2025年, 第65卷, 第3期　
刊出日期：2025-03-15

  

• 全选
  |

编者按
• Select
  发展地下空间安全科学， 构筑重大工程安全屏障

  钟茂华

  清华大学学报（自然科学版）. 2025, 65(3): 413-413.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   
  
综述
• Select
  煤矿井下采掘机械截割产尘机理研究进展

  周文东, 崔宴伟, 王和堂, 任戈辉, 崔馨月, 王昊, 沈傲杰

  清华大学学报（自然科学版）. 2025, 65(3): 414-432. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.26.017

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   

  粉尘对煤矿井下作业环境造成重大危害, 高浓度粉尘不仅增加了作业人员罹患尘肺病的风险, 还会引起煤尘/瓦斯煤尘爆炸事故, 严重影响煤矿企业生产安全。煤矿采掘工作面采掘机械截割煤岩作业是产生粉尘的主要源头, 深入理解截割产尘机理是实现粉尘源头高效治理的关键。该文主要从截割产尘行为、 研究方法和影响机制3方面综述了煤矿井下采掘机械截割产尘机理的研究进展。在截割产尘行为方面, 总结了截割力理论计算模型和截割时煤岩体破碎产尘过程, 并分析了煤岩体破碎产尘过程的能量转化机制; 在研究方法方面, 介绍了国内外学者通过自主搭建实验平台进行的物理实验和基于有限元或离散元方法的数值模拟软件在截割产尘研究中的应用; 在影响机制方面, 探讨了煤岩体性质和截割机械工况参数等内外因素对截割产尘的影响。该文针对当前采掘机械截割产尘机理研究存在的难点, 提出了可能的研究方向。该文研究结果可为国内外学者研究煤矿粉尘治理技术提供参考。
  
论文
• Select
  水电地下工程安全管理多模态知识图谱构建方法

  向云飞, 罗一鸣, 宁泽宇, 刘元广, 杨佐斌, 李子昌, 林鹏

  清华大学学报（自然科学版）. 2025, 65(3): 433-445. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.26.014

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   

  水电地下工程安全管理面临交叉施工作业和资源动态流动等挑战, 相应的安全管理活动涉及多专业、 多工种和多业务流程, 高效开展各项安全管理活动需要不同领域的专业知识和技能作为支撑。然而, 由于水电地下工程安全管理领域知识结构复杂, 且分散于文本、 表格和图像等多模态数据中, 因此该文研究了水电地下工程安全管理多模态知识图谱构建方法, 这对于获取相关领域知识, 并为类似工程提供知识服务具有重要意义。该文首先构建了大规模高质量的水电地下工程安全管理多源异构数据集, 其中包含安全隐患排查和整改记录、 法规和制度文档、 安全隐患图像等数据; 其次, 基于大语言模型, 采用融合领域知识的提示微调方法进行知识抽取, 实现了多模态知识关联融合; 再次, 针对不同安全管理场景的差异化需求, 提出了场景知识提取方法, 并融合知识图谱和大语言模型技术实现了检索增强生成和可解释性知识推理; 最后, 基于多座水电工程收集的数据, 构建了多模态知识图谱, 并以白鹤滩水电地下工程为例进行验证, 开展了安全隐患整改措施智能推荐和法规文档遵从性检查。该文研究结果可为基础设施工程建设安全管理由数据驱动型向知识驱动型转变提供参考。
• Select
  大型地下洞室群通风实时解算联调方法

  安瑞楠, 林鹏, 王鑫, 李子昌, 刘元广, 何品杰

  清华大学学报（自然科学版）. 2025, 65(3): 446-454. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.26.016

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   

  大型地下洞室群施工期通风系统具有立体交叉复杂、 多区域用风负荷存在差异和多工况调控需求动态变化等特点。为解决复杂流场空间节点提取、 分支关联解耦和联调稳定等问题, 该文首先提出了针对一维管束流体和三维空间流场单元结构的节点提取原则和方法, 并通过虚拟分支场网耦合了求解方法; 其次, 节点-特性-边三元组有效反映了节点的结构、 性能和行为特性, 建立了以边为分析对象的通风联调超图结构, 揭示了通风分支与回路的耦合联动机制, 并提出了基于联调灵敏度的调阻控风优化调节方法; 最后, 研发了智能通风联调平台, 以关联响应增阻调节为关键技术, 搭配在线环境监测装置自动采集通风环境关键参数, 实现通风系统的实时解算及联调功能。该文研究结果可为同类工程通风系统解算提供参考。
• Select
  双洞长距离公路隧道火灾现场试验与数值模拟

