大倾角煤层分层综采再生顶板破断规律研究

针对大倾角厚软煤层下分层安全综采问题,结合淮南矿区潘北煤矿1212（3）大倾角厚软煤层分层综采下分层工作面地质与工程条件,综合运用基于数字散斑、声发射监测与分布式光纤传感技术的物理模拟试验、基于煤系地层赋存禀赋建模技术的数值模拟试验相结合的研究手段,开展了下分层开采再生顶板破断倾向分区演化、再生岩体变形声发射能量与光纤应变响应规律及应力分布特征研究。结果表明：再生顶板破断由其破断岩块滑移、低中位悬臂梁和高位铰接岩梁断裂组成,双梁破断是引起下分层支架失稳的关键所在。下分层中上部双梁破断声发射能量呈高度聚集且持续时间短,光纤感知低位悬臂梁破断且中上部光纤应变峰值高,下分层中上部是支架与再生顶板稳定性控制的重点区域。下分层下部再生顶板破断岩块充填密实且粒径小,是架间与架前岩块漏冒多发区域。下分层再生顶板中形成高应力组成的应力拱,距采空区高度约30 m,双梁破断主要发生在拱内,拱中岩体破断对支架具有一定的冲垮作用。     

T型巷道中突出煤−瓦斯两相流动力学试验研究

为了进一步探究突出煤−瓦斯两相流在不同巷道布置方式下的动力学行为,利用多场耦合煤矿动力灾害大型物理模拟试验系统,开展了T型巷道布置方式下的煤与瓦斯突出试验,得出了两相流运移过程中冲击力与静压的演化特征。结果表明：直线主巷内冲击力随时间呈多峰值震荡衰减趋势,体现了突出过程的脉冲特性,且距突出口越近,冲击力震荡次数越多;分岔两侧支巷内冲击力突出前期呈现两种演化趋势,其一是迅速增大至峰值后缓慢下降,其二是缓慢增大后缓慢下降;距分岔结构中心左侧1 500 mm处出现了较大冲击力值,出现重度危险区域,而右侧则在距500 mm和1 900 mm处。利用突出运移动态图像将整个过程分为单相气流和两相流两个阶段,单相气流阶段中分岔后支巷的冲击力就迅速上升至峰值,而在两相流阶段分岔前主巷的冲击力上升至最高值,存在分岔后冲击力峰值高于分岔前的现象。突出过程中,巷道壁面上静压值总体偏低;静压随时间呈间歇式波动发展,且其峰值点自煤层由近及远呈先增大后减小的趋势;距突出口越远,直线主巷内静压出现峰值的时刻越滞后;分岔支巷内静压左右两侧的演化近似,随着时间推进,分岔结构前后静压衰减逐渐增大。     

含橡胶纤维钙质砂的渗透和固结特性试验研究

珊瑚岛礁常年处于复杂的海洋动力环境中,岛上堤坝围堰、基坑等构筑物的地基渗透变形甚至破坏会导致地基承载力失效的可能性变高。为探究橡胶纤维固化钙质砂的渗透特性和固结特性,采用常水头渗透试验和固结试验研究不同纤维含量下钙质砂的渗透规律和固结变形规律,并设置含纤维玻璃珠对照组。钙质砂具有颗粒形状极不规则、多棱角、内孔隙多等特点,为进一步研究颗粒形状的影响,采用高速动态图像粒度分析仪对钙质砂和玻璃珠的颗粒形状和粒径进行分析。试验结果表明,纤维含量对钙质砂试样渗透特性几乎无影响,但是含纤维玻璃珠试样中,随着纤维含量的增加,渗透系数先增加后减小。由于形状不规则橡胶纤维的加入,一定程度上填补了钙质砂之间的孔隙;钙质砂试样存在 800 kPa 的压力阈值,当压力超过800 kPa后,其压缩模量增幅变缓;不同纤维含量试样的e-lg p曲线可以用Harris模型表示,钙质砂组的材料系数 C= 5,玻璃珠组材料系数C= 3,此外,材料参数a、b与纤维含量有较好的线性关系。提出了合理的预测模型指导地基加固,具有十分重要的理论价值与工程实际意义。     

