煤矿矿井水水质形成及演化的水动力场-水化学场-微生物场耦合作用与数值模拟

煤矿矿井水的水质形成与演化过程机理复杂,受水动力场、水化学场和微生物场等多场作用影响显著。深入研究并揭示煤矿矿井水水质形成机理与演化趋势、阐明采空区封闭后矿井水的多场耦合作用机制是矿井水污染防控与修复的理论基础。以鄂尔多斯盆地某煤矿采空区为水文地质原型,在前期研究的基础上,进一步建立了煤矿采空区积水水位回升、蓄满后水动力-水化学-微生物场(HCB)多场耦合室内相似模拟和数值模型。采空区水动力场研究结果表明基质-裂隙双孔隙模型能有效模拟采空区水位回升过程,模拟误差为9.9%,其模拟精度远高于理论预测和单孔隙模型。水化学场模拟结果与试验较为吻合,SO_(4)^(2-)、HCO_(3)-和p H模拟相对误差分别为3.0%、21.0%和6.2%,模拟结果较为可靠。模拟结果显示采空区蓄水过程中水岩反应和微生物作用不明显;而蓄满后水动力几乎停滞,但水化学场和微生物场较为活跃,2号煤和3号煤层中黄铁矿的氧化反应使得SO_(4)^(2-)质量浓度提升约24.6%;后期采空区水环境演化为弱酸性、厌氧还原条件,微生物降解作用凸显,将SO_(4)^(2-)有一定的“自净”能力。通过调整微生物代谢速率常数,可将SO_(4)^(2-)降解比例提高到61.6%。实际工程场景中可通过补充碳源、人工建立密闭厌氧环境等强化手段实现这一目标。将多场耦合室内试验和数值模拟技术拓展到煤矿采空区积水水质形成与演化规律研究,研究结论可为煤矿区矿井水污染防治提供指导。

煤层采动顶板水文地质参数演化与矿井涌水量动态计算方法

为预防煤矿采掘过程中突水事故的发生,开展矿井突水预测预报尤其是涌水量的精准计算尤为重要。以目前矿井涌水量计算普遍采用的解析法(也称“大井法”)为例,针对采动顶板水文地质参数演化与矿井涌水量动态精准计算之间的矛盾问题,在进一步分析笔者团队前期研究成果的基础上,阐述了采动顶板破坏过程中涌水形成机制和水文地质参数演化规律,探索性提出了变参条件下矿井涌水量动态计算方法,并进行了工程应用与可靠性评价。研究表明:采动诱发顶板直接充水含水层的渗透系数(K)呈“稳定增加—波动变化—恢复稳定”的变化特征,水位降深(S)和影响半径(R)呈“快速增加—略微下降—恢复稳定”的变化特征;传统解析法预计涌水量时在边界条件概化、参数选取以及计算过程存在误差,论文提出了矿井涌水量动态计算方法,即考虑采空区面积、水位漏斗动态变化过程的“移动大井”理论模型,以初次(周期)垮落步距为计算单元依次概化“移动大井”,渐次计算工作面推进过程中的动态涌水量;以徐矿集团下属某矿1306工作面为例,分别开展了工作面回采过程中引用影响半径(R_(0))单参数变化和引用影响半径(R_(0))、水位降深(S)双参数变化条件下的矿井涌水量动态计算,计算结果显示单参数和双参数变化条件下的矿井涌水动态计算方法可显著提高其计算精度,其相对误差平均值由传统解析法的140.7%可分别降低至88.7%、10.3%。研究成果可为矿井长期开采过程中干扰流场演化的推演,以及工作面回采过程中不同阶段矿井涌水量的动态、精准计算奠定方法基础,为矿井防治水工作开展和合理配备防排水设施提供依据。

