特约专栏

  • 基于路径规划的大容量钻杆自动输送系统研究

    王清峰;陈航;

    针对现有煤矿钻机钻杆自动输送系统容量小,需要人工频繁补充钻杆的问题,开发了大容量钻杆自动输送系统。以钻杆一般输送路径规划和多列多层钻杆起点归一化方法为基础,结合ZYWL全方位自动钻机总体结构方案,利用钻杆箱侧下方的空间,设计了升降输送路径方案,降低了钻机整体高度。基于路径方案设计了钻杆箱、转运器、主机械手和副机械手等执行机构,并根据具体结构对输送路径进行了适应性调整,避免了输送装置与钻机主机结构发生运动干涉。理论验算与样机试验表明,大容量钻杆自动输送系统路径设置合理,可准确实现钻杆的自动输送。

    2020年01期 v.47;No.249 1-6页 [查看摘要][在线阅读][下载 790K]
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试验研究

  • 复采工作面通过条带式残采区覆岩稳定性特征研究

    王昆;唐海波;刘大鹏;徐忠和;

    为了制定条带式残采区复采的合理开采方式,以西河煤矿3~#煤层条带式残采区为工程背景,采用三维相似模拟和数值模拟相结合的方法,研究复采工作面通过条带式残采区引起的覆岩运移变形特征和稳定性演化规律。模拟结果表明:当工作面与条带式残采区斜交角度在30°以上时,采场前方覆岩破坏形成的剪切破坏区域和拉伸破坏区域呈现出独立的变化特征,工作面前方煤柱和顶板会对上覆岩层形成有效的支撑作用;旧采残煤复采过程中顶板垮落以分段、分步、局部零星的多次垮落方式为主,工作面整体的矿压显现并不十分强烈。研究表明:复采工作面通过条带式残采区时工作面与巷道呈30°夹角布置是合理可行的。

    2020年01期 v.47;No.249 7-11页 [查看摘要][在线阅读][下载 1123K]
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  • 富水软岩巷道稳定性控制技术研究

    殷齐浩;李春廷;李廷春;薛克龙;高启强;

    富水条件下软岩巷道容易出现大变形及围岩强度大幅度降低等情况,对矿井的生产安全造成极大威胁。为探索富水软岩巷道稳定性控制技术,结合新上海一号煤矿113082工作面运输巷工程实例,采用理论分析方法研究了地下水对巷道围岩及支护结构的影响,提出围岩稳定性控制对策,并对控制方案进行数值模拟验证。针对富水软岩巷道,首先采取导、疏结合的控水措施,减小对原有围岩强度的影响,降低对支护结构的损害;其次采用全断面、多手段联合加固的支护措施,控制围岩变形。工程实际及数值模拟结果表明,对于富水软岩巷道采取以上技术措施,能够有效保证巷道的稳定性。

    2020年01期 v.47;No.249 12-16页 [查看摘要][在线阅读][下载 402K]
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  • 粉碎法快速测定煤的坚固性系数实验探究

    胡杰;

    为寻求一种新的煤的坚固性系数(简称"f值")快速测定方法,以实现煤矿井下工作面煤体f值的现场测定,采用高速旋转机械粉碎煤样的破碎方式开展煤体f值快速测定(简称"粉碎法")实验研究。根据现场实际及煤样粉碎的正交试验结果,确立了煤样粉碎时间、煤样质量及粉碎机转速的最优参数组合,基于此对不同矿井不同煤层所采集的煤样开展粉碎实验,研究了煤样粉碎后的煤屑在不同粒度区间的质量占比与煤样f值之间的相关关系。结果表明:煤样粉碎后粒度小于0. 5 mm的煤屑质量占比与煤样f值的乘幂关系式拟合效果最优,拟合度达0. 931 1;同时利用现行测定标准方法"落锤法"对基于"粉碎法"测定的煤样f值结果进行验证,其误差均不超过8%,表明应用"粉碎法"快速测定煤体f值是合理准确且可行的。

    2020年01期 v.47;No.249 17-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 283K]
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  • 尾矿坝倾斜抬升超载安全度试验与数值模拟研究

    梁冰;周克林;金佳旭;孙本通;魏永清;

    针对近几年尾矿坝溃坝地质灾害频发的问题,有必要分析尾矿坝稳定状态。通过开展尾矿坝倾斜抬升超载安全度试验分析尾矿坝稳定性,并建立强度折减法数值分析模型,以极限应变判据验证倾斜抬升超载试验结果的准确性。结果表明:尾矿坝倾斜抬升超载破坏失稳是由初期坝坝脚处的点破坏向整体失稳破坏的演变过程;监测结果显示初期坝的位移大于子坝的位移,坝基的位移最小,试验尾矿坝的超载安全系数区间为1. 35~1. 38;超载安全度试验与数值模拟强度折减计算结果在安全系数和破坏形态两方面基本吻合,倾斜抬升超载试验方法适用于尾矿坝稳定性的研究。研究结果可为尾矿坝新建、运营、溃坝地质灾害防治提供指导。

