摘要：开发多活性位点绿色高效絮凝剂对构建低絮凝剂用量的高效固液分离过程、实现选矿废水高效处理与循环回用具有重要意义.本文为考察天然阳离子型线性高分子壳聚糖接枝阳离子型聚丙烯酰胺(Chi-g-CPAM)的絮凝性能,改变引发剂质量分数将壳聚糖、丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵通过紫外引发水溶液聚合法进行接枝共聚,合成了分子结构不同的Chi-g-CPAM,使用石英晶体微天平(QCM-D)研究了其在SiO2芯片表面的吸附行为和后继原位絮凝高岭土的动力学,分析了絮体结构变化;并采用动力学方程拟合以揭示絮凝机理;最后进行了絮凝剂沉降性能试验.结果表明,长支链可增强絮凝剂对高岭土的架桥网捕作用,加快沉降;接枝率越高则有助于降低上清液浊度.引发剂质量分数为0.10%所合成的Chi-g-CPAM支链相对多而长,在SiO2芯片表面平衡吸附量最大,为(–11.68±0.40)Hz,吸附的第Ⅰ、Ⅱ阶段K值分别为0.1814和0.5054,吸附构象趋于向外伸展,后继所絮凝高岭土量少且絮体结构疏松,架桥、网捕和电中和作用协同使其在沉降试验中表现的沉降速率最大(12.18 m·h–1),上清液浊度最低(13 NTU).支链多而长的Chi-g-CPAM絮凝高岭土的过程复杂,准一级、准二级动力学和Elovich方程对其拟合效果均较好.引发剂质量分数为0.15%和0.05%时,对应所合成支链多而短、支链少而短的Chi-gCPAM在SiO2表面呈扁平的“列车式”吸附构象,架桥和网捕能力低,絮凝沉降性能差.多活性官能团絮凝剂的分子结构影响其在矿物表面的吸附构象,是决定其絮凝性能的关键因素之一.本研究对选矿大分子药剂的分子结构设计具有重要意义.

摘要：矿区采动损伤监测是研究地表移动变形规律、开采损害预警、减损设计的重要依据。由于西部特殊开采地质条件、生态损伤累积效应和传统开采沉陷监测技术在观测精度、数据处理、成本投入和监测效率等方面的缺陷,从煤炭开采全生命周期角度出发,提出采动损伤科学内涵并构建矿区“空天地”一体化监测技术体系。以神东矿区上湾煤矿12401工作面为研究背景,利用BDS+GPS进行控制测量,为地表形变监测提供高精度空间三维坐标;基于InSAR技术探究地表沉降量和形变速率的时空演化规律;采用无人机与现场实测方法厘清地裂缝发育规律与工作面推进速度、来压步距的对应关系;运用固定站式三维激光扫描精确获得地表下沉量;通过高密度电法和探地雷达揭示地下深层隐伏裂缝的发育趋势与部分岩层的离层现象。研究成果发现开采后地表存在抬升现象,在抬升与下沉交界处容易形成地裂缝。中部动态裂缝宽度变化存在“单峰裂隙”与“双峰裂隙”演化规律,前峰裂缝宽度约为后峰的1.5倍,前后峰值间隔10 d左右。通过InSAR精细观测区、GNSS控制点与三维激光扫描结果进行多源数据融合,得到工作面地表沉降云图和采动损伤数据信息,厘清基本顶周期来压、主关键层破断与地表主裂缝的周期性传导关系。