层状边坡倾倒变形多级折断面分布深度计算模型

针对反倾层状岩质斜坡倾倒变形折断面空间展布缺乏定量判断的问题,以地质原型和变形机制分析为基础,考虑岩层自重、上覆岩层盖重、侧向压力、岩层间的摩擦力等作用,提出了岩板倾倒折断的独立悬臂梁模型和独立简支梁模型。采用板梁的最大拉应力破坏准则,推导出了倾倒变形各阶段岩层的临界折断深度公式。利用地质原型对推导的公式进行了验证,并通过离心试验获取了倾倒变形各阶段的坡形参数,对边坡各阶段折断深度进行了定量评价。研究表明：理论模型可计算倾倒变形层间剪切错动、弱倾倒破坏、强倾倒破坏等各阶段岩层的折断长度;岩层折断长度与岩层分布高程、拉应力、岩梁自身重度呈负相关,与岩层内摩擦角、岩层厚度、抗拉强度呈正相关;根据倾倒变形各阶段力学参数,计算倾倒体各级折断面分布位置,结果与地质原型和离心试验结果吻合。该研究成果对倾倒变形边坡稳定性评价具有一定的理论和实际意义。     

●●以下文章网络预出版（在线出版）于2022年12月20日，预计刊于《地质论评》2023年第69卷第1期(2023年1月15日发行纸质版）或2023年第69卷第2期（2023年3月15日发行纸质版）

元素富集机制的研究是重现成矿过程和查明成矿机制的基础,有助于深化对矿床的认识,为找矿提供理论依据。本文总结了近年来关于铅锌元素的迁移与沉淀机制的研究及其应用,包括3种铅锌迁移沉淀模式,4种含铅锌流体驱动模式,铅锌的迁移形式及其沉淀机制;同时简述了我国高温高压实验的发展历程以及4种高温高压模拟实验方法。重点介绍了4种高温高压实验模拟方法及其研究现状：① 高压釜实验;② 热液金刚石压腔—激光拉曼实验;③ 熔融毛细硅管—激光拉曼实验;④ 计算机模拟实验。从封闭—平衡—静止到（半）开放—非平衡—流动、淬火分析到原位观察,应是今后高温高压实验的发展方向。以地质特征为基础,采用高温高压成岩成矿模拟实验结合计算机模拟,精细刻画成矿过程并揭示元素富集机制不仅是解决实际地质问题的有效手段,更是很长一段时间内要为之努力的方向。     

有载冻融作用对深部重塑黏土抗剪强度影响的试验研究北大核心CSCD

深厚表土层冻结法凿井工程中,深部土体由于经历了高压冻融作用,导致其工程性质变化,认识冻融作用对其强度与变形影响,对于冻融病害防治有一定意义。本文通过室内试验对深部重塑黏土进行了有载冻融,并对不同干密度、围压、冻结温度和融化温度条件下的深部冻融重塑黏土进行三轴剪切试验,探讨有载冻融作用下深土重塑土抗剪强度的变化规律。研究结果表明:冻融作用使深部重塑黏土的偏应力-应变关系由软化型转变成硬化型;同时,经冻融作用后其抗剪强度与割线模量都产生了一定的下降,在本试验条件下,抗剪强度最高下降了48.8%,割线模量E_()最大下降了72.0%。通过对各影响因素的显著性分析,发现初始干密度对抗剪强度和割线模量影响最为显著,围压对两者的影响最弱。     

山地冰川演化与冰湖发育相互作用机制北大核心CSCD

冰川-冰湖耦合过程是冰冻圈物质与能量循环的重要组成部分,系统刻画冰川演化与冰湖发育过程的相互作用机制,对于完善冰冻圈科学理论体系和认知冰川作用区变化规律、水循环模式和灾害效应具有重要意义。本文立足山地冰川演化和冰湖发育过程,系统归纳了冰川-冰湖相互作用研究进展,剖析了冰川作用与冰湖发育耦合机制及相关模型的应用,并对现有冰川演化与冰湖发育过程耦合机制研究存在的不足与挑战进行解析和总结。冰川-冰湖耦合过程的深入研究有助于提高数值模拟的可信度与精度,为评估冰川-冰湖耦合过程影响、建立灾害监测预警体系和采取适应性措施提供数据与理论基础。     

