基于离散元法的类岩石材料水力压裂裂缝扩展规律

水力压裂是煤矿井下卸压的重要技术手段,更好地理解裂缝扩展机理对煤层安全开采具有重要意义。为深入探究水力裂缝扩展规律,针对实验室常用的类岩石试件,利用颗粒离散元数值模拟软件MatDEM,建立了二维水力压裂数值模型,开展了不同注液压力增量的水力压裂试验。试验研究了注液压力增量对水力裂缝扩展的影响,揭示了模型起裂机理,从细观尺度分析了裂隙生成及裂缝扩展规律,并对水力裂缝扩展特性进行了讨论。结果表明:①注液压力增量对模型起裂压力与起裂时间变化趋势的影响相反。起裂压力随注液压力增量变大,其增长趋势不断变缓,并逐渐趋近于5.6 MPa。起裂时间随注液压力增量变大不断减小,其减小趋势同样逐渐减缓。②累计裂隙数目随时间呈指数型增长,将水力压裂过程分为4个阶段(Ⅰ~Ⅳ):无裂隙阶段、裂隙缓慢增长阶段、裂隙稳定增长阶段和裂隙急速增长阶段,分别对应模型起裂前、模型起裂后裂缝形成前、主裂缝扩展以及次级裂缝扩展过程。随注液压力增量变大,第Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ阶段时长不断减小,第Ⅳ阶段时长呈波动式增长。各阶段裂隙数目关系为第Ⅳ阶段最多,第Ⅲ阶段次之、第Ⅱ阶段最少。③随注液压力增量变大,次级裂缝数目由8条增至16条,裂缝增长速度在第Ⅲ阶段以前逐渐减慢,进入第Ⅳ阶段后不断增快。注液压力增量由0.03 MPa增大至0.70 MPa,裂缝最终长度增大1.79倍。④模型内部能量随注液压力增量的变大而增加,且能量输入速度逐渐变快。模型起裂后,高压水在裂缝尖端形成应力集中,促使裂缝继续扩展延伸。较高注液压力增量下,裂缝扩展速度变快,颗粒位移量由压裂孔至模型外侧逐渐减小。注液压力增量的变大会使次级裂缝形成位置向压裂孔靠近,对主裂缝的形成及扩展起抑制作用,而对次级裂缝的形成及扩展起促进作用,裂隙类型均为张拉裂隙。

基于液电效应的高压电脉冲岩体致裂特征及机理

基于液电效应的高压电脉冲致裂技术是一种新型的岩体致裂技术,具有安全高效、绿色环保、能量可控等特点,在煤矿井下围岩应力调控方面拥有广阔的应用前景。由于井下岩体往往处在较为复杂的应力环境,为深入研究该技术在井下不同围岩应力环境下对坚硬岩体的致裂效果,通过LS-DYNA软件对基于RHT损伤本构模型建立的岩石试样进行高压电脉冲岩体致裂数值模拟试验,对岩体内部的损伤和有效应力演化过程进行采集,分析岩体的致裂特征及其裂缝扩展机理,通过数值模拟弥补在室内试验中因放电过程快、电磁干扰大而导致的致裂过程中岩体内部难以有效监测的问题。利用自主研发的高压电脉冲岩体致裂试验平台,开展了不同围岩应力条件下的高压电脉冲岩体致裂试验,通过获得的岩体表面破裂特征验证数值模拟结果的可靠性。获得以下结论:①基于RHT本构模型建立了LS-DYNA高压电脉冲岩体致裂数值模型,根据炸药爆破与高压电脉冲的能量等效关系,构建了高压电脉冲数值模拟等效参数。通过实验室试验与数值模拟结果进行对比,验证了数值模型与等效参数的可靠性;②对试样上表面裂纹扩展情况进行分析,发现裂纹会向最大压初始应力方向偏转。在此过程中,裂纹总长度先是逐渐减小。当所有裂纹与最大初始压应力夹角均小于45°时,裂纹总长度开始逐渐增大;③通过数值模拟,发现在致裂初期,高压电脉冲放电产生的动态应力远大于围岩应力,对试样的破坏起主导作用。随着动态应力在传播过程中的快速衰减,初始围岩应力与动态应力的大小逐渐接近,并最终由初始围岩应力主导裂纹的萌生与扩展。研究结果表明,围岩应力是决定岩体裂缝发育和扩展特征的重要因素,特别是对裂缝的扩展方向有显著影响,在采用高压电脉冲致裂技术对深部岩体进行致裂时,应考虑岩体所处应力状态,科学制定致裂方案,以实现对岩体的高效致裂。