煤矿矿井水水质形成及演化的水动力场驱动作用及数学模型构建

煤矿开采过程必然引起区域地下水动力场的改变,并在一定程度上影响着矿井水的水质形成与演化,甚至诱发煤矿区地下水环境的污染问题。研究并揭示煤矿矿井水水质形成与演化的水动力场驱动机制及其关键参数的定量计算方法,是定量刻画煤矿区地下水污染问题及开展相应控制与修复工作的前提。本研究以鄂尔多斯矿区某煤矿的采空区为地质背景,阐明了其积水形成的水动力场演化过程与机制,根据水动力场流动路径的差异将其分为采空区水位回升阶段和蓄满水量交换阶段;在此基础上,揭示了采空区水质形成及演化的以水动力场为主要驱动力,水化学场、微生物场等多场协同作用的复杂过程;建立了基于顶板导水裂隙带不同垂高空隙反演的分层渗透系数定量计算模型,为开采扰动后采空区积水水位回升及蓄满后水量交换的计算奠定了理论基础;利用相似材料模拟试验和室内三维箱式模拟试验的实测数据与模型计算结果进行对比,理论计算渗透系数K和采空区水位回升高度随时间的变化与试验实测误差分别约为13.2%和22.5%,验证了理论计算模型的可靠性;最后,在煤矿采空区水动力场以及水动力场影响下的水化学场、微生物场的控制方程的基础上,明晰了水动力场–水化学场–微生物场之间的耦合关系,构建了水动力场主导下的多场耦合作用本构模型,为进一步探究水动力场耦合驱动下的煤矿矿井水水质形成及演化规律的多场耦合数值模型构建提供启示。该研究补充和扩展了煤矿矿井水污染防治理论。

煤矿采空区水-岩作用模拟试验研究

采空区积水在我国煤矿中广泛存在。明确在采空区封闭-半封闭环境条件下的水-岩相互作用机理,对实现煤矿区水污染减量以及地下水资源保护具有重要意义。以内蒙古某煤矿采空区积水为研究对象,设计高度还原采空区环境的箱式模拟试验,采用X射线衍射仪(XRD)和X射线荧光光谱仪(XRF)对模拟采空区填充物(煤、垮落岩体)中矿物成分及元素组成进行分析,借助离子色谱仪(IC)和电感耦合等离子体发射光谱分析仪(ICP-OES)等对水中水化学特征进行表征,探究采空区积水水质形成的水-岩相互作用机制。结果表明:水-岩相互作用主要为煤及垮落岩体中的矿物溶解-沉淀作用、阳离子交换作用、煤中黄铁矿氧化作用以及混合作用。矿物溶解作用占主导地位,采空区积水中的Na+、K+主要来源是钠长石、钾长石等硅酸盐矿物的溶解,而Ca2+和Mg2+主要来自于钙长石、方解石、绿泥石等矿物溶解;离子交换作用主要发生在采空区水-岩作用的初期(0~20 d),而后逐渐减弱;采空区底部残煤中黄铁矿氧化作用是积水SO42-浓度升高、还原性增强、pH和DO(溶解氧)降低的主要原因;混合作用在试验中后期(30~150 d)逐渐凸显,使采空区积水的水化学特征趋向于一致。研究结果为煤矿采空区积水污染预测以及防治提供理论参考。

