煤炭科学技术杂志

煤炭科学技术杂志2024年第12期

• 坚硬顶板动压巷道远近应力场演化规律及调控技术

  何杰, 程蓬, 吴乐, 范军平,

  针对坚硬顶板强动压巷道围岩变形破坏难控制的问题，以寺家庄15119回风巷为工程背景，采用理论分析、现场实测、数值模拟与工业试验的综合研究方法，研究了坚硬顶板回采巷道远近应力场演化规律及调控技术。研究表明：15119回风巷在留设25 m煤柱时由于坚硬顶板难垮落造成远场应力集中，且在演化过程中加剧了巷道围岩近场应力环境恶化，这是致使该类巷道围岩变形破坏的问题所在。巷道围岩远近应力场存在紧密的相互作用关系，远场的应力能够引起近场应力范围和大小的变化，从而对巷道围岩的变形与破坏时效及范围产生影响。基于此，提出了巷道围岩的远场与近场应力场调控原理，即在通过工程干预手段有效地调控远近应力场的分布、传导途径及其相互作用，以此实现围岩应力环境的优化和巷道稳定性的增强。依据该原理，提出了“无煤柱留墙掘巷+切顶卸压+强力支护”远近应力场调控技术方案，新方案先调整15119回风巷至邻近15117工作面1.5 m处的低应力区，然后在15117进风巷顶板水压裂预制裂缝卸压调控远场应力分布与传播途径，最后强化15119回风巷围岩支护，优化近场应力环境。工业性试验表明：新方案能够有效减弱远场应力对近场应力的叠加作用，新方案中压裂对应的15119回风巷顶底板移近量最大460 mm，两帮收缩量最大为430 mm，断面收缩率降低了26.1%。巷道围岩远近场应力调控方案取得了良好的控制效果，可为类似巷道提供理论依据与技术参考。

• 大倾角近距离煤层综采运输巷断面形状与支护参数优化

  潘坤, 鞠文君, 王俊超, 贾后省, 侯彪, 王银伟, 张志明,

  针对大倾角近距离煤层巷道在多次剧烈采动作用下，巷道围岩频繁出现非对称变形破坏致使围岩控制困难的问题，以代池坝煤矿31233运输巷为工程背景，通过理论分析、数值模拟、现场监测等综合研究方法，研究了大倾角近距离煤层开采下3种断面形状巷道围岩变形破坏机理，进一步确定并优化了最佳非对称屋顶形巷道断面形状。研究结果表明：在大倾角近距离煤层剧烈采动情况下，无论巷道断面形状如何变化，其围岩破坏形态均呈现为最大破坏深度位置朝向顶板，且由于靠近上层工作面区域内塑性区扩展应力敏感性较强，导致该区域塑性区范围和深度达到最大，但3种断面形状巷道整体围岩破坏规律和塑性区分布范围有着明显差别；与拱形巷道、斜顶直角梯形巷道不同的是，非对称屋顶形巷道可根据巷道围岩条件变化来改变左帮、右帮高度以及左坡顶、右坡顶角度，使得巷道围岩整体应力分布趋于合理化，提升围岩破坏可控性的同时提高了巷道断面利用率。据此，提出了基于巷道围岩塑性区分布的非均匀控制方法，并进行了现场工程应用，优化断面形状前后技术经济指标对比结果表明非均匀支护方式对控制围岩变形效果明显，研究结果可为同类型大倾角近距离煤层巷道断面形状选择与支护设计优化提供有效科学依据。

• 非均布载荷条件下端帮开采支撑煤柱参数设计方法

  姜聚宇, 张玉龙, 曹兰柱, 王东, 王来贵, 李广贺, 侯成恒,

  应用端帮采煤机开采工艺回收端帮滞留煤资源过程中，合理地设计支撑煤柱参数，是端帮开采安全、高效进行的前提。基于尖点突变理论，确立了端帮开采支撑煤柱失稳充要条件；建立了采硐顶板-煤柱力学分析模型，基于弹性地基梁理论，研究了煤柱局部失稳后顶板应力、变形空间演化规律，提出了采硐顶板垮落失稳判据，以此作为非均布载荷条件下支撑煤柱失效判据；研究了不同煤柱留设宽度下顶板极限垮落距与煤柱失稳区段长度变化规律，提出了非均布载荷下支撑煤柱参数设计方法。研究结果表明：煤柱失稳的充要条件为分叉集Δ<0；采硐顶板的失稳判据为最大拉应力σtmax大于抗拉强度σtl；煤柱的失效判据为煤柱失稳区段长度lmax大于采硐顶板极限垮落距l2max；设计了山西某露天煤矿端帮开采煤柱宽度最终为3.0 m。

• 基于开采深度与构造应力的冲击地压危险性评价子指标取值方法

  李震, 吴冠洋, 司尚金, 高鑫, 刘勋, 张冬冬, 张呈祥, 刘家琛,

  深部工程岩体复杂赋存环境致使其力学特性不同于浅部，在煤矿开采扰动下时常诱发冲击地压灾害，冲击地压危险性评价在煤矿动力灾害防控中起着重要作用。然而，考虑构造应力影响因素W5的综合指数法子指标计算中，正常应力值并无明确的取值依据。针对此问题，首先，理清了我国煤矿开采深度现状与地应力分布规律，确定了数值研究中自变量（采深、地应力）的存在范围，基于室内试验结果建立了数值模型并开展了地下岩体开挖数值模拟，分析了破坏体积演化特征与规律，揭示了高地应力显现点对应的临界地应力比随采深的演化规律，建立了高应力显现临界地应力比的定量表达及高应力显现条件判据，最终提出了一种新的基于开采深度与构造应力的冲击地压危险指数子指标。结果表明：冲击地压危险性表现为矿压显现与煤岩体动力失稳，可将高应力显现与强破坏特征判定为“深部”条件；地下岩体破坏体积随地应力比和埋深的增大而增加，破坏体积曲线演化特征随岩性不同表现出差异性；高地应力显现点对应的地应力比随埋深增加而呈指数形式减小，当埋深趋于无穷大时，高应力显现临界地应力比趋于0.6；当地应力比大于等于高地应力显现点对应的临界地应力比时，出现高地应力显现特征；正常应力值可取为高地应力显现点对应的最大水平地应力。提出的子指标可以准确地评价不同开采深度、不同构造应力条件下的冲击危险性，也体现了防冲工作的个性化特点。