  程辉航, 苗瑞锋, 杨秀军, 潘荣亮, 陈俊沣, 钟茂华

  清华大学学报（自然科学版）. 2025, 65(3): 455-468. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.26.002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   

  针对双洞长距离公路隧道的火灾烟气扩散特性和通风排烟设计, 该文设计、 开展了多组不同火灾场景下的全尺寸现场试验, 分析了气流速度、 烟气温度分布、 烟气扩散时间等特征参数, 获取了火灾情况下的烟气扩散信息, 并基于现场试验开展了数值模拟工作, 以研究不同机械通风模式的烟气控制效果。结果表明： 自然通风条件下, 火源上游温度最高点出现在3~4 m处; 当机械通风方向与自然风相反时, 虽然能稳定烟气层, 使上游温度在竖直方向上随高度梯度分布, 但也会导致通风的冷却效果减弱, 提高烟气温度。此外, 该文基于全尺寸试验结果开展数值模拟工作, 研究设定工况下较优的通风模式。试验结果可为类似结构的隧道工程的防排烟设计提供数据支撑和技术参考。
• Select
  高层建筑地下室火灾烟气蔓延试验

  吴乐, 岳顺禹, 程辉航, 钟茂华

  清华大学学报（自然科学版）. 2025, 65(3): 469-478. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.26.001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   

  该文为研究高层建筑地下空间火灾烟气蔓延规律, 在某高层建筑地下室开展现场火灾试验, 通过测量起火区域、 临近房间、 楼梯间水平方向和竖直方向的烟气温度, 对地下空间烟气多区域蔓延特性进行分析。结果表明： 在起火区域, 房间内起火后烟气蓄积作用显著, 而楼梯间及前室由于与多区域连通, 大量烟气向邻近区域扩散, 因此导致烟气蓄积作用降低, 形成稳定的烟气分层; 在起火区域邻近房间, 起火初期烟气在相互连通的多区域蔓延, 在空间受限程度较低的楼梯间前室烟气分层作用明显, 蔓延至远距离房间的低温烟气与空气掺混较严重, 下部空间烟气温度有明显升高趋势; 在楼梯间内, 烟气竖向蔓延较快, 0.125 MW火灾场景下, 烟气在300 s内可蔓延至4—5层区域, 在楼梯间拐角处烟气层高度降至2.00 m, 对人员疏散构成威胁。
• Select
  运动列车火灾条件下隧道内温度分布快速预测方法

  黄然, 朱士友, 何梦辰, 李若愚, 葛鑫茹, 王巧, 陈娟, 卢紫嫣, 马剑

  清华大学学报（自然科学版）. 2025, 65(3): 479-494. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.26.013

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   

  列车在区间隧道发生火灾后, 可能在怠速行驶至前方站台进行应急处置的中途丧失动力迫停。隧道内火场烟气和温度分布受运动列车影响难以预测, 给人员疏散管控带来困难, 严重威胁人员疏散安全。针对上述问题, 该文设计了75 个隧道内运动列车火灾场景, 构建数值模型, 开展模拟计算, 构建深度学习数据集, 利用长短期记忆网络、 卷积、 反卷积模块搭建隧道内运行列车火灾火场温度预测模型。研究结果表明： 在不同列车运动状态下, 该模型均可根据当前探测器数据超前30 s预测隧道侧向疏散平台温度分布, 且预测耗时仅0.08 s, 平均绝对误差为2.2 ℃, 平均绝对百分比误差为4%。该模型的泛化能力和鲁棒性较强, 当部分传感器失效时, 仍具有较好的预测效果。
• Select
  深埋隧洞纤维混凝土衬砌支护特性及应用

  邓志云, 林鹏, 马翔, 夏勇, 李子昌

  清华大学学报（自然科学版）. 2025, 65(3): 495-508. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.26.015