侏罗系弱胶结顶板采动破坏规律与发育高度预测

煤层采动后形成的顶板导水裂隙带是沟通顶板充水含水层的主要通道之一,同时也是顶板水害防治需要重点研究的关键问题。近年来,西部矿区已成为我国煤炭资源主要开采区,其主采侏罗系含煤地层与东部石炭-二叠系有着明显差异,并具有典型的孔隙度高、胶结程度差等特征,顶板采动导水裂隙的演化特征也与东部矿区具有较大差异,相关的研究尚未形成普适性成果。因此,本文选取典型的弱胶结地区——新疆哈密大南湖矿区为例,采用UDEC数值模拟、现场三维钻孔电视成像等方法,并结合“S-R”稳定理论,以垮落带高度为自变量,建立砌体梁承载强度与垮落带高度关系式,全面揭示该区煤层开采过程中顶板的采动破坏过程与演化特征,并以此为依据确定顶板导水裂隙带的发育高度。在此基础上,通过收集侏罗系同类型煤矿导水裂隙带高度的实测数据,采用回归分析方法,拟合并修正现有经验公式。研究表明:研究区顶板导水裂隙带发育高度的范围是60.07~62m,裂采比为17.67~18.24,整体形态呈“梯台”型特征,结合邻矿现场实测对比证实了此次实测结果的可靠性;开采范围内导水裂隙带发育高度受垮落带高度增量、岩块回转角变化的影响呈现:“快速增加-缓慢增加-逐渐稳定”的发展与演化规律;验证计算结果表明,论文提出的回归公式预测精度一般在10.30%~17.25%之间,相较于传统经验公式平均误差降低了51.84%,显著提高了导水裂隙带高度的预测精度。论文的相关研究成果可为新疆地区相似开采条件下顶板导水裂隙带发育高度计算提供理论依据。

一种基于图像的隧道表面裂缝波折程度量化参数获取算法

隧道衬砌表面裂缝的外部形态各异,为了全面地量化隧道衬砌表面裂缝的不平整度,本文提出了一种宏观与微观相结合多尺度量化波折程度的方法。该方法基于图像处理技术从采集图像中提取出裂缝轮廓曲线,使用最小二乘法拟合轮廓中线,自动提取出能反映裂缝宏观起伏的α参数和微观波折的Ra参数,将两个裂缝轮廓曲线量化参数相结合实现对隧道裂缝波折程度的精准评估。实验结果表明,这种宏观与微观相结合的方法能够有效量化裂缝的波折程度,为进一步合理评估衬砌表面开裂情况提供客观依据。

矿山采动突水危险源划分与致灾危险性评价研究

为了实现工作面开采过程中对煤层顶底板突水危险性进行动态评价,依据西北型、华北型煤矿区水文地质结构、突水主控因素、突水致灾模式、水害类型的分析,建立了水源、通道和采动三准则来表征煤层顶/底板突水危险源与致灾危险性之间的关联,构建了煤层顶/底板突水危险性的关键危险源的评价指标体系,将指标体系中随着工作面开采具有动态变化的指标因素(含水层水压、应力-应变、导裂带高度/破坏带深度)作为危险源动态特征辨识的目标,建立多场-多参数的工作面突水危险性动态评价概念模型,提出了矿井突水的临界判别准则,依托深度学习/强化学习的海量参数分析计算能力,为煤层顶/底板突水危险性动态评价分区提供理论支撑。

鄂尔多斯典型煤矿不同功能区水化学与微生物群落特征及环境响应

为探究煤矿井下不同功能区的微生物群落分布及其对水文地球化学特征的响应,以鄂尔多斯某矿为研究对象,在涉及矿井水的来源、形成、汇集和排放全过程的6个功能区中采集了24份水样,进行水化学组分检测和微生物16S rRNA基因高通量测序,并采用多元统计方法进行序列数据处理。研究结果表明:矿井水的水化学类型继承了其直接充水水源,均为高矿化度的SO_(4)Na型,而特征污染物SO_(4)^(2-)在煤巷和地表水池中浓度最高。不同功能区的微生物群落组成差异明显:属水平上检出的优势菌属包括能氧化硫化物的发硫菌属和硫氧化菌属,以及可降解有机物的新鞘氨醇杆菌属和短波单胞菌属等在煤巷、采空区中分布较高;好氧的Uliginosibacterium和具有极强吸附力且能降解有机物的不动杆菌属在岩巷中丰度最高;与氮循环有关的噬氢菌属和红细菌属在水仓和地表水中分布较高。微生物群落与水化学过程响应灵敏且关系密切;井工煤矿微生物群落分布不仅与C、N、Ca、Mg等营养元素相关,还与Fe、COD和SO_(4)^(2-)等氧化还原敏感物质密切相关。煤巷和采空区是地下水污染防控的关键区域;开采扰动后,煤中伴生的低价硫化物在化学氧化和硫氧化菌的催化氧化作用下生成大量SO_(4)^(2-);然而,当工作面停采半年到3年后,在物理或化学吸附、沉淀作用(前期占主导),以及硫酸盐还原菌的还原作用下(后期占主导),SO_(4)^(2-)降低了15%~34%,这说明采空区具有一定的自净能力。综上所述,研究成果可为矿井水污染防控的工程应用提供以下理论支撑:一方面可通过通氮气保持工作面的厌氧条件,从源头上减少SO_(4)^(2-)的生成;另一方面可以筛选、培养硫酸盐还原菌和有机物降解菌,制作成生物材料投加到井下进行原位地下水污染修复。