黏土矿物材料在煤矿注浆领域的研究进展与前景展望

我国煤炭资源的开采将进入深部开采阶段,传统的无机和有机注浆材料难以应对深部开采高应力、高地温、高岩溶水压的工程条件。黏土矿物具有特殊的层状结构及高膨胀性、良好的热稳定性、高火山灰活性等理化特征,已被广泛用于煤矿注浆材料领域。近年来,国内外学者开发了纯黏土注浆材料、水泥-黏土复合注浆材料以及有机物-黏土复合注浆材料,并阐明了各类材料的用途及黏土矿物作为外加填料的强化机理。本文基于对黏土矿物结构、特性、表征及应用的阐述,综合近年来国内外科研人员对煤矿含黏土注浆材料的研究,归纳了含黏土注浆材料的开发现状,探讨了黏土矿物用于煤矿注浆的必要条件和共性特征,指出了当前煤矿含黏土注浆材料研究中存在的问题,并对今后含黏土注浆材料的开发提出了展望。

基于顶板结构断裂特征的煤矿结构充填关键位置确定方法

充填开采是控制岩层移动并降低地表沉降与环境损害的重要途径,而充填材料来源不足和充填成本高昂现成为制约井工煤矿充填开采推广应用的主要瓶颈。探寻重点区域的低充填率靶向充填新方法与配套技术是充填开采的研究热点之一。为解决上述问题,结合煤矿井下结构充填的学术思想,深入研究了顶板岩层断裂特征,明确了顶板岩层破断块体尺寸及铰接形态,识别了破断铰接块体主沉降区域,判定出结构充填的关键位置。结合关键位置确定方法,提出重点控制基本顶最大挠度位置,即板结构潜在张拉断裂位置(塑性铰发育位置)的“工字型”结构充填新方法。结合新阳矿岩层地质参数,借助FLAC^(3D)数值模拟软件,深入分析了工作面采宽和推进方向上顶板岩层内应力、竖直沉降、塑性区分布规律,揭示了不同方案下充填体稳定性演变特征。结果表明:“工字型”充填在节省充填用量的基础上,较垮落式开采减少初采期直接顶沉降量33.47%,与全部充填仅相差2.3%。同时,关键位置充填体能有效应对顶板回转下沉引起的应力集中,保持自身稳定性,实现对顶板的长效支撑。综合分析得到了新阳矿首采工作面初采期“工字型”结构充填最佳充填方案为中部条带长度72 m,宽度7 m,两侧条带长度18 m,宽度6 m,较全部充填可减少充填材料成本33.86万元。该方案形成的密闭空间为1980 m^(3),占总采出空间的44%,可用来储能或碳封存,助力实现零碳绿色开采,推动双碳目标的实现。