• 单轴压缩下不同层理煤能量演化及红外辐射特征

  张国宁, 赵毅鑫, 孙远东, 宫智馨,

  为了研究不同层理煤变形破坏过程中能量演化及红外辐射响应特征，以红庆河煤矿3-1煤层的煤样为研究对象，开展了4种不同层理角度（0°、30°、60°及90°）单轴压缩试验，并利用红外热成像仪监测煤样变形破坏过程中的红外温度场特征。试验结果表明：随着层理角度的增加，试样的抗压强度及应变能均呈“V”形变化趋势，60°时达到最小值，层理对峰前阶段的弹性应变能Ue及峰后阶段的耗散能Ud影响显著；不同层理角度煤样整体上表现为升温趋势，平均红外温度前兆点为0.84σp；试样破坏模式导致温度变化范围不同，0°和30°试样以张−剪破坏为主，升温幅度分别为1.12、1.30 ℃，而60°试样以单一剪切破坏为主，升温幅度较低为0.46 ℃，90°试样破坏以拉伸破坏为主，升温幅度最低为0.4 ℃；应变能与平均红外辐射温度呈正相关关系，相关程度排序为总应变能U<弹性应变能Ue<耗散能Ud。研究结果可以为煤岩动力灾害预警提供参考。

• 不同抵抗线影响下层状岩体爆破的破岩规律

  于建新, 孟鹏展, 张馨, 李真珍,

  层状岩体是地下工程建设常见的地质构造，钻爆法施工在层状岩体中表现为爆破成型效果差、超欠挖现象严重、振动传播不均衡等问题。抵抗线是影响爆破效果的关键参数，本研究以最小抵抗线为控制指标，研究初始应力与节理角度等影响下的层状岩体爆破破岩规律。以Ⅲ级围岩为地质背景，采用分层浇筑的方法制备不同节理参数的混凝土试块作为层状岩体的模拟材料，进行了一系列不同爆破条件下的爆破试验，结合高速摄影机、动态信号分析系统以及智能五段爆速仪等设备监测了试验过程；利用LS-DYNA三维数值仿真模型，分析了地应力静载与爆炸动载耦合作用下层状岩体的损伤及应力波传规律。研究结果表明：节理对爆破应力波地传播有阻隔作用，改变了裂纹扩展的方向和形态，应力波传至节理面后大量能量发生反射现象，少量能量发生透射现象穿过节理面，爆破效果上表现为主裂纹首先沿节理弱面贯穿，垂直于节理方向迎爆侧的岩石裂纹发育优于背侧裂纹，迎爆侧岩石内的应变强度大于背爆侧；随着抵抗线在6～10 cm增大，层状岩体爆破产生的爆破粉碎区及裂隙区范围逐渐减小，但爆破空腔范围先增大后减小，抵抗线较小时爆炸能量主要以气体形式逸出造成能量浪费，较大时爆炸能量作用于岩石内部难以抛掷岩石，当抵抗线为H=8 cm时，爆破产生的破岩效果最好；节理面迎爆侧有效应力随最小抵抗线的增加呈现先增大后减小趋势，合速度呈现先减小后增大趋势，节理面背爆侧有效应力峰值和合速度峰值变化趋势平缓。研究成果有助于加深对地下工程中层状岩石爆破破岩机理的认识。

• 含共面双裂隙复合岩三轴力学行为及能量演化规律

  司余洁, 肖桃李, 袁浩, 折海成, 赵云峰,

  大量深部岩体工程中广泛存在着不同性质岩石相互接触，局部构成了典型的复合岩体，而裂隙构型属性和围压对复合岩力学行为、能量演化及裂纹扩展规律都有着显著影响。为了研究裂隙构型属性和围压对复合岩力学行为、能量及微裂纹演化规律的影响，基于室内单轴和三轴压缩试验，采用离散元软件构建含共面双裂隙复合岩三轴压缩颗粒模型，系统研究了复合岩在不同裂隙倾角、长度和围压下的力学行为、能量及微裂纹的演化规律。研究结果表明：① 裂隙倾角和围压的增加对岩样的力学特性有着优化作用，裂隙长度的增加对其有着劣化作用，且复合岩从单向受力转变为三向受力时，力学特性发生骤变，得到显著的优化；② 随着裂隙倾角、长度及围压的增加，复合岩能量大小分别呈现“U”形分布、递减和递增的变化规律，能量的损耗主要出现在损伤应力以后；③ 岩样在变形加载过程中，产生的微裂纹以张拉裂纹为主，剪切裂纹主要出现在损伤应力后，裂隙几何参数和围压主要影响在相同应力阈值时的微裂纹演化特性。

• 冻融循环作用下饱水砂岩强度衰减及细观结构特征

  谢昊天, 徐颖, 郑强强, 于美鲁, 谢守冬, 李成杰,

  边坡岩体的冻融破坏是西部寒区露天矿山开采中常遇到的主要病害之一。为了研究冻融循环作用下边坡岩石的力学特性及细观结构劣化规律，对经历5种不同冻融循环次数(0、20、40、60、80次)的饱水砂岩进行静态压缩试验，并利用核磁共振与扫描电镜技术测试冻融前后饱水砂岩内部孔隙及形貌变化，分析冻融循环条件下饱水砂岩孔隙率、细观结构特征及静态压缩强度的演化规律，建立饱水砂岩在冻融循环条件下的强度衰减预测模型。结果表明：随着冻融循环次数的增加，饱水砂岩弹性模量线性降低，80次冻融循环后，静态抗压强度下降28.13%，且静态抗压强度与孔隙率呈负相关，冻融作用引起岩样内部较弱的矿物颗粒剥落析出，对其细观结构有明显弱化效应，细观结构损伤会进一步劣化其宏观力学性能；冻融循环作用下饱水砂岩的孔径呈“三峰”分布，随着冻融循环次数的增加，小孔隙扩展发育形成中孔隙和大孔隙，核磁共振T2谱面积增加，中孔隙和大孔隙占比增加；冻融条件下的饱水砂岩强度衰减预测模型符合指数方程，模型为冻融作用下岩石的力学性能与耐久性提供了有意义的衰减常数和半衰期参数，且孔隙率变化量与相对峰值强度的拟合优度较好，可以很好的反映不同冻融循环次数下的饱水砂岩强度劣化规律。