    2020年01期 v.47;No.249 21-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 236K]
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  • 考虑煤层倾角和钻孔倾角的钻屑量理论研究

    周洋;梁冰;石占山;孙维吉;刘学;

    为准确预测与预防深部开采煤与瓦斯突出,建立了考虑煤层倾角与钻孔倾角的新钻屑量理论计算公式,并分析了煤层倾角和钻孔倾角对钻屑量的影响。以平煤股份有限公司八矿为研究对象,将钻屑量理论计算值与该矿己_(15)-21030风巷现场钻屑量实测值进行对比验证,得出在煤层倾角一定时,钻屑量随钻孔倾角增大呈幂指数递减关系,减小的比率呈"V"形变化趋势,原钻屑量理论值与实测值平均误差为5. 5%,在考虑煤层倾角与钻孔倾角情况下的新钻屑量理论值与实测值平均误差为3. 9%。

    2020年01期 v.47;No.249 26-30+35页 [查看摘要][在线阅读][下载 211K]
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  • 供风量对褐煤自燃特性参数影响的实验研究

    周西华;牛玉平;白刚;

    为研究煤自燃时期生成气体对诱发瓦斯爆炸的影响,选取瑞安煤业4~#煤层褐煤为实验煤样,通过管式炉程序升温和色谱分析仪研究供风量为40、120、200 m L/min时对煤自燃时期生成气体的影响,得到不同温度条件下管式炉出口O_2、CO、CO_2气体摩尔浓度,并计算了褐煤低温氧化阶段耗氧速率、气体生成速率和放热强度与煤样温度之间的关系。结果表明:随着温度升高,煤样的耗氧速率、CO生成速率、CO_2生成速率、放热强度与温度之间均呈指数关系变化;煤样的耗氧速率与放热强度呈线性递增关系,相同耗氧速率下,当供风量为120 mL/min时放热强度最大,当供风量为200 mL/min时放热强度最小。

    2020年01期 v.47;No.249 31-35页 [查看摘要][在线阅读][下载 247K]
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应用技术

  • 基于坚硬煤层条件的顺层钻孔增透技术研究

    陆占金;

    为了解决低透气性坚硬煤层顺层钻孔抽采影响范围小、抽采效果差等问题,分析了坚硬煤层高压水射流破坏过程,采用数值模拟的方法研究了超高压水射流环形割缝卸压增透机制,研制了新型超高压水力割缝成套装置,并现场考察了坚硬煤层煤巷条带顺层钻孔超高压水力割缝应用效果。结果表明:采用超高压水力割缝后,坚硬煤层透气性提升约20倍,钻孔平均抽采瓦斯纯量提高2. 0~2. 5倍,抽采达标时间缩短67%以上,月掘进速度提高约50%,掘进期间无瓦斯异常现象,实现了坚硬煤层煤巷条带安全、快速掘进。

    2020年01期 v.47;No.249 36-39+44页 [查看摘要][在线阅读][下载 511K]
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  • 沿空切顶成巷段巷道围岩变形规律研究

    汤建泉;霍雪峰;杨华富;朱仲帅;刘洪亮;

    以宏景塔一矿回采工作面为研究对象,基于切顶卸压无煤柱自动成巷技术原理,采用数值模拟计算和现场实测的方法,对该矿成巷段巷道围岩支承压力分布及围岩变形规律进行分析。研究结果表明:随着工作面向前推进,巷道围岩支承压力呈先增大后减小最后趋于稳定的变化趋势,支承压力稳定值为13. 5 MPa;受工作面回采动压的影响,距离工作面70 m以内,锚索受力急剧增大到恒阻值、巷道围岩变形明显;距离工作面70~150 m,锚索受力迅速减小、巷道围岩变形逐渐变缓;在距离工作面150 m之后,锚索受力仅有微量变化、巷道围岩变形趋于稳定。因此确定支护体回撤保守安全位置为工作面后方150 m。工程实践表明:所设支护体回撤距离能够应对巷道围岩变形,成巷效果良好。

    2020年01期 v.47;No.249 40-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 777K]
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  • 高瓦斯突出煤层原位充填沿空留巷技术研究

    刘雨涛;李其振;王鹏伟;