钻孔剪切力学参数表征修正方法及其实验研究

钻孔剪切法是现场快速实测岩石抗剪强度的重要方法,但因测量误差较大导致其应用受限。通过对钻孔剪切原理及研究成果分析,发现了不完全剪切是岩石钻孔剪切试验误差大的原因,提出了基于压、剪不等面积的钻孔剪切法修正方法。设计实验装置开展钻孔剪切模拟试验,研究了不同剪切板参数下砂岩剪切力学参数表征规律,证明了所提方法的有效性和修正效果,最后通过文献数据验证了该方法的适用性。具体结果如下:①岩石钻孔剪切试验误差大的根本原因是受压面积和剪切面积选取失真且不相等,实际剪切破坏面积小于剪切齿齿间面积,且不同剪切齿长度情况下修正受压面积和剪切面积均随法向力的增大线性增大。基于剪切齿参数、受压面积和剪切面积的关系式,提出了钻孔剪切法修正方法。②岩石钻孔剪切的剪应力−剪切位移曲线可分为压密阶段、似弹性变形阶段、塑性变形阶段和峰后阶段。随法向力增大,不同剪切板参数下正应力、剪应力和剪切刚度均增大,达到剪应力峰值时的位移减小。钻孔剪切参数与剪切力学参数表征值之间存在明显规律。随剪切齿齿长的增加,黏聚力线性增大,内摩擦角呈二次函数增大。随剪切板面积的增加,黏聚力线性增大,内摩擦角呈二次函数减小。③剪切齿齿长和剪切板面积增大可在一定程度上减少测量偏差。剪切齿齿长从1.0 mm增大到2.5 mm,黏聚力和内摩擦角测量值的总偏差从62.96%降低到19.91%,总修正提升值从30.8%提高到74.1%;剪切板面积从400 mm^(2)增大到520 mm^(2),黏聚力和内摩擦角测量值的总偏差从64.07%降低到37.69%,总修正提升值从39.56%提高到56.05%。实验和文献数据验证均表明,本修正方法可以使钻孔剪切法测得的黏聚力和内摩擦角准确度分别提升约50%和6%。

基于声发射特征的不同高径比矸石胶结充填柱单轴压缩损伤演化

为研究高径比对矸石胶结充填柱单轴压缩性能的影响,本实验制备了高径比为0.5~4.0的5组圆柱体试件进行单轴压缩试验,同时利用数字图像相关技术(DIC)和声发射进行监测,探讨了不同高径比充填柱的破坏特征.研究表明:矸石胶结充填柱的峰值应力和峰值应变都会随着高径比的增大而减小,并与高径比呈指数关系;充填柱的破坏形式在高径比大于2.0后从整体破坏转为局部破坏,局部应变大于16%可以导致充填柱整体失稳;充填柱的高径比从1.0升高到4.0,损伤程度下降到11%;充填柱在累计振铃计数快速上升区中的破坏占总破坏的比例随高径比的增大从22.6%增加到72.3%,高径比大于2.0时该比例达到40.9%且上升速度加快,破坏的集中程度较高;声发射最终累积振铃计数先随着高径比增大而增大,在高径比为2.0以后开始减小,且高径比对振铃集中出现的位置有较大影响;用声发射能量与振铃计数的比值(E/C)反应能量释放剧烈程度,平均E/C随高径比增大从1.26增大到2.76,高径比大于2.0时峰后能量释放较为剧烈.试验结果可以为结构充填开采中充填柱高径比的选取提供参考.

废弃矿井采空区覆岩裂隙网络水气两相渗流特性研究

在“双碳”目标实现与煤炭深化供给侧改革的大背景下,大量资源枯竭及产能落后的煤矿被逐步淘汰,我国废弃矿井的数量不断增加。覆岩裂隙对于采空区内流体的运移具有一定的控制作用,为了揭示废弃矿井长期闭坑过程中采空区覆岩裂隙网络内水气两相渗流规律,本文采用数字图像处理技术对物理相似模型覆岩裂隙网络进行了识别及提取,统计分析了纵向破断裂隙和层间离层裂隙的几何参数特征,建立了覆岩裂隙网络几何模型,采用两相流理论探究了覆岩裂隙网络内瓦斯上浮和离层水下渗的流动规律。研究结果表明:采空区覆岩裂隙整体呈现“梯形”状,纵向破断裂隙与层间离层裂隙纵横交错、互相贯通,两种类型裂隙的开度、面积、周长均随频数的增加呈现指数递减的分布趋势,迹长呈对数正态分布、角度呈正态分布。数值模拟再现了采空区覆岩裂隙网络内进水、驱气、出水的过程,揭示了采空区两侧裂隙优势渗流通道的形成机理,由于渗流速度的非均衡性,导致高位层间离层裂隙存在瓦斯滞留区,裂隙两端被封堵、交叉点处存在偏流等现象。研究成果对于废弃矿井遗留资源二次开发利用具有一定的指导意义。