• 冻融−荷载共同作用下砂岩损伤力学特性

  宋勇军, 操警辉,

  寒区工程岩体长期承受冻融循环与荷载的共同作用，致使岩体力学性质劣化，极易引发各类地质灾害和工程事故。为真实再现寒区工程岩体在反复冻融过程中的力学响应特征，将岩石在受荷（0、15%σc、30%σc、40%σc，σc为岩样的平均峰值强度）状态下进行冻融循环，而后在此基础上开展力学特性研究。结果表明：砂岩质量损失率随冻融次数增大呈幂函数增长，且受荷水平越高质量损失率越大，最大质量损失为0.37%；受荷砂岩因冻融过程中两端面受端部摩擦力的长期作用，受扰动后极易出现岩石基质脱落现象。随冻融次数增加，岩样孔隙率呈幂函数增长、纵波波速呈指数函数衰减；砂岩在15%σc应力水平下冻融，其孔隙率增幅最缓、纵波波速降幅最慢，15次冻融循环后孔隙率增长6.00%，纵波波速衰减7.91%。岩样峰值强度和弹性模量与冻融次数呈负相关，冻融过程砂岩所受荷载水平对其力学特性影响较为显著，冻融早期受荷砂岩抵抗冻融作用的能力较强，而长期冻融循环作用下砂岩受荷水平越高抵御冻融作用的能力越弱；砂岩峰值应变与冻融次数呈正相关，砂岩冻融过程所受荷载水平对其变形特性产生明显的影响，受荷冻融岩样单轴压缩峰值应变小于无荷冻融岩样。运用损伤力学基本原理建立考虑受荷冻融及力学加载因素的分段损伤本构模型，模型与试验数据匹配度良好，能较好地适用于描述受荷冻融岩石加载损伤破坏过程。

• 煤与瓦斯突出过程中渗流与煤岩体破坏耦合作用机制

  张士岭, 崔俊飞, 和树栋,

  针对煤与瓦斯突出诱发机理不清的问题，研究了瓦斯渗流对工作面煤体破坏及煤与瓦斯突出的力学作用机制，分别从煤体渗流试验和土力学2个角度引入瓦斯渗透力这一体积力的概念，明确了瓦斯压力梯度作用在煤体的力学形式。基于弹塑性力学构建了含瓦斯工作面煤体极限平衡方程，进而将渗流与极限平衡区煤体应力进行耦合，从而得到了瓦斯压力作用下煤体拉应力产生以及拉伸破坏的力学原因。从渗透力作用的角度解释了突出孔洞壁层裂破坏特征和层裂体分布规律，揭示突出煤体层裂破坏时瓦斯压力作用的力学本质，并进行了模拟验证。结果表明：含瓦斯煤体受到瓦斯流动产生的渗透力，其大小等于瓦斯压力梯度，从能量的角度来看为单位长度的瓦斯压能损失。渗透力与围岩支承压力共同作用到工作面煤体上，成为破坏煤体的重要诱因。突出前瓦斯流动在新暴露工作面煤壁产生极高的渗透力；渗透力并非均匀地作用在煤壁内，而是集中作用在煤壁暴露面附近小于0.1 m的薄层内，促使煤体采掘方向应力急剧降低甚至成为负值形成拉应力，从而导致该薄层拉伸破坏失稳，形成层裂。煤体内渗透力与应力随时间快速变化，煤壁刚暴露时渗透力是稳定渗流时的6倍以上，相应产生的最大拉应力是稳定渗流时的5倍以上。煤层强度大小与煤体所受拉应力呈现此消彼长的关系，煤层强度越低，由渗流引起的拉应力越大，瓦斯压力的拉伸破坏作用越得以充分发挥，表现为瓦斯为主导的突出和典型的层裂破坏现象。

• 深部近距离煤层群瓦斯涌出异常煤层孔隙结构综合表征

  袁安营, 杨晓璐, 侯俊领, 付光胜,

  煤与瓦斯突出事故一直是煤矿安全生产中的重大问题，煤体中孔裂隙是瓦斯吸附与运移的主要场所，研究孔裂隙结构特征对瓦斯灾害的防控治理具有重大意义。以淮南矿区谢桥矿瓦斯异常涌出煤层煤体为研究对象，对比未发生事故区域及邻近煤层煤体，开展扫描电镜（SEM）、低场核磁共振（NMR）等试验研究，对煤体孔裂隙类型、孔隙连通性、孔径分布、有效孔隙率及渗透率等参数进行研究，探讨煤体孔隙结构对瓦斯吸附及运移的影响。结果表明：煤体孔隙结构必将影响其渗透性，煤体内部碎粒孔大量发育及矿物充填情况严重时不利于流体运移；异常煤层与邻近煤层饱和水煤样核磁共振时间T2谱均发育3个峰，主要以短弛豫时间为主，但各煤体孔径分布及孔隙连通性具有一定差异，异常煤体微孔异常发育，中小孔相对不发育、吸附孔与过渡孔之间连通性差，说明瓦斯运移的差异性与孔径分布和孔隙连通性有关；异常煤体有利于瓦斯吸附不利于瓦斯扩散，且瓦斯放散初速度更大，在受到采动影响时更易发生瓦斯异常涌出或突出事故；煤体微孔占比与有效孔隙率呈负相关关系，中小孔占比与有效孔隙率呈正相关关系，而有效孔隙率与煤体渗透率呈显著线性关系，说明煤体孔径分布是通过影响煤体有效孔隙率，进而影响煤体渗透率；有效孔隙率直接影响煤层渗透率大小，也与煤质参数存在一定关系，在一定程度上可作为评价煤层性质的指标之一。

• 煤中高活性含碳固体自由基与煤自燃反应性的相关关系

  李金虎, 黄珏洁, 陆伟, 徐天硕, 汪洋,

  低温氧化后煤中的自由基演化规律被广泛研究，以探讨煤炭自燃的机理。然而受氧化的影响，煤在室温空气下测定的自由基偏向于不反应的固体自由基，其演化规律无法准确反映煤样的氧化过程。如何实现煤中高活性固体自由基的室温测试成为研究焦点。研究中，3种不同自燃倾向性的煤样被选择，结合宏观及微观手段对煤样低温氧化及低温受热分解过程气体产物、自由基参数进行分析，以建立煤中含碳固体自由基与煤自燃倾向性之间的相关关系。试验首先进行了煤样的自燃倾向性、氧化及受热分解气体产物对比，进而利用电子顺磁波谱技术进行煤样的自由基参数测试，并通过自由基图谱分峰拟合的方法比较了低温氧化和低温受热分解过程中自由基参数及各类自由基浓度的演化规律。研究发现，宏观上，低温氧化及低温受热分解过程中均会产生CO、CO2，但其气体的体积分数存在差异。受热分解后煤样在室温氧化中会立即产生大量CO、CO2等气体氧化产物，表明热分解过程会产生能够在氮气条件下累积的高活性固体物质，其在室温下就能迅速与空气发生氧化反应。微观上，煤样低温氧化过程的自由基受链式反应影响，自由基参数及各类自由基浓度变化与自燃倾向性关联性较弱，而受热分解过程产生的烷基自由基及自由基总增加量能够准确反映煤样的自燃倾向性。通过受热分解后室温氧化自由基测试证实煤中高活性含碳固体自由基归属于烷基自由基结构，其含量与煤自燃倾向性呈明显正相关。研究实现了煤中高反应活性含碳固体自由基的室温检测，提出了基于受热分解过程高活性含碳固体自由基增加量的煤自燃倾向性分析方法，研究对煤炭自燃机理的探讨和煤自燃高效抑制材料的研发具有重要意义。