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   

  该文针对深埋隧洞衬砌结构开裂问题, 提出了采用玄武岩纤维混凝土(basalt fiber reinforced concrete, BFRC)提升衬砌结构承载能力的方法。首先, 对0~0.5%纤维体积率的BFRC试件进行拉压力学特性试验, 获得最优纤维掺量, 验证了素混凝土和最优掺量纤维混凝土损伤塑性(concrete damaged plasticity, CDP)模型参数; 其次, 采用数值模拟法建立了岩衬结构围岩-初期支护整体承载模型和二衬支护模型, 获得了深埋隧洞二衬支护特性曲线, 揭示了混凝土裂缝扩展规律; 最后, 定量分析了配筋率、 二衬厚度和纤维混凝土对二衬正常使用及极限状态承载力的影响。研究结果表明： 相较于素混凝土B0, 0.2%纤维体积率的BFRC轴拉强度和劈拉强度最大增幅分别为12.81%和14.79%, 0.5%纤维体积率的BFRC弯曲强度最大增幅为31.68%, 综合考虑纤维体积率最优掺量选用0.2%; 随着配筋率和二衬厚度的增加, 二衬0.30 mm裂缝荷载P_0.30和极限状态承载力均呈线性增加, 配筋率每增加0.10%, P_0.30平均增加约5.40%, 二衬厚度每增加0.10 m, P_0.30平均增加约11.18%; 掺入纤维可有效提升混凝土的抵抗裂缝扩展能力, 混凝土初始开裂荷载和P_0.30可分别提升38.64%和5.54%。该文研究结果可为深埋隧洞岩衬结构设计和纤维混凝土应用提供参考。
• Select
  安全疏散导向的深地空间水平通道宽度优化

  彭榆棋, 李超, 杨瑞航, 王大川, 周铁军

  清华大学学报（自然科学版）. 2025, 65(3): 509-520. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.26.011

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   

  深层地下空间具有封闭性强、 疏散距离长和疏散难度高等特点, 发生灾害时空间内人员的生命安全受到严重威胁。该文针对大规模人群在深层地下空间水平通道疏散时易出现的拥堵问题, 优化了水平通道的宽度设计。首先, 将深层地下空间模型抽象为拓扑网络模型, 并基于中介中心性指标评价了网络中各节点的重要性, 得到了分级路网模型; 其次, 通过现有规范设定了各级水平通道的基础宽度; 最后, 基于各级水平通道的基础宽度, 使用中国自主研发的行人疏散动力学模拟软件GoAhead分析了人群在深层地下空间水平通道的疏散过程。研究结果表明： 当深层地下空间三级、 二级左侧、 二级右侧和一级水平通道宽度分别为6.0、 9.0、 13.0和17.0 m时, 最利于人群疏散且经济性较高。该文研究结果可为深层地下空间安全疏散设计提供参考。
• Select
  城市埋地燃气管道泄漏风险演化模型构建与动态评估

  吴翔飞, 牛建龙, 王静舞, 赵小龙, 唐飞

  清华大学学报（自然科学版）. 2025, 65(3): 521-531. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.26.009

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   

  为预防城市埋地燃气管道泄漏及衍生事故, 该文提出一种管道泄漏连锁风险演化评估方法。该文根据城市埋地燃气管道的运行特点, 综合考虑人、 物、 环、 管等风险因素, 结合燃气泄漏事故发展流程和各风险因素之间的逻辑关系, 构建了集成灰数区间(Grey)、 决策试验与评价实验室(decision-making trial and evaluation laboratory, DEMATEL)、 解释结构模型(interpretive structural modeling, ISM)和动态Bayes网络(dynamic Bayesian network, DBN)的风险演化与评估模型。该文利用Grey-DEMATEL-ISM方法分析了各风险因素之间的逻辑关系, 并筛选出关键风险因素; 将各风险因素出现的概率进行量化, 并根据各风险因素之间的逻辑关系建立了管道泄漏风险演化DBN模型; 计算了管道泄漏失效概率, 并实时更新。研究结果表明： 腐蚀和人的因素的原因度、 中心度和敏感性均较高, 是预防埋地燃气管道泄漏的关键风险因素。该文所提方法可实现对埋地燃气管道泄漏风险演化过程的动态分析, 为有效预防和控制城市埋地燃气管道泄漏事故提供参考。
• Select
  城市电缆隧道火灾蔓延试验与数值模拟