煤粉侵入对支撑裂缝渗透率的动态影响规律

煤粉侵入煤层水力压裂支撑裂缝容易导致裂缝堵塞,造成支撑裂缝导流能力和煤储层渗透率降低,进而严重影响煤层气井的稳定排采及产量。分别建立煤层气井停井前与重启后煤粉侵入支撑裂缝渗透率动态演化模型,并利用煤岩导流性能测试系统进行煤粉连续流动与间歇流动条件下的煤粉侵入支撑裂缝实验,验证了模型的正确性,研究了煤层气井停井与排采流速对支撑裂缝渗透率时空演化的影响规律。研究表明:随煤粉运移时间增加,支撑裂缝渗透率骤降后缓慢衰减,且沿煤粉运移方向,支撑裂缝内部空间孔隙损失率逐渐降低,裂缝内部渗透率沿煤粉运移方向逐渐升高。随煤粉持续侵入支撑裂缝,煤层气井关井重启后支撑裂缝孔隙损失率较停井前孔隙损失率更大,渗透率不能恢复至停井前。排采流速越慢,煤粉侵入支撑裂缝渗透率衰减速度越慢,渗透率越高,支撑裂缝渗透率受煤粉侵入影响在低排采流速下对流速变化更为敏感,缓慢排采流速下停井对支撑裂缝渗透率伤害更低。煤粉沉积系数越大,煤粉侵入过程中支撑裂缝近端渗透率越小,远端渗透率越大,而弥散系数越大,支撑裂缝远端渗透率越小,裂缝近端渗透率受弥散系数影响极小,煤层气井停井对支撑裂缝近端渗透率伤害更严重。煤粉侵入过程中支撑裂缝近端渗透率衰减速度更快,裂缝远端渗透率衰减速度更缓慢,沉积系数变化对支撑裂缝近端渗透率影响显著,而弥散系数变化对支撑裂缝远端渗透率影响更显著。

承压破碎无烟煤气体渗透特性影响因素实验研究

垮落带破碎煤岩体空隙结构演变直接影响垮落带气体渗透特性,进而影响废弃矿井采空区煤层气运移富集规律。利用自主设计研发的第二代破碎煤岩体压实-渗流-CT扫描试验系统,开展5种粒径破碎无烟煤在不同气体压力、轴向应力及空隙率条件下162组渗透实验。结果表明:(1)气体在破碎无烟煤中运移时气体压力、流量随时间一直处于动态变化直至达到吸附平衡,流量、压力恒定。(2)低雷诺数下气体在破碎无烟煤中流动需要拟启动压力梯度,其值处于158.89~1408.64 Pa/m,并随着轴压增大、空隙率减小而增大。(3)破碎无烟煤渗透率处于10^(-12)~10^(-10)m^(2),且渗透率随气体压力、空隙率增加分别呈现对数、指数函数式增长趋势。(4)颗粒粒径越大则相同装料空间内破碎煤样初始空隙越大,更易于气体流动,因此相同空隙率时破碎无烟煤渗透率随粒径的增大而增大;不同粒径颗粒渗透率平均变化幅度均随空隙率减小而减小;然而颗粒粒径越大,减小相同空隙率时破碎无烟煤渗透率变化幅度减小越明显。废弃矿井采空区煤层气地面抽采时,地面钻井应优先布设在垮落带破碎煤岩体连同纵向“高位环形裂隙体”共同构成的“U”型高渗煤层气富集区内。