• 基于正交试验与回归分析的巷道内喷雾降尘后煤尘粒度预测

  江丙友, 章玉前, 余昌飞, 计犇, 王浩宇, 刘壮,

  为探究影响喷雾降尘效果的主要因素对喷雾降尘后煤尘粒度的作用规律，获得表征影响因素与喷雾降尘后煤尘的粒径参数间定量的数学模型。基于搭建的喷雾除尘综合实验平台，应用正交试验和回归分析方法，研究喷雾架距尘源距离、巷道风速和喷嘴供水压力3个因素作用下喷雾降尘后煤尘特征粒径D90的变化规律，并对25组试验结果进行相关性分析。通过均方差决策法，确定了各影响因素在喷雾降尘后煤尘D90中所占的权重值。在此基础上，结合各影响因素的权重，构建了基于加权的喷雾降尘后煤尘D90多元非线性回归预测模型，并将其与多元线性回归模型的预测结果进行了对比分析。研究结果表明：喷雾降尘后煤尘D90随喷雾架距尘源距离的增加而降低，随风速的增加先增大后减小，随供水压力的增加而增加；全尘、呼尘降尘效率和D90存在较强的正相关性，喷雾降尘效果越好，喷雾降尘后煤尘D90越大；基于加权的喷雾降尘后煤尘D90预测模型准确性更高，误差较小，可准确表征喷雾降尘后煤尘D90与喷雾架距尘源距离、巷道风速和喷嘴供水压力3个影响因素间的定量关系。

• 有限实测风量下矿井风网校准的二次规划模型

  吴奉亮, 王桐,

  针对使用网络解算方法来校准矿井通风网络时需要人工反复调整风阻、模拟结果与实测结果吻合度不高的问题，建立了基于最优化理论的矿井通风网络校准模型。该模型是一个二次规划问题，它以初始风阻的修正量为决策变量，以对初始风阻的修正量最小为目标函数，以回路风压平衡方程为等式约束条件，以井巷风阻的下限值为不等式约束条件。基于最优化理论中的KKT条件分析了模型解的存在性，开发了相应的程序并在一个含有35条分支的算例中进行了应用。研究结果表明：“加边法”动态找基本回路，保证了用有效集法求解此模型时的约束条件方程组线性无关；开发的软件可用于仅含有限个实测风量的矿井通风网络校准，算例风网经过49次迭代得到最优解，迭代次数远小于最坏情况下需要试算的次数3.4×1010；仅考虑等式约束条件下的风网校准模型有可能得到极小、甚至为负的无意义风阻值，考虑了风阻下限值的模型可以将风阻限定在合理取值范围之内，避免了算例中7条分支风阻被修正为负值；使用修正后的风阻进行网络解算，得到的解算风量、风机风压与实测值完全相同，该方法避免了网络解算法中手动调整风阻的繁琐操作。

• 阳泉−晋城矿区关闭煤矿煤层气资源特征及抽采模式

  王阳, 向杰, 秦勇, 陈尚斌, 朱炎铭, 黄曼莉, 石莹,

  受资源枯竭、淘汰落后、过剩产能等因素影响，山西省关闭煤矿数量逐年增多，关闭/废弃煤矿煤层气资源评价和开发逐渐受到重视。笔者以阳泉−晋城矿区关闭煤矿为研究对象，通过资料整理、实验测试、数值模拟等手段，探究了关闭煤矿煤层气资源特征，预测了煤层气资源量，总结了抽采模式。研究表明，阳泉−晋城矿区2009年兼并重组前和兼并重组中关闭煤矿共153座，基本为低瓦斯煤矿。2016―2020年去产能关闭37座煤矿，阳泉矿区分布较为集中，以高瓦斯矿为主；晋城矿区分布相对零散，以低瓦斯矿井为主。关闭煤矿煤层气资源由采空区煤层气资源与原位煤层气资源组成。采空区煤层气以游离态为主赋存于采空区孔隙−裂隙中，厚煤层采空区垮落带与裂隙带孔隙体积之和与工作面体积的比值I介于0.53～0.73，而中厚煤层采空区I值通常大于0.90。原位煤层气主要以吸附态赋存于煤基质孔隙中，15号煤孔隙度介于3.69%～5.45%，微孔比表面积介于97.58～120.76 m2/g，微孔体积介于0.017～0.022 cm3/g，微孔最为发育。煤层埋深和局部构造控制原位煤层含气性，而甲烷浓度作为采空区含气性的重要指标，受控于煤层、储气空间结构及封闭条件。根据资源与关闭煤矿特征将关闭煤矿煤层气资源分为3类：低瓦斯关闭煤矿采空区煤层气资源、高瓦斯关闭煤矿采空区煤层气资源和高瓦斯关闭煤矿原位煤层气资源。构建了关闭煤矿采空区煤层气资源量预测数学模型，预测了采空区煤层气资源量；采用体积法预测了原位煤层气资源量。在资源预测范围内，阳泉−晋城矿区关闭煤矿采空区煤层气资源量合计46074.01×104 m3，原位煤层气资源量达146388.12×104 m3，其中，阳泉三矿的资源量最大。此外，总结了4种关闭煤矿煤层气抽采模式，分别为地面直井抽采、L型井抽采、采空区煤层气与水平邻近原位煤层气合采及过采空区下部煤层气抽采，并针对各关闭煤矿提出了利用方向。

• 不同变质作用类型的煤级梯度对比

  卢杰林, 傅雪海, 康俊强, 张宝鑫, 程鸣,

  煤级梯度是预测深部储层煤化作用程度的基础。基于实测的85组镜质体最大反射率、不同煤层气区块煤炭/煤层气地质勘探报告中2 213组镜质体最大反射率/干燥无灰基挥发分产率与煤层埋深数据和242组岩浆侵入煤层后镜质体最大反射率与煤层距侵入体距离数据，分析了不同煤层气区块中不同变质作用类型下煤级分布及煤级梯度特征，对比了深成变质作用、区域岩浆热变质作用及接触变质作用下煤级梯度的差异性。研究结果表明：我国不同煤层气区块中深成变质作用下煤级梯度（Ro, max/100 m）介于0.013% ～0.068%，均值为0.032%，煤级梯度与镜质体最大反射率均值呈正相关关系；区域岩浆热变质作用下煤级梯度介于0.09% ～0.45%，均值为0.18%；接触变质作用下煤级梯度介于20% ～454%，均值为106%，煤级梯度与煤层距侵入体距离的关系呈多段式变化，煤层距离侵入体越近，煤级梯度越大。不同变质作用类型下煤级梯度差异显著，主要由热源特征决定，煤化作用时间、岩层热导率、最大埋深对煤级梯度也有重要影响。我国煤化作用复杂，对不同煤层气区块中不同变质作用类型下煤级梯度的研究对深部储层煤级预测及煤炭/煤层气资源勘探开发均具有一定的指导意义。