探究应用型本科院校“以学生为中心”的教学改革措施

本文对标《中华人民共和国高等教育法》实施报告中提到的高等教育改革发展中存在的问题,将研究重点放在应用型本科院校方面。分析新形势下应用型本科院校教学改革方面存在的问题,可以发现:(1)应用型本科院校的定位和教育目标模糊,优势不明显;(2)实践教学环节薄弱,人才培养与社会需求脱节;(3)学生自主学习意愿弱,内在驱动力有待激发;(4)教学质量评价体系缺乏科学引导性等。为此,本文分别从学校定位、教师队伍建设和学生培养角度提出支撑“以学生为中心”的教学优化改进建议。

基于Wiberg分型探讨髌骨形态对髌股关节病变病人全膝关节置换术疗效的影响

目的基于髌骨Wiberg分型探讨不同髌骨形态对于合并髌股关节病变的膝关节骨关节炎病人全膝关节置换术(total knee arthroplasty,TKA)的疗效影响。方法将2018年1月至2022年1月接受初次TKA并符合标准的184例病人作为研究对象,根据病人术前髌骨形态Wiberg分型分为W1(Ⅰ型52例)、W2(Ⅱ型93例)、W3(Ⅲ型39例)三组,随访收集并比较病人手术前后的膝前方疼痛发生率、疼痛视觉模拟量表(VAS)评分、牛津大学膝关节评分(Oxford Knee Score,OKS)、Feller评分以及影像学资料。结果三组病人末次随访时的各项观察指标均较术前明显改善(P<0.05),其中术后12个月随访时,W3组病人术后膝前痛程度和发生率显著高于W1、W2两组;同时W1、W2组的OKS评分中第12题的得分明显优于W3组,W1、W2组的Feller评分明显高于W3组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论Wiberg分型为Ⅰ、Ⅱ型髌骨的病人TKA术后的膝前痛程度、发生率以及髌股关节功能的改善情况均优于Ⅲ型病人,而部分磨损过于严重的Ⅲ型病人是否适合TKA需进一步研究。

高职院校生理学线下线上混合式教学情况的研究与分析——以洛阳职业技术学院为例

以提升基础医学课程生理学的教学质量为目标,开展生理学线下线上混合式教学,通过调查研究这种教学模式下学生的学习情况和他们对教学活动的评价,从而进一步认识线下线上混合式教学模式的利弊以及教学活动中存在的实际问题,探索线下线上教学的最佳结合方式,以期不断改进和完善这种教学模式,提高高职院校生理学等基础医学课程的教学质量。调查结果表明,线下线上混合式教学不仅能够促进教学效果和教学质量的提升,而且还能够培养、提高学生的综合素质与能力。