低频扰动下高应力砂岩非线性动态力学响应特征

受煤矿残采区上行开采扰动影响,层间岩层在高静应力和低频扰动荷载耦合作用下的失稳是引发遗煤资源复采动力灾害的主要原因之一。为研究低频扰动荷载作用下高应力状态岩石的动态响应特征,以煤系地层砂岩为研究对象,基于自主研发的动静载耦合电液伺服试验机,开展不同幅值低频扰动荷载(5 Hz)作用下高应力砂岩(80%单轴抗压强度(UCS))动态单轴压缩试验,揭示了低频扰动下高应力砂岩的裂纹演化规律、渐进损伤行为和非线性动态响应特征。结果表明:①小幅扰动荷载作用过程中高应力状态砂岩并不会失稳,80%UCS预静载状态下诱使砂岩发生破坏的低频扰动幅值门槛值为15%UCS,在越过应力门槛值的扰动荷载作用过程中,高应力砂岩破坏前的扰动荷载循环周期数随幅值增大指数型衰减。②在砂岩内部随机分布的微裂纹萌生和渐进扩展影响下,动态割线模量、峰值应变、耗散能密度和声发射b值随扰动荷载作用时间的非线性演化特征显著。③指数型应变演化曲线在砂岩破坏前有明显的拐点,可以作为低频扰动下高应力砂岩动态破坏的前兆信息,用于相应动力灾害预警。④在越过门槛值的低频扰动荷载作用过程中,动态割线模量演化曲线近似指数型衰减,且非线性拟合参数可以用以量化割线模量劣化速率,砂岩的割线模量劣化速率随幅值线性递增非线性变化。⑤扰动荷载作用初期的上升时间和幅值的比值(RA)可以用于砂岩动态破坏超前预测,相应地,扰动荷载作用过程中RA的突增可以作为砂岩动态破坏的前兆预警信息。未越过门槛值的低频扰动荷载作用过程中,砂岩微破裂以张拉或混合破裂为主,剪切破裂占比仅为12.15%;幅值为15%UCS、20%UCS和25%UCS的扰动荷载作用过程中,剪切破裂占比分别为37.17%、52.75%和53.62%,随扰动荷载幅值增大对数型增加。

数字图像隐写分析综述

数字隐写是机密信息安全传递的重要方式,将机密信息隐藏于普通多媒体数据(图像或视音频)中可以实现隐蔽传输。而发现机密信息的隐蔽传输可采用隐写分析技术,隐写分析根据隐写引起的载体数据统计异常来判断多媒体数据是否含有秘密信息。近年来,隐写与隐写分析在相互对抗中不断进步与发展。随着社交网络的兴起,数字图像已成为社交媒介之一并广泛传播。本文以数字图像为例,梳理了近十余年数字图像隐写分析研究的发展现状;综述了传统隐写分析与深度学习隐写分析;探讨了各类方法面临的挑战,并展望了隐写分析的发展趋势。

水泥-粉煤灰基矸石胶结充填体破坏特征及强度形成机制

在煤矿结构充填开采中,不同充填率条件下对矸石胶结充填体强度的需求不同,拟通过改变粉煤灰在水泥–粉煤灰二元胶凝材料用量中的占比(下称“粉煤灰占比”)调控矸石胶结充填体强度,对不同粉煤灰占比(0~90%)矸石胶结充填体进行单轴压缩试验,探明矸石胶结充填体的强度调控范围,结合数字图像相关技术对试样破坏形态进行分析,结合声发射事件对试样脆延性破坏模式进行分析。采用承压筒法和单轴压缩试验分别测定了煤矸石的强度和不同粉煤灰占比水泥–粉煤灰二元胶凝材料的强度,并根据煤矸石的强度与水泥–粉煤灰二元胶凝材料的强度关系揭示矸石胶结充填体的强度形成机制。研究结果表明:矸石胶结充填体强度随着粉煤灰占比的增加而减少,实现了较大的矸石胶结充填体强度调控范围:1.77~30.04 MPa。不同强度范围的矸石胶结充填体试样对应的破坏形态和脆延性破坏模式也不同,材料性质发生了质的变化。随着粉煤灰占比的增加,在破坏形态方面,矸石胶结充填体试样由剪切破坏(0~50%粉煤灰占比)向拉剪复合破坏(60%~80%粉煤灰占比)再向拉伸破坏(90%粉煤灰占比)转变,对应的强度范围分别为20.8~30.04 MPa,5.63~12.35 MPa和1.77 MPa;在脆延性破坏模式方面,试样由脆–延性破坏(0~40%粉煤灰占比)转变为延性破坏(50%~90%粉煤灰占比),对应的强度范围分别为24.64~30.04 MPa和1.77~20.8 MPa。矸石胶结充填体的强度由水泥–粉煤灰二元胶凝材料的强度(1.43~55.5 MPa)和煤矸石的强度(平均强度为4.43 MPa)共同决定。水泥–粉煤灰二元胶凝材料对矸石胶结充填体的强度贡献较大,煤矸石使矸石胶结充填体的强度受限。所得试验结果为结构充填中充填材料的强度选择提供参考。