• 考虑基质吸附变形特性的煤岩渗透率演化研究

  王刚, 王铭震, 肖智勇, 孙小翔, 贾文雯, 姜枫, 郑程程,

  渗透率是煤层气勘探与温室气体存储中必不可少的参数，准确认识煤层内气体流动不仅能够合理预测煤层气产量，还能提高CO2地质封存的效率。一般的煤岩渗透率预测模型都是从有效应力以及气体吸附的角度出发进行模型的相关理论推导，但在实际情况中，煤岩的基质内部构造复杂不定，与吸附相关的矿物成分分布存在不均匀的现象，这就往往会忽略基质区域非均匀吸附变形这一因素的影响。因此，通过将煤岩的基质区域划分为2个吸附能力不同的区域，重新推导了煤岩渗透率模型，利用现场数据以及实验室数据对提出的模型进行比较验证，并通过有限元软件分析了基质区域的非均匀吸附对渗透率演化的影响，结果表明：① 提出的模型与现场及实验室实验数据具有较高的匹配度，不同边界条件下的渗透率预测数据具有较高的可靠性。② 基质的非吸附膨胀区域的渗透率会在吸附膨胀区域的挤压效应下降低，并且越靠近吸附膨胀变形区域处，受到的挤压效果越强，非吸附膨胀区域渗透率降低程度越明显。③ 随着基质吸附区域面积的增加会使相邻基质区域受到的应力扰动越早，并使得受挤压的基质区域平衡时气体渗透率越低。改进的渗透率模型可以更加深入地了解煤岩内部基质区域相互作用对渗透率产生的影响，对煤层气开采具有一定的理论指导意义。

• 激波脉动荷载作用下煤岩体动态损伤特征

  鲍先凯, 姜斌, 张武, 宋翔宇, 赵金昌, 于超云, 张童,

  为了研究水中高压电脉冲激波脉动荷载特性及其作用下的煤岩体动态损伤特征，开展了真三轴煤岩体压裂试验。试验研究了不同水压、电压条件下的水激波峰值压力、冲击荷载、加载速率等水激波加载特性，探究了煤岩体钻孔侧壁环向有效应力与动态抗拉强度的关系，同时揭露了煤岩体裂纹起裂应力、扩展角与地应力、水压力、脉冲激波之间的关系。基于CT扫描和ABAQUS数值模拟计算不同液电参数下的煤岩体损伤变量，进而评价煤岩体动态损伤和裂纹起裂扩展形态及演化特征。结果表明：脉冲水激波峰值压力随着放大电压和水压的增加而迅速增加，加载速率随放电电压增加而增加，随水压增加而减小；相对于水压变化，放电电压的变化对水激波峰值压力及其加载速率影响更大；数值模拟与室内试验所得结果吻合度较高，二者从细、微观角度互相印证了随着水压、放电电压的增加，煤岩体的损伤变量增加明显，损伤致裂程度加剧，裂纹数量、扩展长度、开度、复杂程度变化明显，其中放电电压的改变对煤岩体的损伤影响尤其明显。研究结果可以为我国水中高压电脉冲压裂煤岩体，高效抽采煤层气提供指导。

• 地史植物主导净积聚煤

  石彦强, 石雅锟,

  为了探寻厚煤层大范围纯净累积机制，反思聚煤作用的主控因素，研究地史植物演化更替及作用效应，应用历史比较法推导出聚煤期是各时期植物发展到鼎盛阶段形成的,聚煤期植物拓殖能力强、群体效应显著，占据聚煤作用的主导地位。在聚煤期植被禁锢下，盆地碎屑只能在有限的空间内周期性活动，形成漫长的碎屑贫化期与短暂的碎屑爆发期。在碎屑贫化期，海/湖滩被充分夷平，基底环境“废弃”，水体清澈、植被茂密、泥炭沼泽广布，盆地流体已成为原地聚煤的水源和异地聚煤的载体，同生碎屑附近可以纯净聚煤。随着海/湖水进退，泥炭沼泽可以跨越不同基底环境扩展，甚至扩展到整个聚煤盆地，改善环境水文，提高地下水位，并进一步改变区域气候，动态泥炭沼泽原地多层叠置，在有利区段形成厚煤层；在植被构筑的净环境中，部分植物、泥炭等异地运移到海/湖中，于沼泽湖累积超厚煤层。原地聚煤与异地聚煤协调转化，在良性循环中可持续发展，形成旋回净积的动态聚煤模式。植被阻止了碎屑的输入，海进过程水体清澈，有利于海相泥炭发育和紧之随其后的碳酸盐岩生成，代替了水进序列的陆源碎屑沉积，形成石灰岩与煤层直接接触的海陆交互相“约代尔”旋回。在碎屑爆发期，陆源碎屑库崩溃，部分碎屑冲越到泥炭沼泽边缘形成岩、煤穿插互层，部分被泥炭筏载运移到泥炭沼泽内断续沉积，可形成煤中零星分布的大块沉积角砾岩，而大量碎屑被沼泽河输送到海/湖三角洲沉积。聚煤过程中的植物作用可以合理解释煤炭地质中的一些“异常”现象，填补煤地质研究的空白。