微震监测技术在矿井水害防治中的研究进展

微震监测技术在矿井水害防治和预测预报中,已成为不可或缺的一种技术手段,对于确保矿山安全生产发挥了重要作用。微震监测技术作为一种间接、无损、实时、连续的地球物理方法,已经被写入《煤矿防治水细则》(2018版)。首先阐述了微震监测技术在矿井水害防治中的应用原理;然后讨论了微震探查地下水强径流带、导水通道(裂隙、断层和陷落柱)、突水通道、浆液扩散过程和采空区未知水体突水的可行性及预测预报规律,通过将人工扰动(如井下钻孔放水、注浆、采掘等)过程中产生的微震事件与音频电透视、瞬变电磁、应力场、瓦斯监测、钻屑量、声电磁、渗流、岩石损伤等场理论进行多场耦合分析和相互验证,分析了对矿井水害进行主动监测和预测预报的可行性;最后对现阶段微震监测技术在矿井水害防治方面的优势和局限性进行了分析,认为科学布置监测网络,优化定位算法,准确分析煤、岩、水活动规律,实现多场耦合,研究煤岩体微震活动性前兆规律,是微震监测技术在矿井水害防治领域的应用研究趋势。

MOOC背景下形体训练融入高校舞蹈课程教学路径探索

随着MOOC的兴起,教育方式和模式正在发生巨大的变革。在高校舞蹈课程中,形体训练是非常重要的一环,对学生的舞蹈技能和身体素养起着至关重要的作用。基于MOOC背景将形体训练融入高校舞蹈课程教学中,能够拓展学生的学习资源,提高教学效果,促进学生的综合素质提升。因而研究MOOC背景下形体训练融入高校舞蹈课程教学路径有重要意义。对此,本文首先阐述了MOOC背景下形体训练融入高校舞蹈课程教学的必要性,进而探究MOOC背景下形体训练融入高校舞蹈课程教学的路径,以期为高校舞蹈教学提供新的思路和方法。

温阳化痰散结法治疗乳腺癌之探讨

乳腺癌为女性最常见的恶性肿瘤之一,中医药在乳腺癌综合治疗中具有不可替代的优势。古代文献记载中提示"阴极阳衰"为乳腺癌发病的病机,乳腺癌为阴证疮疡,多因阳气不足致寒痰凝聚而形成,"痰邪"又与恶性肿瘤的发病密切相关,故阳虚痰凝证为乳腺癌患者的主要证型之一,治疗可采用温阳益气配合化痰散结之法,灵活应用扶正与祛邪。通过总结古代文献、现代医家的临床经验等进行简要论述及讨论,为临床应用温阳化痰散结法治疗乳腺癌提供理论依据及辨证思路。

钙磷骨水泥/复合脱蛋白骨关节移植修复兔股骨远端关节缺损

背景:研制有生物活性的人工关节是当前的重要课题,而载体+骨诱导因子+生长因子模式人工骨已被证实是理想的人工骨材料。目的:课题组创新性地采用钙磷骨水泥为载体,将其与骨形态发生蛋白及生长因子复合,并观察新型钙磷骨水泥/复合脱蛋白骨关节移植修复兔股骨远端关节缺损模型的成骨及血供重建能力。设计、时间及地点:随机对照动物实验,于2003-01/2006-06在重庆医科大学动物实验室完成。材料:取新鲜新西兰大白兔股骨远端(15mm)制作脱蛋白骨关节,将人重组肿瘤坏死因子α、人重组骨形态发生蛋白2分别与钙磷骨水泥和脱蛋白骨关节复合,冷冻干燥,环氧乙烷消毒备用。方法:手术造成兔股骨远端15mm关节缺损实验模型,将40只新西兰大白兔随机均分成两组:实验组将混合有人重组骨形态发生蛋白2、人重组肿瘤坏死因子α的钙磷骨水泥在异体脱蛋白骨关节表面涂层和髓腔内填塞后,置换一侧股骨远端;对照组进行单纯异体脱蛋白关节股骨远端移植。主要观察指标:植入后4,8,12,16周分别行X射线摄片以及组织学检查,观察骨缺损愈合情况、移植关节端成骨与成软骨情况;并于16周行血管造影,了解局部血供重建情况。结果:实验组在移植后第4周可观察到大量新生血管出现,网织状骨形成。至第12～16周时,复合脱蛋白骨关节完全存活,断端愈合。光镜下各时期的成骨面积实验组均大于对照组。股动脉血管造影示实验组移植部位周围血管数量明显多于对照组。结论:钙磷骨水泥/复合脱蛋白骨关节具有良好的成骨能力,在体内能促进股骨远端关节缺损的血供重建、愈合和替代。