动静组合加载下砂岩剪切力学特性试验研究

动载扰动作用是影响遗煤复采过程中围岩稳定性的重要因素,为研究不同预静载水平下动载扰动对砂岩抗剪强度、黏聚力、内摩擦角、应变场及声发射等参数的影响,采用动静载多场耦合试验系统、声发射监测系统和DIC应变监测系统对砂岩进行了动静组合加载变角剪切试验。研究结果表明:在组合加载下,随着预静载水平的增大,砂岩抗剪强度和黏聚力呈先增大后减小的趋势,内摩擦角和扰动前后最大主应变差值呈先减小后增大的趋势,均在75%τ预静载水平处达到极值;在组合加载下,声发射累计能量和累计振铃计数整体上可划分为第一稳定增长期、第一突增期、平静期、第二突增期、第二稳定增长期和第三突增期6个阶段,在扰动阶段声发射信号活跃程度随着预静载水平的增大呈先减小后增大的趋势,极值出现在60%τ预静载水平处。研究成果可为动静组合加载下围岩稳定性控制提供理论参考。

鲜食糯玉米适宜采收期与籽粒含水量分析

【目的】分析10个鲜食糯玉米品种的籽粒含水量,并评价其与鲜重之间的关系,筛选出适宜新疆伊犁河谷鲜食糯玉米最佳采收期的品种。【方法】以10个鲜食糯玉米品种为供试材料,综合分析授粉后采收8个时期果穗的籽粒含水量、鲜重、干物质积累及产量等性状。【结果】不同糯玉米品种的鲜穗产量差异显著,苏科糯1801、苏科糯1505鲜穗产量分别为1215.14、1025.95 kg/667m 2,各品种授粉后25~30 d时籽粒含水量达59.6%~65.0%为糯玉米最适采收期;10个糯玉米品种的干物质积累量差异不显著,百粒鲜重大小排列顺序依次为苏科糯1505>彩甜糯001>苏科糯1801>苏科糯1901>糯香398>香甜糯968>苏科糯1501>苏科糯12>苏科糯212>苏科糯338,苏科糯1505籽粒含水量下降幅度最小,便于延长采收期。【结论】苏科糯1505、彩甜糯001、苏科糯1801、苏科糯1901、糯香389综合表现良好,可作为新疆伊犁河谷主推鲜食玉米品种,且最适采收期是授粉后25~30 d。

基于主成分分析的玉米杂交组合脱水性综合评价

【目的】综合评价36份玉米杂交组合产量性状与收获时籽粒脱水速率快慢,筛选出籽粒脱水性快的品种,为选育高代群体育种材料提供依据。【方法】以4份玉米自交系为测验种,9份玉米高代系为待测系,采用NCII不完全双列杂交组配设计,对其籽粒脱水速率及产量性状进行相关性、主成分、隶属函数、聚类分析等进行综合评价。【结果】玉米杂交组合各性状的变异系数从小到大排序依次为生育期<株高<穗粗<穗行数<轴粗<百粒重<行粒数<穗长<穗高<穗轴含水率<单株粒重<籽粒脱水速率<收获时籽粒含水率<苞叶含水率<籽粒脱水含水率<秃尖长,秃尖长为64.63%、籽粒脱水含水率27.31%,生育期仅为1.39%。收获时籽粒含水率与株高、穗粗、行粒数和生育期呈极显著正相关。籽粒脱水速率与株高、穗粗和行粒数均呈显著负相关,与生育期和穗轴含水率呈极显著负相关。前8个主成分的特征向量值和贡献率达到了86.39%。【结论】筛选出7个脱水快利于机械收获的玉米杂交组合。