• 鄂尔多斯盆地石炭—二叠纪太原组煤中稀土元素地球化学特征 以宁东煤田为例

  马风华, 汪栋刚, 何庆志, 马瑞赟, 王成, 杨小兵,

  煤中稀土元素地球化学特征的研究在聚煤盆地沉积环境和物质来源等方面具有重要指示意义。为进一步探讨鄂尔多斯盆地石炭—二叠纪煤中系统元素地球化学特征，以宁东煤田晚古生代石炭—二叠纪太原组煤为研究对象，运用电感耦合等离子体质谱、X射线荧光光谱、X射线衍射等方法分析了煤中稀土元素的地球化学特征，探讨了煤中稀土元素的赋存特征及成因。结果表明：宁东煤田石炭-二叠纪太原组煤中稀土元素含量均值为91.19 μg/g，低于中国煤中稀土元素含量均值（135.89 μg/g），Eu负异常明显，Ce异常不明显，LaN/YbN、LaN/LuN、LaN/SmN、LREE/HREE等稀土元素参数以及上地壳标准化的REE配分模式均反映轻重稀土元素分馏较低和重稀土相对富集的特征。煤中稀土元素继承了源岩区稀土元素的特征，在沉积、成煤作用阶段，在温度、压力、pH值及氧化还原条件的综合作用下，主要赋存于黏土矿物中，此可从其与灰分、Si、Al、Na、K等具有正相关关系加以佐证。∑REY-La/Yb、∑REE-δCe/δEu、ΣREE-La/Lu图解指示宁东煤田石炭—二叠纪煤中形成于下三角洲平原及下三角洲-三角洲平原沉积背景，均受到海水不同程度的影响。宁东煤田石炭-二叠纪太原组煤中稀土元素来源、含量及赋存特征主要受控于长英质陆源碎屑供给，但同时也受到局部微地形、微地貌和微环境的影响，海水与成岩作用对其影响有限。

• 矿用超前液压支架吸能构件仿真及试验研究

  肖晓春, 李子阳, 丁鑫, 徐军, 朱恒, 丁振,

  为了提高液压支架的能量吸收性能以解决巷道冲击地压发生时支架立柱爆缸等问题，提出了将一种方管与圆管互相嵌套的多胞管吸能构件与立柱串联应用于液压支架中。基于简化的超折叠单元理论剖析了多胞管的能量耗散途径，推导出了不同截面形状多胞管的等效轴向载荷预测公式；采用数值模拟获得了不同截面形状多胞管在轴向压溃作用下的能量吸收性能及其屈曲变形形态，发现多胞方管（SS类型）具备相对吸能优势，并通过试验验证了数值模拟的可靠性，同时将数值模拟与试验得到载荷均值与理论预测的等效轴向载荷进行对比，验证了等效轴向载荷预测公式具有较高的预测精度；依托课题组多胞方管中泡沫铝填充方式研究基础，选择具备相对吸能优势的25%填充率的填充方式，开展不同孔隙度泡沫铝填充多胞方管的轴向准静态压缩试验。结果表明：泡沫铝的填充有助于提升多胞方管抵抗变形的能力，其中71.18%孔隙度泡沫铝填充多胞方管载荷波动最小，有效变形长度和吸能量最大，能量吸收效果最好，可使吸能让位过程更加稳定；当冲击速度保持不变时，在不同冲击能量条件下，泡沫铝填充多胞方管防冲支架与未添加吸能构件的传统液压支架相比，支架部分的塑性能降低了87%左右，冲击时间延长了307%左右，让位距离增加了282%左右，通过吸能构件的屈曲变形有效减少了防冲支架的塑性变形，为支架立柱安全阀的开启提供了充足的时间。泡沫铝填充多胞方管的应用减小了支架立柱发生爆缸的危险性，提高了立柱的抗冲击性能。

• 基于数字孪生的倾斜采场装备力学行为测控研究

  解盘石, 杨航, 伍永平, 黄宝发, 林伟典, 易磊磊,

  智能化开采是我国大倾角、急倾斜等难采煤炭资源安全高效开采的必由之路。基于数字孪生的大比例物理模拟实验是解决重力−倾角效应下煤岩与装备多维多尺度力学行为与智能控制的有效途径。详细阐述了基于数字孪生技术的大比例采煤工作面物理模拟系统的设计框架、结构特点和测试/检测模式，能够实现采煤过程的数据可视化、人机强交互和工艺自优化等功能。针对传统液压支架在实时监测、预测性维护、设计优化及物理模拟方面所面临的挑战，构建了以液压支架为基础、以数字孪生技术为核心的姿态感知与仿真系统，利用SolidWorks、Maya和Unity3D等软件构建液压支架的数字孪生模型，并通过部署多种姿态感知传感器，采集实体液压支架的姿态数据和受载信息，实现数字孪生模型与实体之间的高精度姿态同步与实时反馈。通过对采集数据的分析处理，从而实现虚拟与现实的映射。最后通过多功能可变角大比例“支架−围岩”系统物理仿真平台进行多倾角下的系统可靠性及稳定性测试，验证了系统的可行性和有效性。

• 基于多尺度特征融合井下猴车载人状态的智能识别算法与应用

  解北京, 李恒, 董航, 栾铮, 张奔, 李晓旭,

  井下猴车智能识别技术是实现猴车自动化巡检、实时监测与预警任务的基础，是推动煤矿智能化发展的重要支撑。针对猴车数据集样本缺乏、井下图像光照环境较差、运行猴车之间存在重叠遮挡、矿工坐姿多变、小目标猴车难以检测、模型部署困难、不同载人状态井下猴车传统识别方法难度大效率低等问题，通过在贵州多个煤矿不同机段自建的猴车数据集，将猴车载人状态划分为载人猴车（HC_miner）和无载人猴车（HC_nominer）2种，提出了一种基于多尺度特征融合的井下猴车载人状态智能识别算法。图像预处理阶段，采用自适应直方图均衡以增强图像质量，通过随机矩形遮挡以模拟运行猴车被井下物体遮挡的真实场景，解决了猴车图像数据集体量匮乏的同时降低了井下负环境的干扰；特征提取阶段，将主干网络C2f模块部分卷积替换为可变形卷积（DCN），设计了一种C2f_DCN模块，增加不同载人状态猴车目标感受野的动态调整能力以获取复杂多变的尺度信息，使模型更好地学习到猴车矿工的耦合特征及适应矿工各类坐姿细节，提升模型对不同载人状态猴车目标的辨识能力；特征融合阶段，提出了一种基于坐标注意力机制跨层级连接的路径聚合网络—CLC−PAN−CA模块，实现了深层网络与浅层网络特征间多尺度信息的复用，可自适应捕捉全局关键信息，建立网络之间的多尺度依赖，提升模型对小目标猴车重要特征的提取，减少背景噪声干扰，降低猴车目标漏检误检率。试验结果表明：提出模型的精确率为95.8%，对比基线模型提高了7.4%，召回率为93.3%，提高了9.8%，平均精度均值为95.6%，提升了7.7%，参数量和模型大小分别仅为3.1×106和6.1 MB，识别速率为71帧。对比多种主流单阶段两阶段检测模型，提出模型可有效辨识有无载人猴车目标、显著提升井下猴车目标识别精度、减少漏检错检现象、具有较快的识别速度、更好的热度信息提取能力，可满足实际场景巡检需求，为不同载人状态的井下猴车精准识别提供了可行的方法。最后，将提出的猴车智能识别算法和井下监控视频流嵌入到设计的猴车智能识别系统中，构思了井上调度和井下监控 “端到端”一体化的猴车智能识别系统，增加了面向煤矿智能化巡检应用的期望值，可为井下猴车载人运输安全提供实时预警。

