利用数学建模的方法，建立了考虑吸附解吸效应的煤层气质量守恒方程，将气体低速非达西渗流特征运动方程代入质量守恒方程，推导出全新的低渗透煤层气藏低速非达西渗流压力特征方程.依据定压边界条件和定产量边界条件，得到低速非达西径向流压力分布解析解和产能方程.利用数值计算的方法，计算分析了低速非达西渗流特征和吸附解吸效应对煤层气开采的影响.

结果：①低渗透煤层气藏低速非达西流动时近井地带能量递减远快于达西流动的情况，波及范围小，因此存在合理的动用半径.在给定条件下，低速非达西流动井筒外围储层驱动压力梯度要小于拟启动压力梯度，说明井筒外围有很大一部分面积的煤层气藏没有动用，这不同与以往有激励即有响应的常规达西流动情况.②基于煤层气低速非达西流动方程，推导出全新的考虑低速非达西渗流特征的解吸气井产能公式，该公式既能反映含水条件下煤层气开采过程中呈现的低速非达西渗流特征，又能反映煤层气的解吸扩散特性，能够更准确的定量分析煤层气藏开采产能情况.③排水开采煤层气时，储层煤层气解吸量增加5倍，生产压差增加2倍时，储层波及范围增加了4倍，井筒外围动用面积增加了4倍，产量增加了5倍左右；解吸能力每增加1倍，煤储层的有效动用半径增加15%左右，因此煤层气开采过程中储层解吸能力越强，压降效果越好，储层波及范围则越大.④拟启动压力梯度从0.001 MPa/m增加到0.01 MPa/m时，尽管生产压差从5 MPa增加到11 MPa，但产量仍急剧减少，从9000 m3/d减少到1000 m3/d，增加生产压差等手段只能适当增加煤层气产量；拟启动压力梯度每增加0.001 MPa/m，储层有效动用半径下降约30%，因此拟启动压力梯度的存在使得井筒外围储层难以有效动用，对煤层气开发影响较大.

结论：本文基于质量守恒和动量守恒方程，建立了考虑了煤层气解吸效应的低渗透煤层气藏低速非达西渗流压力特征方程，推导出低渗透非达西径向流解析解.计算分析表明：拟启动压力梯度的存在使得井筒外围储层难以有效动用，对煤层气开发影响较大，这为低渗透煤层气藏现场合理安排井距和开发调整提供便捷准确的理论依据.

来源出版物：中国矿业大学学报，2013，42（1）: 93-99入选年份：2013

金顶铅锌矿黄铁矿Re-Os定年及其地质意义

唐永永，毕献武，武丽艳，等

关于金顶铅锌矿的成矿时代至今未获得精确的同位素测年数据，这严重制约了我们准确厘定该矿的成矿动力学背景.鉴于此，本文根据黄铁矿的产状特征，将其区分为沉积成岩期和热液期黄铁矿，并开展了Re-Os同位素测年的研究（ICP-MS方法）.虽然黄铁矿的Re（0.4069×10-9～375.2620×10-9）和Os（0.0008×10-9～0.4131×10-9）含量变化很大，部分样品含量很低，但它们仍然揭示出两组等时线年龄：分别为114±13 Ma和65±10 Ma.笔者认为114 Ma等时线年龄可能代表了沉积成岩过程当中的一期矿化年龄，而65 Ma可能记录了铅锌主矿化之前热液作用开始活动的时间.结合其他方面的地质证据推断金顶铅锌矿主矿化时代可能在28～37 Ma之间.

Re-Os同位素；黄铁矿；成矿时代；金顶铅锌矿

来源出版物：矿物学报，2013，33（3）: 287-294入选年份：2013

石棉尾矿硫酸铵浸出液制备“卡房”状氢氧化镁的实验研究

曾丽，孙红娟，彭同江

以石棉尾矿硫酸铵浸出液即粗制硫酸镁溶液为原料，基于粘土矿物絮凝胶体“卡房”状结构的形成机理，制备了“卡房”状结构的氢氧化镁聚集体，考查了陈化时间对“卡房”状结构氢氧化镁聚集体特征和产率的影响.结果表明，采用同时注入沉淀法，在1∶1水/乙醇体系中，在pH值为10.2（氢氧化镁负电性最大）条件下，可获得“卡房”状结构的氢氧化镁聚集体；随陈化时间的延长，氢氧化镁晶体直径增大非常明显，而厚度略有增大，所形成的“卡房”状结构中孔隙变大，孔隙中填充物减少，孔隙的连通性增加，产率由85%增加到95%.

固体废弃物；石棉尾矿；同时注入沉淀法；“卡房”状结构；氢氧化镁

来源出版物：矿物学报，2013，33（2）: 135-140入选年份：2013