  王朝政, 郭大鹏, 胥兵周, 刘畅, 苗政

  清华大学学报（自然科学版）. 2025, 65(3): 532-546. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.26.021

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   

  为揭示城市高压电缆隧道网络化结构对火灾蔓延特性的影响机制, 并为电缆隧道的火灾防控与结构设计提供依据, 该文通过在某城市地下电缆隧道开展全尺寸现场试验, 并利用火灾动力学数值模拟构建了不同隧道结构特性与通风系统耦合的火灾蔓延模型。该文模拟分析了各工况下的电缆隧道火灾过程, 对比分析了模拟数据与试验数据, 并研究不同工况下火灾发生时烟气的扩散行为、 火焰蔓延速度以及温度分布规律。结果表明: 多根多层电缆燃烧条件下, 火源上方顶棚温度迅速升高, 电缆数量增加显著提升了热释放率; 火源左侧的烟气在火灾初期蔓延速度较快, 随着时间推移, 大量外部空气的进入会引起烟气回流, 导致局部温度进一步升高; 多根多层电缆燃烧条件下的CO体积分数显著上升, 说明该条件下燃烧效率低, 产生了更多有毒气体; 在火源垂直上方, 不同风速条件下CO体积分数的变化呈现一定的规律, 在多层电缆条件下, 较高的风速能够改善气体稀释效果, 从而影响CO的生成和扩散。该文揭示了电缆数量、 布置层数与通风系统对隧道火灾危险性的综合影响, 研究结果可为高压电缆隧道的消防设计提供技术支撑。
• Select
  纵向通风对三元锂离子电池模块热失控及其传播的影响

  韩浩, 姜雪, 刘旭东, 张培红

  清华大学学报（自然科学版）. 2025, 65(3): 547-554. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.26.050

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   

  通风对锂离子电池(lithium-ion battery, LIB)模块热失控(thermal runaway, TR)及其传播的影响具有复杂性。该文构建纵向通风环境, 以5块5 Ah三元锂离子电池组成的LIB模块为研究对象, 通过改变风速, 对比分析电池表面温度、 烟气浓度、 LIB模块TR传播时间和质量损失率等参数, 研究纵向通风对LIB模块TR及其传播的供氧助燃和散热冷却双重作用机制。结果表明： 纵向通风对LIB模块TR及其传播的影响由供氧助燃和散热冷却的协同作用决定, 主导作用机制随风速不同而不同。在2.0、 3.0和4.5 m/s风速下, 供氧助燃作用为主导, 对LIB模块TR及其传播有促进作用, 且促进效果随风速增加而减弱; 而在6.0、 7.5和9.0 m/s风速下, 散热冷却作用为主导, 对LIB模块TR及其传播有抑制作用, 且抑制效果随风速增加而增强。该文研究结果可为LIB模块的热安全及其在新能源领域的推广应用提供参考。
• Select
  煤矿事故原因智能分析方法研究与应用

  张江石, 李泳暾, 吴静茹, 任晓锋, 潘雨, 张琪

  清华大学学报（自然科学版）. 2025, 65(3): 555-568. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.26.006

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   

  有效的事故致因分析是预防煤矿事故发生的有效途径, 由于人工分析事故时受人员主观影响较强, 且面对海量的事故和风险文本数据, 人工分析存在局限, 因此该文针对煤矿领域, 基于集成命名实体识别(named entity recognition, NER)、 语义依存分析(semantic dependency parsing, SDP)、 文本分类(text classification, TC)和事故致因“2-4”模型(24Model), 提出了一种煤矿事故原因智能分析方法。该文首先利用NER识别事故文本中的主要实体信息, 结合SDP识别实体信息之间的语义关系, 提取个体不安全动作和组织原因的文本表示模式; 其次, 利用TC构建了个体能力原因分类模型, 用于识别个体能力方面的因素; 最后, 开发了相关应用程序, 将所提方法应用于现场事故案例分析和学习。研究结果表明： 该文构建的NER和TC模型精确率均较高, 结合SDP能自动根据24Model分析和梳理事故原因, 并识别动作的发出者、 作业工序和物资设备等信息。该文所提方法可促进事故致因理论在煤矿企业的应用, 提升事故案例分析和学习的有效性, 从而预防相关事故发生。
• Select
  干雾降尘技术在金属矿井巷道型采场的应用