• 多目标优化的智能带式输送系统数字孪生模型构建及其应用

  陈伟, 李敬兆, 石晴, 刘继超, 李化顺,

  由于卸料后带面清扫效果不稳定，矿用带式输送机在长期运行过程中，常面临带面物料粘结、扬尘和撒料等问题，直接影响了运输安全性能及能量高效利用。针对这一问题，提出了一种基于数字孪生技术（DT）的高效、环保的智能带式输送系统。在虚拟实体中，应用在线极限学习机（OS-ELM）构建清扫力实时预测模型，以物理反馈数据作为该模型的输入参数；在物理实体中，结合力学模型、工程领域的知识与经验和运行数据计算出实际清扫力。并基于当前时刻清扫力预测值制定下一时刻清扫执行机构的调度方案，实现对物理实体的精准控制。为保证调度过程实时性，该方案中的参数优化采用改进鲸鱼优化算法（IWOA），以较高收敛速率获取全局最优解。研究以撒料量、关键部件磨损情况、清扫机构总功率和清扫力预测准确率作为DT系统性能的评价指标，在多工况下与多组主流优化算法对比验证该系统性能，并通过Sobol和Fast两种敏感性分析方法验证预测模型输入参数合理性。实验结果表明，基于DT的智能输送系统中煤炭撒料量低于100 g/min，刀片磨损率下降了8.99%，实际功率降低了8.61%，清扫力预测的平均绝对百分比误差（MAPE）和均方根误差（RMSE）分别为3.274 8%和0.017。该DT系统建立了虚拟与现实之间动态信息交互映射，实现了带式输送系统清扫力的实时精准获取并合理调度多级清扫执行机构，有效减少了设备维护工人的工作量和环境污染问题的发生，显著提升了输送设备的安全性和稳定性。

• 基于惯性技术的掘进机组合定位方法

  孙凌飞, 刘亚, 彭继国, 杨木易, 马志愿, 张坤,

  鉴于综掘工作面掘进机截割工作周期长、振动幅度大等工况环境约束，单一惯性导航系统由于导航误差随时间累积的影响，很难在综掘流程中实现自主、实时、精准感知掘进机的姿态和位置。以惯性导航系统为主系统，提出一种基于惯导系统与激光感知系统的掘进组合定位、定向方法。采用惯性导航系统获取掘进机实时姿态信息,并传至激光感知系统与其检测光点特征信息相结合，利用空间坐标变换求解位置信息，回传惯导系统进行位姿辅助校准，通过融合各检测子系统的优缺点以实现掘进机的位姿精准检测，有效克服了单一惯性导航系统检测数值漂移、系统可靠性差等问题。最后，通过地面模拟检测试验和井下工业性试验，在不同工况下对检测系统的有效性和检测精度进行试验验证。结果表明：该组合定位系统横向偏移检测误差平均值小于10 mm，纵向行进检测误差平均值小于20 mm，能够满足不同工况下位姿检测的精度要求。研究将先进的信息融合技术引入煤矿开采科技，为煤巷综掘向无人化、智能化方向进一步发展提供理论指导和实践支撑。

• 煤系高岭石复合材料的制备及其吸附性能的研究

  刘瑞, 樊玉萍, 郭睿凤, 董宪姝, 马晓敏,

  工业废水中Pb（Ⅱ）和煤基固废会对生态环境造成极大破坏，研究Pb（Ⅱ）高效去除技术和煤基固废的高值化利用具有重要意义。提出以改性煤基高岭石嫁接壳聚糖新型复合材料CK-CTAC/CTS为吸附剂，采用吸附法实现对废水中Pb（Ⅱ）的去除。以煤系高岭石（RK）为原料，二甲基亚砜（DMSO）、甲醇（MeOH）和十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）为插层剂，经3次插层获得改性高岭石（CK-CTAC），通过共聚反应嫁接壳聚糖（CTS），制备CK-CTAC/CTS复合材料，并用批量试验法研究其对Pb（Ⅱ）的吸附性能和机理。XRD、SEM、BET分析表明，插层物CK-D、CK-M、CK-CTAC插层率分别达到93.8%、75.1%和66.5%，CK-D、CK-M插层前后形貌未发生明显变化，CTAC大分子结构和超声仪器能量输入使高岭石层间形貌变为管状，孔隙增多，比表面积增大4倍。XPS、FTIR结果表明，CK-CTAC/CTS具有丰富的官能团，可以有效吸附Pb（Ⅱ）。25 ℃溶液、pH=6时，经过100 min即接近吸附平衡状态。改性高岭石优良的空间结构和暴露的官能团为吸附提供了更多活性位点，壳聚糖丰富的氨基和羟基可以对Pb（Ⅱ）螯合吸附，协同促进，复合材料吸附性能高于单独的壳聚糖或高岭石。吸附动力学和热力学表明，复合材料对Pb（Ⅱ）离子的吸附符合准二级动力学模型和Langmuir等温线模型，是一种单分子层、化学吸附为主的吸热自发过程，最大平衡吸附容量为195.37 mg/g。吸附试验证实了CK-CTAC/CTS在废水中去除Pb（Ⅱ）的适用性，为工业上去除Pb（Ⅱ）提供了一种高效可行的方法。