鲜食糯玉米籽粒营养品质的差异变化分析

【目的】分析鲜食糯玉米籽粒授粉后不同时期主要营养成分的动态变化。【方法】以10个鲜食糯玉米品种为材料,采用完全随机区组设计,分析灌浆期中籽粒蔗糖、可溶性糖、淀粉、蛋白质含量变化规律及营养品质与品尝感官的相关性。【结果】糯玉米籽粒中蔗糖和可溶性糖含量均为单峰变化曲线,蛋白质含量始终保持上升趋势,饲料玉米中粗蛋白含量与粗脂肪含量始终保持上升趋势,而糯玉米籽粒中可溶性糖、蔗糖、蛋白质含量呈下降的趋势,淀粉含量呈上升的趋势,糯玉米籽粒中可溶性糖、蔗糖、蛋白质含量持续下降是糯玉米特有的营养品质变化规律,各品种灌浆后期蛋白质含量变化幅度较小。鲜食糯玉米的籽粒营养成分中蒸煮品质与蔗糖含量(0.4599^(**))、可溶性总糖含量(0.4728^(**))之间呈极显著正相关,蔗糖含量与蛋白质含量(0.7949^(**))呈极显著正相关,蔗糖含量与可溶性总糖含量(0.5642^(**))之间呈极显著正相关;鲜食糯玉米淀粉含量与蔗糖含量呈极显著负相关(-0.4275^(**))。【结论】10个糯玉米品种的蒸煮品质与蔗糖、可溶性糖的相关性较高,蒸煮品质与可溶性糖、蔗糖的浓度呈正相关,蒸煮品质与营养成分相关性对定向选育糯玉米新品种具有一定指导作用。

遗留煤柱群链式失稳的关键柱理论及其应用展望

遗留煤柱群链式失稳会引发覆岩垮落、地表塌陷、动载矿压、瓦斯外逸或水体下泄等灾害。揭示遗留煤柱群链式失稳的核心机理是精准防控的基本前提。从链式失稳的源头出发,提出了遗留煤柱群的最弱失稳致灾模式,界定了关键柱的基本概念,分析了关键柱的主要特征,研发了关键柱判别的技术方法,揭示了关键柱局部失稳的诱灾机理,形成了遗留煤柱群链式失稳的关键柱理论,并对其潜在的应用范围与领域进行了展望。研究结果表明:①遗留煤柱内在物理力学性质和外在环境因素等的差异性,导致采场遗留煤柱群呈现出最弱失稳致灾模式——遗留煤柱群体系中任一失稳致灾模式发生时,最弱失稳致灾模式必然已经发生,即遗留煤柱群体系发生链式失稳时,稳定性最弱的遗留煤柱必然发生了失稳。②关键柱是指采空区中最先可能发生局部失稳的遗留煤柱;“关键柱”之所以“关键”,是因为唯有采空区“关键柱”发生局部失稳,邻近区域稳定性稍强的遗留煤柱的失稳破坏才可能被活化,采场遗留煤柱群的链式失稳也才可能发生。③安全系数最小的遗留煤柱可以判别为煤柱群体系中的“关键柱”,在进行关键柱判别的时候需要遵循区域性、相对性、动态性和复合性等四大原则。④关键柱局部失稳的诱灾机理体现在:关键柱载荷的逐渐减小使得最邻近遗留煤柱承担的载荷线性增大,即关键柱的局部失稳会引发覆岩载荷向最邻近的遗留煤柱中转移与扩散,导致进一步的失稳破坏,并最终可能引发遗留煤柱群体系的“多米诺”链式失稳与破坏。⑤关键柱理论不仅可以应用于柱采区邻近煤层开采、强矿压控制、煤柱留设、充填开采、瓦斯抽采和水害防治等技术领域,还能推广应用于非煤矿山资源开采矿柱群的失稳防控等领域。遗留煤柱群链式失稳关键柱理论的提出有望促进我国煤炭资源绿色开采理论与技术的发展。