摘要：传统导水裂隙发育高度预计方法对顶板岩性进行均化,忽略了具体条件关键层结构差异所造成的影响,认为导水裂隙的发育高度随采厚是呈近线性增大的,有时会导致较大的判别误差。针对该问题,采用理论分析、现场探测等方法,研究了关键层结构影响下顶板导水裂隙发育高度随采厚的变化特征。结果表明,导水裂隙的发育高度同时受到采厚和覆岩关键层结构的影响。在覆岩关键层结构的控制作用下,导水裂隙的发育高度随采厚呈现台阶式突变而非连续的近线性变化。关键层厚度及其所控制的岩层厚度越大,导水裂隙高度随采厚变化时的台阶落差越大,突变越明显。一定关键层结构条件下,如果采高变化范围没有超出导水裂隙高度产生台阶的范围,则采高变化并不导致导水裂隙高度的变化,也就是说此时降低采高并不能减少导水裂隙高度,增加采高也并不会增大导水裂隙高度。研究结果得到了亭南煤矿导水裂隙高度实际探测结果的验证,在二盘区206工作面开采条件下,采厚7.5和9.0 m时对应的导水裂隙高度分别为140.2和148.3 m,均发育至宜君组底界,采厚在一定范围增加并未引起导水裂隙高度的明显变化,该工作面在保证导水裂隙高度不明显增大的前提下,最大采厚理论上可以达到14 m。基于研究成果形成了考虑关键层结构的洛河组砂岩含水层下合理采厚确定方法,指导了亭南煤矿二盘区综放工作面洛河组砂岩水防治实践。根据亭南煤矿207工作面附近钻孔柱状的关键层结构,以导水裂隙高度不直接沟通洛河组为限,提出207工作面在设计采厚7.5 m基础上,可以将顶煤全部放出的方案。工作面实际总采厚平均达9.0 m,多放顶煤1.5 m,多回收煤炭资源约71万t,有效提高了采出率。

摘要：库容计算是煤矿地下水库建设的核心技术之一。针对库容计算方法效率低和准确度低的问题,提出了基于CAD的煤矿地下水库库容快速精准计算方法,首先基于ODA的TeighaX控件,实现了无CAD平台条件下,煤矿地下水库底板高程数据的自动准确提取;①基于GIS的不规则三角网模型,形成煤矿地下水库底板三角网格,并结合储水水位数据,构建了煤矿地下水库储水体积元,通过对各个体积元赋予不同的储水系数,实现了库容的精准快速计算。基于此,按照面向对象设计思路,开发了C#语言的.NET平台下煤矿地下水库库容计算WebApi接口,集成研发了Web端煤矿地下水库库容计算平台,实现了Web浏览器上传专题地图和库容的快速精准计算。以某煤矿地下水库为案例,分别采用传统方法和研发系统对储水区域较大的A1区和A3区进行库容计算,对比结果表明A1区的误差为0.68%,A3区的误差为2.66%,2种方法计算结果误差均在3%之内,说明应用研发系统计算的结果可靠,可满足库容快速计算的基本要求。

摘要：为了查清敏东一矿矿井水水质特征和地下储存过程中典型污染组分去除规律,设计了一种“地表处理+含水层储存”的实验装置,结合现场取样检测、污染组分分析、室内模拟实验等手段开展了相关研究,结果表明,敏东一矿井下矿井水中污染组分来源于天然地下水和煤炭生产,其中来自地下水的Fe,F,Mn等离子超标1.0~3.0倍;煤炭开采造成的污染包括COD、浊度、氨氮、总大肠菌群,分别超标69.67~192.33倍、24.16~55.17倍、0.52~1.10倍和4.33~7.67倍;石油类组分超标则表明矿井水中出现了一定程度的有机污染。混凝沉淀实验中,20.0 mg/L PAC条件下,浊度和COD分别降至13.60 NTU和4.73 mg/L;在常规处理(混凝沉淀)去除悬浮物和COD的基础上,采用“地表处理和含水层储存”的实验模拟工艺,利用地表包气带孔隙介质过滤、氧化反应等作用,使浊度<1.0 NTU,TOC含量=1.097~1.128 mg/L,UV254=0.026~0.037 cm-1,NH4质量浓度0.1 mg/L,地表处理段出水已经满足当地地下水条件;含水层储存过程中,还原环境还可以进一步去除矿井水中有机组分,使TOC含量和UV254进一步降至0.48~0.54 mg/L和0.005~0.008 cm-1。另外,利用三维荧光光谱指纹可以进一步查清矿井水中有机组分种类和去除过程,实验源水中主要出现了Ⅲ区的多环芳烃类有机物(荧光强度(fluorescence intensity,FI)=4147)和Ⅴ区的腐殖质类有机物(FI=3140);地表处理后,Ⅲ区和Ⅴ区的FI分别降至2033~3140和2201~2760,结合UV254的变化特征可以看出,好氧阶段优先去除大分子/多环芳烃类有机物,再经过含水层储存,Ⅲ区的FI进一步降至1496~1779,Ⅴ区的FI则≤1638。采用“地表处理+含水层储存”的矿井水处理储存模式,可以有效去除煤炭开采产生的污染组分,保障矿井水地下储存的水质安全。