  李刚, 徐修平, 刘建国, 金龙哲

  清华大学学报（自然科学版）. 2025, 65(3): 569-579. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.26.008

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   

  矿山爆破作业产生大量冲击性粉尘, 极易引发尘肺病, 严重威胁作业人员的身心健康, 然而现有的通风除尘技术应用效果不佳。因此, 为实现矿山爆破作业粉尘的高效治理, 改善回风巷作业环境, 保障作业人员身心健康, 该文开展了干雾降尘技术在金属矿井巷道型采场的应用研究。该文以某铁矿巷道型采场为研究对象, 首先, 开展了该矿井下爆破作业粉尘的理化特性及润湿性影响机制研究; 其次, 开展了喷嘴雾化特性及影响因素研究; 再次, 设计研发了矿井干雾降尘装置; 最后, 开展了干雾降尘装置的现场试验研究。结果表明： 爆破作业产生的冲击性粉尘大多为亲水性粉尘, 颗粒粒径和表面孔体积是影响粉尘润湿性的主要因素; 雾滴粒径和数量是影响干雾降尘效率的重要因素, 当SK-508型超声雾化喷嘴的气压为0.7 MPa、 水流量为0.1 kg/s时, 雾化效果显著; 干雾降尘技术的现场试验效果明显, 对全尘和呼尘的去除效率均较高。
• Select
  高温金属熔融液滴撞击壁面动力学试验

  陶振翔, 周浩志, 刘潇瀚, 胡培峰, 罗宁, 周彪, 杨锐, 刘全义

  清华大学学报（自然科学版）. 2025, 65(3): 580-588. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.26.047

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   

  众多的事故调查结果表明：高温金属熔融液滴引燃是造成火灾蔓延、 事件升级的关键环节。该研究围绕金属熔融物撞击底板引燃灾变涉及的动力学过程, 针对性地设计和搭建了金属熔融液滴撞击试验平台, 确保了液滴质量、 温度的精准可控, 并提升了加热效率; 通过试验对颗粒直径、 温度、 碰撞距离等影响熔融液滴撞击不锈钢钢板、 聚苯乙烯(EPS)泡沫运动过程的因素开展了定量研究。试验结果表明： 不锈钢板上的熔融液滴铺展直径随时间呈先上升后趋于稳定的变化趋势, 而熔融液滴初始温度对液滴的铺展过程影响较小; EPS泡沫表面的熔融液滴铺展直径随时间呈先上升后下降的变化趋势, 且峰值出现的时间随碰撞距离增大而延长, 同时其拐点变化的时间也更晚。
• Select
  基体均质化发酵合成矿山生物抑尘剂方法

  王和堂, 章琦, 王宇轩, 李晓娟, 杨盼盼, 徐奕飞

  清华大学学报（自然科学版）. 2025, 65(3): 589-600. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.26.020

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   

  该文针对化学抑尘剂难以自然降解或降解性差、 表面活性低和易对土壤及水源造成二次污染等问题, 提出了微生物发酵合成矿山生物抑尘剂的方法, 并采用自主研发的双联发酵合成实验装置研究了生物抑尘剂的合成方法, 以提高生物抑尘剂的合成规模和生产效率。首先, 采用数值模拟法研究发酵装置中的基体流场速度、 流场湍动能、 气含率和搅拌功率; 其次, 通过实验验证了不同条件的气含率和抑尘剂产量; 最后, 对超滤分离提取的抑尘剂进行了界面性能和润湿性能实验。研究结果表明： 使用四斜直叶桨搅拌组合可形成明显的液体循环区域, 增加一层搅拌桨可扩大循环区域; 搅拌组合H的液面波动更小, 湍动能分布更均匀, 能提高溶氧值, 有利于气液传质, 通过测试菌体质量浓度和产率验证了搅拌组合H对提升基体均质化效果较好; 通过界面性能实验发现, 采用双级超滤时抑尘剂溶液的临界胶束质量浓度为22.65 mg/L, 抑尘剂随质量浓度的提升黏弹模量趋于稳定; 通过润湿性能实验发现, 经双级超滤提纯的抑尘剂沉降粉尘的最短时间为67 s, 对粉尘的润湿性较好。该文提出了从基体均质化角度研究较大容积的生物抑尘剂合成方法, 研究结果可为高效制备绿色环保型生物抑尘剂提供参考。
• Select
  冻结煤未冻水与孔隙特征变化核磁共振研究