中国遗煤开采现状及研究进展

我国煤炭开采储采比低,对我国煤炭资源的可持续开发带来严重挑战,而历史原因造成浅部大量优质煤炭资源未能有效采出,形成了遗煤。通过对遗煤储量计算及遗煤开采矿井的统计,分析了我国遗煤储量、储采比、赋存类型、开采特点、遗煤开采研究现状及尚需解决的关键技术问题。研究表明:全国遗煤可采储量约400亿t,初次采出率不高于20%的遗煤可采储量达271.6亿t,占全部遗煤可采储量的67.4%,开采价值巨大;遗煤对储采比的增加率呈现东高西低的趋势,东部地区平均增加95.9%,中西部地区平均增加51%;15个省份进行遗煤开采,其可采储量347.1亿t,约占全国遗煤可采储量的86%;遗煤开采在2006年前后呈现不同趋势,2006年前,88.5%的遗煤开采矿井集中于东部产煤省,2006年后中西部产煤省开始大量进行遗煤开采;在地域上东部遗煤开采矿井占全部的65.82%,山西省占24.1%,可见遗煤开采集中在东部省份以及中部的山西省;遗煤类型可分为整层、分层、块段及复合遗煤4类,块段遗煤分布最广,东西部遗煤主导类型不同,东部以边角煤和保护煤柱为主,中西部则以小煤窑破坏区遗煤为主;遗煤开采研究在遗煤探测技术、遗煤开采理论及技术和遗煤开采灾害防治技术3个方面取得了进展。但遗煤开采是一个复杂的系统工程,在遗煤开采危险源探测、遗煤开采方法、遗煤开采矿压显现规律及岩层控制方法、老空区水、气赋存和运移规律及治理、遗煤开采灾害防治新型材料方面仍需深入研究。

复杂条件下遗煤开采岩层控制理论与关键技术研究

为解决我国老矿区资源枯竭,优质稀缺煤种匮乏、矿井服务年限不足等问题,通过理论分析、实验、数值模拟等方法系统研究了我国遗煤储量及类型、复杂条件下遗煤资源开采矿山压力显现规律、岩层控制机理及判定方法、构造充填岩控技术及工艺装备。取得了以下创新性成果:①首次摸清了我国遗煤储量、分布及类型等,遗煤资源开采可增加我国30%的煤炭储量,其开采将增加主要产煤省的煤炭储采比,提出了遗煤资源开采急需解决的技术难题;②揭示了复杂条件下遗煤开采的"应力场-结构场-变形场"时空演化与矿压显现规律,建立复杂条件下遗煤开采岩层移动预测模型;③发现复合残采区整层遗煤资源开采存在"主控岩层结构",建立了"扰动块体梁"结构模型和"上控制层+下承载层"结构模型,揭示复杂条件下遗煤开采岩层控制机理,构建了以"主控岩层结构稳定"为核心的复杂条件下遗煤开采可行性定量判定理论体系;④研发了综合柱旁充填、"梁-柱"式充填岩移控制技术、固体资源化充填材料和制备输送系统,充填效果监测技术,发明了复杂条件下遗煤开采构造充填岩控技术及工艺装备,形成了复杂条件下遗煤开采关键技术体系。该成果对延长服务年限、保证国家能源供给具有重要意义。

基于WOA-VMD的瞬变电磁探测信号降噪方法

为有效降低工频干扰和随机噪声对矿山采空区瞬变电磁精准探测与定位的影响,基于鲸鱼优化算法(WOA)提出一种改进变分模态分解(VMD)的瞬变电磁信号噪声识别和分离的方法。首先,根据排列熵能够检测时间序列随机性和复杂程度的特性,选择分解结果的最小排列熵作为优化目标;然后,利用鲸鱼优化(WOA)算法对变分模态分解(VMD)算法中参数组合分解个数K和二次惩罚因子α进行全局搜优,根据寻优结果确定最佳组合(K,α),并利用参数优化后的变分模态分解算法对瞬变电磁信号进行自适应分解,得到一系列具有带限特性的本征模态函数(IMF)分量;最后,结合相关系数和IMF时域变化曲线共同判定噪声分量,选取有效分量重构得到降噪后的瞬变电磁信号。根据瞬变电磁信号特征构建仿真信号,并采用WOA-VMD进行降噪处理,与集成经验模态分解(EEMD)降噪结果进行对比。研究结果表明:在不同信噪比下,WOA-VMD算法能显著改善瞬变电磁中晚期信号质量,且能获得更高质量的瞬变电磁响应电动势数据。运用WOA-VMD算法对采空区进行现场试验,发现本文提出的降噪方法能有效去除信号中的工频干扰和随机噪声,有利于后期反演电阻率的生成从而确定采空区位置,提高了瞬变电磁法对矿山采空区的解释精度。