赣南北部黄陂河流域离子型稀土矿地区水质与健康风险评价

水质安全和健康是保障中国赣南老区乡村振兴发展的重要因素。赣南离子型稀土矿长期开发利用,导致浸矿剂和矿体中重金属元素等危害人体健康的物质进入水循环系统,给周边乡村饮用水卫生安全带来了潜在风险。目前,针对当地复垦后稀土矿及周边地区水质和健康风险缺乏系统调查评价,本文以《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)为评价依据,选择赣南北部黄陂河流域典型离子型稀土矿及周边的水体开展调查研究,采用电感耦合等离子体发射光谱/质谱等技术测定锰、镉等元素含量,采用水质指数(WQI)、危害商(HQ)、致癌风险(CR)评价了锰和铅等9种指标及其健康风险。结果表明：地表水中的异常指标有氨氮(平均值750μg/L)、锰(平均值207μg/L),地下水中的异常指标有氨氮(平均值4533μg/L)、锰(平均值4009μg/L);世界卫生组织(WHO)公布的Ⅰ类致癌物砷在地表水及地下水均未见异常。WQI显示研究区内85.7%的地表水适宜饮用。地表水及地下水中氨氮的HQ平均值<1,对人类健康没有不良影响;地下水中锰的HQ平均值>1,可能会对人类健康产生不良影响。地表水及地下水中致癌元素砷的CR值分布区...     

甘肃厂坝-李家沟超大型铅锌矿床成矿金属来源——来自闪锌矿原位S-Pb和Zn同位素证据

甘肃厂坝-李家沟铅锌矿床位于西秦岭多金属成矿带内的西成矿集区,为矿集区内重要的超大型铅锌矿床。矿体赋存在中泥盆统安家岔组的白云石化大理岩及石英片岩中,其成因认识一直存在争议,主要分歧集中在是同生还是后生。文章对不同成矿阶段的闪锌矿,采用多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)测定Zn同位素组成、采用激光剥蚀-多接收电感耦合等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)原位微区分析技术测定S、Pb同位素组成,示踪成矿物质来源,并分析矿物沉淀机制,为深入理解矿床成因提供新的精细证据。研究结果显示,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个成矿阶段闪锌矿的δ⁶⁶Zn分别为0.08‰~0.29‰,平均0.20‰;0.19‰~0.37‰,平均0.30‰;0.36‰~0.37‰,平均0.37‰。其中,Ⅰ阶段的闪锌矿δ³⁴S_Ⅰ值为20.9‰~26.1‰,平均24.4‰;Ⅱ阶段的闪锌矿δ³⁴S_Ⅱ值为12.2‰~21.9‰,平均19.1‰;Ⅲ阶段的闪锌矿δ³⁴S_Ⅲ值为18.2‰~24.7‰,平均21.5‰。3个阶段的矿石矿物Pb同位素组成变化不大,²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb为17.922~18.013,²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb为15.567~15.647,²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb为37.990~38.266。δ⁶⁶Zn同位素值显示,成矿金属早期来源于围岩海相碳酸盐岩,由于混合了岩浆热液或者是瑞利分馏作用,在成矿作用中后期δ⁶⁶Zn同位素逐渐上升。δ³⁴S同位素值显示,早期硫源主要为地层中的硫酸盐,中后期的δ³⁴S同位素值降低,可能是成矿流体中岩浆热液中的S^2-成分逐渐增多导致,闪锌矿为硫酸盐通过TSR反应沉淀成矿。Pb同位素指示成矿物质来源于上地壳,并混入了部分古老的变质基底的成分。笔者研究发现,厂坝-李家沟铅锌矿的成矿机制为不同来源的流体混合,随着pH值、成矿流体的温度发生变化而沉淀成矿。     

山东淄博金岭地区辛庄铁矿地质地球物理特征及深部找矿预测

临淄区辛庄铁矿位于山东金岭富铁矿集区的东南侧,具有较好的矽卡岩型铁成矿地质条件。区内以往发现的矿体为-500m以浅,深部成矿认识欠缺,导致资源接替不足。通过对成矿地质体分布及形态变化、重磁电异常特征和已发现矿体展布规律的分析,基于可控源音频大地电磁测深、重磁联合反演等技术手段,对区内深部成矿进行了预测。认为：辛庄铁矿为典型的矽卡岩型矿床,接触带不同位置成矿差异性明显,具有“平缓凹陷处易成矿,陡峭凸起处不易成矿”的特点;重、磁、电、地综合方法指示,金岭杂岩体在研究区南东侧深部具有明显再次上隆现象,形成明显的“凹”字形展布形态,是有利成矿部位。根据取得的认识,圈定深部找矿预测靶区一处,推测深部磁性体赋存于7号勘查线以西,海拔-770～-950m。这可为研究区取得深部找矿突破和补充后续接替资源提供理论指导。