    为解决高瓦斯煤层巷道掘进过程中易出现瓦斯突出、工作面回采瓦斯浓度频繁超限、工作面采掘接替紧张等难题,以高山煤矿1902工作面为工程背景,研究了高瓦斯突出煤层原位充填沿空留巷技术。通过理论分析选定预制混凝土砌块墙原位充填支护方式,理论计算出充填隔离墙体留设宽度为0. 72~1. 68 m;运用FLAC~(3D)数值模拟软件分析了0. 8、1. 2、1. 6 m共3种不同墙体宽度条件下巷道围岩塑性区、巷道应力及位移分布规律,并在1902工作面进行现场试验与矿压监测。研究结果表明:随着充填隔离墙体留设宽度的增加,墙体切顶能力增强,巷道围岩应力、位移变形量减小,最终确定墙体合理留设宽度为1. 2 m。现场监测留巷顶底板平均总移近量基本维持在250 mm±50 mm,两帮平均总移近量维持在200 mm±20 mm,从而检验了该技术的可行性,可为类似条件煤矿应用沿空留巷技术提供借鉴。

    2020年01期 v.47;No.249 45-50页 [查看摘要][在线阅读][下载 628K]
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  • 九里山矿中低压综合煤层注水应用与效果分析

    马乐辉;李锋;

    为了降低九里山矿综采工作面煤尘质量浓度和瓦斯涌出量,根据九里山矿煤层特性,结合16051工作面的现场实际情况,在充分利用瓦斯抽采钻孔的基础上,探索出回风巷长孔低压渗透注水工艺,结合工作面短孔中压注水工艺,建立中、低压综合注水模式,并进行了分区域对比试验,考察了各区域的煤层含水率、煤尘质量浓度和瓦斯浓度。现场应用效果表明:中、低压综合注水效果较好,煤层含水率提高了2. 94倍,煤尘质量浓度降低了80%以上,工作面瓦斯均匀释放,回风巷瓦斯浓度下降了30%以上,达到了较好的注水效果。

    2020年01期 v.47;No.249 51-54+65页 [查看摘要][在线阅读][下载 197K]
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技术经验

  • “两软一硬”不稳定煤层工作面覆岩“两带”发育高度研究

    王振广;李飞龙;白志永;朱术云;

    为探索禹州煤田西南部云盖山煤矿二矿软煤、软底和硬顶(简称"两软一硬")及开采煤层厚度变化较大的不稳定煤层顶板垮落带和导水断裂带发育高度,采用现场钻孔成像技术、经验公式类比分析和数值模拟综合研究方法,对该矿23301采煤工作面顶板覆岩垮落带、导水断裂带高度进行了分析,获得了工作面在非充分采动垮落和充分采动垮落条件下"两带"高度量化取值,垮落带最大高度为14. 4 m,导水断裂带最大高度为50. 0 m,认为现场钻孔成像技术可用于采动覆岩"两带"发育高度的计算。研究结果对研究区预采掘顶板水害防治及顶板支护具有较重要的参考价值。

    2020年01期 v.47;No.249 55-60页 [查看摘要][在线阅读][下载 1082K]
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  • 大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯技术研究

    程波;陈殿赋;彭明辉;杨亮;

    针对高瓦斯厚煤层高强度开采条件下"三进两回"型通风系统回风隅角瓦斯治理的难题,通过对矿井回采工作面通风方式进行优化,使工作面形成偏"Y"型的通风方式,并与大直径水平钻孔施工工艺相结合,提出了大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯技术,应用于保德煤矿综采放顶煤回采工作面的采空区瓦斯抽采。结果表明:偏"Y"型通风方式可减少工作面巷道掘进工程量,缩短准备周期,为瓦斯抽采创造了良好的时空条件;大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯技术的应用效果明显,可连续、高效实施采空区的密闭抽采,有效控制采空区瓦斯涌出强度;大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯技术能够实现对抽采负压的有效控制,有利于进一步提高采空区瓦斯抽采效果,并且其抽采支管可回收,可降低矿井瓦斯治理的成本。

    2020年01期 v.47;No.249 61-65页 [查看摘要][在线阅读][下载 543K]
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  • 基于光纤测温的托辊轴温检测及热传导模型研究

    郭清华;

    针对带式输送机运转过程中因传输托辊故障导致摩擦升温引发火灾的问题,基于热传导原理设计了2种用于不同测量需求的光纤温度传感装置,实验测试并分析了该2种感温装置的热传导灵敏度;设计搭建了胶带长度为50 m的带式输送机实验测试系统平台,开展了空间温度场数据仿真测试,根据模拟实验获得的数据,建立了托辊摩擦点温升与轴温热传导模型,以及轴温与热管光纤温度传感装置之间的热传导模型,用于火灾预警监测;模拟测试获得托辊轴承故障温度变化曲线,推导出托辊轴温升斜率函数,论证利用其最大温升斜率来辨识托辊坏轴。研究成果能够为煤矿、港口等工业现场的带式输送机系统火灾预警提供技术支撑。