  秦雷, 王辉, 李树刚, 刘鹏飞, 李嘉伟

  清华大学学报（自然科学版）. 2025, 65(3): 601-613. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.26.005

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   

  由于液氮致裂技术是一种重要的煤层增渗技术, 且低温下的煤孔隙水相变严重影响煤孔隙结构, 因此, 研究液氮循环冻结导致的煤孔隙水相变和孔隙演化对评价液氮致裂增渗效果, 以及提高煤层气抽采效率具有重要意义。该文对饱水烟煤进行不同次数的液氮冻融循环处理, 基于低场核磁共振测试技术, 测试煤样的横向弛豫时间曲线、 累计孔隙度和累计孔喉分布。结果表明： 煤样在-196 ℃冻结条件下, 煤孔隙内仍存在微量未冻水, 随温度升高, 小孔隙冰先开始融化, 产生小孔隙未冻水, 孔径越小, 孔隙冰的熔点越低。随着孔隙冰逐渐融化, 累计孔隙度不断增大, 增长过程可分为指数函数式快速增长、 一次函数式匀速增长和二次函数式增长3个阶段。对横向弛豫时间曲线进行积分, 可获得煤样融化过程中的孔隙未冻水变化, 并进行拟合, 可观察到, 在负温区间, 未冻水含量随温度升高呈指数函数式变化, 越接近0 ℃, 未冻水含量增速越快。-196～-34 ℃, 微孔未冻水占比接近100%; -20～0 ℃, 以中、 大孔隙未冻水为主。循环冻结可有效提高煤样的有效孔隙度和渗透率。该文基于SDR(Schlumberger-Doll Research)渗透率模型, 计算了煤样冻融循环后的渗透率变化。煤样的有效孔隙度和渗透率的增长率随循环次数的增加而增加, 当循环次数由5次增至30 次时, 有效孔隙度增长率由20.68%增至24.15%, 渗透率增长率由109.73%增至122.20%, 但随着循环次数不断增加, 冻融循环次数对煤样增渗作用的边际效应愈发明显。该文研究结果可为低温介质循环冻融煤体渗流孔隙结构演变研究和与液氮致裂增渗相关的现场作业提供参考。
• Select
  掘进工作面前方应力异常地-电响应特征研究

  王欣宇, 王恩元, 岳建华, 朱国庆, 程德强, 刘晓斐, 李德行, 郑司建

  清华大学学报（自然科学版）. 2025, 65(3): 614-624. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.26.010

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   

  煤矿掘进工作面前方的应力和结构异常区是煤与瓦斯突出的高发区域。为研究直流电法应用于煤体应力分布和异常区超前探测的可行性, 该文开展了煤样单轴分级加载视电阻率测试试验, 研究了煤样单轴分级加载过程中, 视电阻率的时空演化规律; 利用直流电法超前探技术对突出矿井的掘进工作面进行了连续跟踪探测, 揭示了煤矿掘进工作面前方的应力分布与视电阻率的区域对应关系, 以及应力异常区域的地-电响应特征, 并与钻屑量和实际揭露情况进行了对比验证。该文研究结果表明： 受载煤样的视电阻率时空演化规律与应力变化密切相关, 高阻区域和视电阻率均值随应力增加呈先减少后增大的趋势, 煤样的结构演变是视电阻率变化的主要原因; 掘进工作面前方的视电阻率与煤体应力分布较吻合, 从迎头向煤体深处, 呈先降低后缓慢升高, 并逐渐趋于稳定的变化趋势, 能基本反映应力“三带”分布情况; 当原岩应力区出现较明显的高低阻不规律分布特征时, 可视为应力或结构异常区域响应信号; 基于钻屑量和后期揭露发现, 视电阻率划分区域与实际情况的一致性较高, 表明直流电法可有效探测和识别煤岩体掘进工作面前方的应力分布和异常区域。该文研究结果不仅可为基于直流电法的煤与瓦斯突出危险区域精准超前探测提供理论依据和技术支撑, 还可为拓展煤岩动力灾害超前预警提供参考。