摘要：煤层采动引起的岩体运移、裂隙演化与渗流特性对煤矿地下水库的设计建造具有重要影响,为获取地下水库围岩体物理特征参数,开展相似材料流固耦合模型试验研究,结合典型浅埋煤层水文地质及开采条件,建立了立体相似材料流固耦合模型。通过监测煤层开挖过程中顶板下沉量、煤柱应力、含水层渗压等特征参数的变化,研究了煤层采动过程中破断岩体运移、裂隙演化规律及扰动岩层渗流特性变化规律。试验结果表明:煤层开挖后,煤柱上覆岩层形成倒台阶结构,煤柱应力先增大后减小。顶板岩层先后经历“弯曲下沉—裂隙发育—破断垮落”的动态演化过程,岩层裂隙发育程度决定了形成的导水裂隙带数量,可用岩层渗压下降速率表征岩层裂隙发育程度。岩层大面积垮冒滞后于导水裂隙带形成,含水层渗压突变先于岩层突降下沉发生,可将含水层渗压突降作为顶板来压垮冒的预兆之一。

摘要：为研究不同施工方法下深埋排水隧道围岩变形机制及稳定性控制,利用有限差分程序FLAC3D模拟了在不同施工方法下隧道的开挖支护过程,研究了隧道支护结构的变形与应力变化规律,探索了围岩稳定性,并分析了应力场、塑性区及变形对不同围岩力学参数敏感性。研究结果表明,在不同施工方法下排水隧道衬砌按抗压及抗拉验算均是安全的,且最大拉应力主要集中在拱底上;采用全断面法施工时围岩的竖向位移和水平位移最小;衬砌应力及围岩变形对弹性模量最敏感,黏聚力和内摩擦角对塑性区影响较大。

摘要：为提高煤矿地下水水文监测和水害预测水平,设计了一种基于智能水位仪的煤矿地下水实时跟踪监测预警系统。该系统采用水敏传感器的金属探针判断智能水位仪是否在含水层中,当水位下降至低于智能水位仪时,可将智能水位仪自动下放入水,从而避免产生伪数据;采用压力传感器获取水压数据,并通过上位机软件对数据进行拟合分析,进而计算出水位。测试结果表明,该系统工作稳定,对含水层水位的测量误差不超过2cm,且能够在5s内对含水层水位突变进行预警。

摘要：作为典型的铝硅酸盐固体废物,粉煤灰、煤矸石、气化渣等煤基固废中SiO2和Al2O3含量可达60%~90%,因此可将其作为硅源和铝源以制备具有高附加值的纳米多孔材料。主要综述了国内外利用粉煤灰、煤矸石、气化渣等煤基固废以制备纳孔材料的研究进展与反应机理,并对煤基固废制备纳孔材料进行总结与展望,以期为煤基固废高值化利用的进一步发展提供参考。指出目前煤基固废制备纳孔材料研究大多处在实验室研究阶段,尚未实现工业化生产,需解决合成过程中存在的沸石分子筛产品纯度低、成本高以及环境污染等问题,但以廉价煤基固体废物合成高值化纳孔材料的研究方向极具价值与潜力;合成纳米多孔材料的工艺种类和路线极其多样,难以找到相对普遍适用的方法,其合成机理有待进一步探究,且缺乏利用气化渣或数种煤基固废协同制备沸石分子筛等纳孔材料方面的研究。根据各煤基固废的具体矿相、物化成分等性质,有针对地设计并制备特定的纳孔材料,可发挥纳孔材料具有较大的比表面积、较窄的孔径分布、较大的孔隙体积等优良性质,使其具有良好的吸附能力。未来研究可集中于寻找更加经济、简便的活化和后续处理方法以提高纳孔材料的纯度和固体原料转化率,缩短工艺流程、减少药品消耗、降低合成成本以实现工业化生产,提高纳孔材料的性能如增大比表面积和孔隙体积等,开发多种煤基固废协同作用制备工艺及探究协同机理以求优势互补。