• 露天煤矿排土场混交林土壤团聚体有机碳累积效应

  张小平, 李明超, 毕银丽, 李信,

  采矿活动导致土壤养分及碳库损失，针对露天矿长期植被重建后土壤养分状况尤其是有机质恢复情况的研究迫在眉睫。研究在黑岱沟露天煤矿北排土场上选择复垦近20 a的油松纯林和油松混交林，对复垦区团聚体稳定性及相关碳库恢复情况等进行了全面系统的研究。研究结果表明：油松混交林土壤团聚体稳定性优于油松纯林，0～10 cm表层土壤中，油松山杏杨树混交林团聚体稳定性最佳，油松杨树混交林次之；0～20、20～30 cm亚表层土壤中，杨树油松混交林平均质量直径和几何平均直径较大，分形维数最小，整体看相对于其他3种植被组合表现出更好的土壤结构稳定性；油松混交林土壤有机碳含量高于油松纯林，3种混交林中油松山杏杨树混交林提高效果最佳，比油松纯林高104.96%。混交林提高了惰性有机碳的占比，增强了土壤碳库的稳定性。同一土层土壤团聚体各粒径有机碳及其组分含量基本上表现为油松混交林样地高于油松样地，并且含量均随土层加深而逐渐降低。各粒级团聚体易氧化有机碳和惰性有机碳变化规律与团聚体有机碳变化规律相似，呈倒V型分布。0.25～2 mm粒级团聚体土壤有机碳和易氧化有机碳含量显著高于其他粒级。对总有机碳影响较大的因子是土壤全氮含量和平均质量直径；对易氧化有机碳含量影响较大的因子是全氮含量和pH，对颗粒有机碳含量影响较大的因子包括土壤全氮含量、速效钾含量和平均质量直径。土壤有机碳及活性炭含量与多样性指数、植被生物量、枯落物生物量均呈显著正相关关系。总体而言，研究结果表明黑岱沟露天矿排土场油松混交种植的修复效果优于油松纯林种植，且从土壤有机碳恢复效果看“油松+山杏+杨树“混交种植的修复效果最佳。

• 煤矿酸性矿井水末端治理方法及应用研究进展

  车巧慧, 杜松, 张德高, 范莹琳, 张啸, 王锋利,

  煤矿酸性矿井水（Acid Mine Drainage，AMD）含有高浓度的重金属和硫酸盐，具有腐蚀性，对生态环境和人类健康构成持续威胁，已成为煤矿开采过程中广泛存在的环境问题。综述了煤矿AMD的形成机理、危害和水化学特征，总结了近年来传统的AMD末端治理方法，对比分析了国内AMD末端治理实际应用案例，介绍了新兴的AMD末端治理方法。深入讨论了传统的主动型（中和法、吸附法、膜技术）和被动型（人工湿地、石灰石沟排水法）AMD末端治理技术的反应机理、优缺点、应用实例，并对各种治理方法的适用性进行了评价。然而，这些方法仍存在一定局限性，主动型方法面临着化学品和能源的持续供应、维护成本高等局限性。被动型方法则受到治理周期长、系统需及时翻新等方面的限制。根据实际应用案例，总结了国内AMD末端治理方法的治理思路及优化方法。重点介绍了磁性纳米颗粒材料和与其他废水协同治理的新方法，为煤矿AMD治理提供新思路。结果表明：AMD末端治理仍需改进现有技术，全面开发新技术，提高AMD综合治理效果；仅依靠单一技术难以满足AMD治理达到排放标准，需根据优势互补原则，选择多技术协同治理的方法；在AMD治理过程中，可采用“源头减量+末端治理”思路提高AMD治理效果，提倡资源的回收和再利用，降低治理成本，对实现可持续治理至关重要。

• 煤矿地下水库岩石堆积效应对矿井水 悬浮物去除规律研究

  蒋斌斌, 李井峰, 马力强, 吴敏, 苏琛, 李吉辉,

  煤矿地下水库为煤炭开采过程中保障水资源的合理利用开辟了一条有效的技术途径。笔者以神东矿区大柳塔煤矿地下水库岩石和矿井水为研究对象，结合矿井水悬浮物去除模拟试验、计算流体力学–有限元分析耦合仿真模拟等研究手段，量化了岩石堆积效应对水体悬浮物去除的影响规律。结果表明：岩石堆积环境能改变矿井水流态特征，产生明显的回流区和低速区，从而延长悬浮物沉降距离，减弱水流的扰动，创造类自由沉降环境；在一定范围内，悬浮物浓度随沉降时间和距离的增加而逐渐减小，第6 m出水口的悬浮物质量浓度为20 mg/L，比初始浓度降低95.7%，且悬浮物稳态沉降时间为5 h，浊度为60 NTU，远小于空白模拟试验的9 h和350 NTU；沉降后悬浮物颗粒的平均径由14.99 µm减小到2.02 µm，比表面积由12.30 m2/g 增加到15.75 m2/g；地下水库对悬浮物的去除作用主要包括过滤作用、沉降作用和吸附作用，使悬浮物沉降时间更短、效果更佳。该研究为煤矿地下水库出水水质特征预测和淤积防控提供理论依据。

• 六偏磷酸钠改性沸石处理矿井水中氨氮

  章丽萍, 虎翔, 王伟伟, 雷文波, 李蕙彤, 孙华冉, 战永祺, 连泽谕,

  我国部分矿区矿井水中氨氮（NH4+—N）存在超标问题，且去除矿井水中的NH4+—N要求越来越高，为了实现矿井水中NH4+—N的高效去除，对天然沸石（NZ）进行六偏磷酸钠（SHMP）浸渍改性，增强其对矿井水中NH4+—N的去除效果。结果表明：天然沸石经过0.1 mol/L SHMP溶液浸渍3 h制备出了六偏磷酸钠改性沸石（SHMP−NZ），在初始NH4+—N质量浓度5 mg/L、投加量2 g/L的条件下振荡吸附2 h后NH4+—N去除率可达到95.7%，相较于未改性天然沸石提高了39.9%。扫描电镜和比表面积测定显示改性后沸石孔隙变大，表面变得光滑松散，比表面积增加，微孔体积减小，介孔、大孔和平均孔径增加。X射线衍射和傅里叶红外光谱分析表明改性后沸石的基本骨架无明显变化。弱酸性或中性环境有利于SHMP−NZ吸附去除水中的NH4+—N，共存阳离子的影响由大到小排序为K+>Na+>Ca2+>Mg2+。拟一级动力学、拟二级动力学和Elovich动力学非线性拟合表明，天然沸石和SHMP−NZ吸附NH4+—N更加符合拟二级动力学模型，对NH4+—N的吸附属于化学吸附（离子交换）过程，颗粒内扩散模型表明2种材料对NH4+—N的吸附涉及外扩散、内扩散和反应平衡3个阶段；Freundlich等温线模型表明，SHMP−NZ较天然沸石更易于吸附NH4+—N，Langmuir等温线模型可以较好地描述天然沸石及SHMP−NZ吸附NH4+—N的过程，相关系数R2分别为0.963 6和0.982 8，SHMP−NZ最大NH4+—N吸附量为11.03 mg/g，较天然沸石提升了88.23%；吸附热力学表明各试验温度下吉布斯自由能变（ΔG）均小于0，焓变（ΔH）和熵变（ΔS）大于0，是一个熵增反应，有利于NH4+—N的去除。SHMP−NZ吸附−解吸循环5次后，对NH4+—N的去除效率仍有89.7%。实际矿井水中低浓度NH4+—N的处理，改性沸石在投加量1 g/L，25 ℃条件下振荡吸附1 h后，出水满足《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质中氨氮的要求。