磷酸钙骨水泥的研究进展

磷酸钙骨水泥 (CPC)是一种新型的自固型、非陶瓷型骨水泥。众多研究表明 ,它具有良好的生物相容性、骨传导性、可降解性及可塑性等优点 ,临床上可用于非负重部位骨缺损的修复、药物或生物因子载体以及松质骨螺钉的加固。作者对近年来CPC的研究概况进行了综述。CPC可望成为新一代骨替代物 。

小切口微创人工全髋关节置换47例

选择2006-07/2008-04泸州医学院附属医院骨与关节外科收治的初次行人工全髋关节置换患者103例(107髋)。按置换方法不同分为2组:微创组47例47髋:股骨头坏死15例15髋,股骨颈骨折28例28髋,骨性关节炎4例4髋,采用改良后外侧切口、非骨水泥假体人工全髋关节置换;常规置换组56例60髋:按传统全髋关节置换方法进行;记录置换过程中、置换后出血量、切口长度、疼痛、关节功能恢复情况、住院时间,观察围手术期并发症。103例患者均获得随访,其中微创组随访3～11个月;常规置换组随访7～22个月。微创组置换过程中、置换后平均出血量少于常规置换组(P<0.05);常规置换组1例置换后发生深静脉栓塞,微创组无并发症发生;微创组随访3个月时Harris评分为(87.0±4.2)分,与常规置换组(89.0±3.8)分相近(P>0.05);提示微创组置换后关节功能恢复较快,疼痛轻,平均住院时间短于常规置换组。

人工全肘关节置换治疗老年复杂肱骨髁间骨折的初步报告

目的探讨人工全肘关节置换治疗老年复杂肱骨髁间骨折的疗效。方法2006年至今我院对4例老年复杂肱骨髁间骨折患者实施人工全肘关节置换术。结果4例患者均获满意随访，随访时间5—14个月。随访期间未见假体松动、感染等并发症发生。根据Mayo评分标准：优1例91分，良3例（78分，84分，85分）。结论对老年骨质疏松、严重粉碎的复杂肱骨髁间骨折，采用人工全肘关节置换治疗可获满意疗效。

钙磷骨水泥/复合脱蛋白骨关节移植血供重建的实验研究

目的 探讨钙磷骨水泥 /复合脱蛋白骨关节移植后的血供重建 ,以及与成骨能力的关系。方法 取新鲜新西兰大白兔股骨下段 (15 mm)制作成脱蛋白骨关节 ,并将 rh BMP、rh TNFα分别与脱蛋白骨关节和钙磷骨水泥进行复合。手术造成兔股骨下段 15 mm骨与关节缺损实验模型 ,将动物随机分成两组 ,A组 :将复合有 rn BMP和 rh TNFα的钙磷骨水泥在异体复合脱蛋白骨关节表面涂层和髓腔内填塞后 ,置换一侧股骨下端 ;B组 :单纯异体脱蛋白关节股骨下端移植 (对照组 )。植入后 4、8、12、16周分别行组织学检查以及 X线摄片 ,并于 16周行股动脉血管造影 ,了解局部血供重建情况。结果 A组在移植后第 4周即可观察到大量新生血管出现 ,网织状骨形成。至第 12 - 16周时 ,复合脱蛋白骨关节完全存活 ,断端愈合。光镜下各时期的成骨面积 A组均大于 B组。股动脉血管造影示 A组移植部位周围血管数量明显多于B组和正常组。结论 CPC/ DPB/ rh BMP/ rh TNFα复合脱蛋白骨关节具有良好的成骨能力 ,在体内能促进蛋白骨关节的血供重建。

地震成因的探究

地震的发生不仅与板块的碰撞挤压作用有关,还与发震地区的地质构造、当时的时间、节气、日月潮引力、人类活动以及该地区的资源和资源开采有关。