    2020年01期 v.47;No.249 66-69+74页 [查看摘要][在线阅读][下载 379K]
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  • 基于SX1278的矿用低速远程监控通信平台研究

    张新;

    针对矿用监控系统存在组网复杂、抗损性差和通信距离短的问题,设计了矿用低速远程监控通信平台。该通信平台采用低功耗设计理念,基于STM32F103ZET(MCU)和SX1278两种低功耗处理器,通过系统控制软件的低功耗优化设计,对采集的感知信息实现控制、管理与通信服务,设计MAC层以上私有通信协议,解决无线信道冲突与避碰问题,实现终端与基站间双向有效通信,构建起可靠实用的远程低速通信平台。测试结果表明:该通信平台通信稳定可靠,在复杂环境下可实现至少2 km距离的远程通信,能够适用于矿井复杂环境下的远程组网低速通信。

    2020年01期 v.47;No.249 70-74页 [查看摘要][在线阅读][下载 232K]
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  • 综采工作面过沟谷地貌的覆岩结构演化规律及协同控制

    郭靖;

    为解决中西部地区沟谷地貌条件下厚煤层综采强矿压灾害问题,采用理论分析和数值模拟方法,研究沟谷地貌条件下开采覆岩结构特征和时空演化规律,建立沟谷地貌条件下回采工作面支架承载力学模型,得到支架载荷并进行支架合理选型,提出了协同控制措施。研究结果表明:工作面进、出沟谷过程中,破断块体临空侧在上坡段缺少水平应力,无法形成稳定铰接结构,极易发生滑落失稳和整体下沉,失稳后全部载荷作用于工作面支架,是强矿压事故发生的根本原因。提出支架工作阻力和支架架型优选,以及对动载易发区域超前预警、加强临时支护的协同控制措施,现场实测发现ZY12000/28/64D型液压支架工作状态良好,能够较好地适应沟谷地貌条件下煤炭的安全生产要求。

    2020年01期 v.47;No.249 75-79页 [查看摘要][在线阅读][下载 963K]
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  • 瓦斯抽采漏气失效钻孔修复技术研究

    熊伟;

    针对瓦斯抽采钻孔周围煤岩体裂隙贯通和封孔材料失效导致漏气,造成钻孔抽采瓦斯浓度和纯流量大幅度下降并无法达到抽采预期目标的问题,分析了造成钻孔漏气的主要原因,提出一种具有普适性的失效钻孔修复技术,即通过数值模拟分析得到应力增高区和原岩应力区的交界位置,并在此处施工环形缝槽,辅以"两堵一注"带压注浆封孔工艺,对失效钻孔进行修复处理。现场试验结果表明:失效钻孔修复后,平均抽采瓦斯浓度提高3倍以上,平均抽采瓦斯纯流量提高50%以上,并有效延长了钻孔服务寿命。

    2020年01期 v.47;No.249 80-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 849K]
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问题探讨

  • 基于屈服等值线模型的巷道冲击地压发生判断

    孙中光;

    为研究材料失稳型冲击地压在巷道内的发生机制,采用应力场理论分析、煤体破坏实验和有限元模拟的方法,分析围岩弹塑性转化特征,得出基于双屈服等值线模型的巷道煤壁冲击地压发生的判断条件。研究表明:运用莫尔-库仑屈服准则判定屈服函数等值线呈类双曲线分布;若竖直应力为均匀荷载,则屈服等值线数值向深部逐渐减小,巷道围岩将由浅部向深部逐渐破坏;若竖直应力向深部逐渐增大,则屈服等值线数值向深部逐渐增大,预示巷道围岩将在深部先行破裂,浅部围岩保持完整,该情况下巷道易发生冲击地压。室内单轴压缩实验和数值模拟验证了理论分析结果,证明通过屈服等值线模型可以表征巷道冲击地压发生的临界状态。

    2020年01期 v.47;No.249 84-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 910K]
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  • 基于神经网络的除尘器故障诊断

    张力;李江生;李建龙;陈怡潇;

    针对目前除尘器故障诊断主要基于人工经验判断并结合停机检查,存在科学性与自动化水平不足、诊断效率低等问题,分析了除尘器滤芯破损、清灰失效、滤芯堵塞、卸灰障碍4个主要故障类型,选取粉尘排放浓度、过滤阻力、入口风量、漏风率、耗气量5个诊断参数,建立了除尘器故障诊断的BP和RBF神经网络预测模型。实例分析表明:BP神经网络模型收敛速度快,预测效果理想,可以准确判断除尘器故障类型,对滤芯破损、清灰失效、滤芯堵塞、卸灰故障的平均预测误差分别为0. 035%、0. 110%、0. 118%、0. 215%,预测结果优于RBF神经网络。

    2020年01期 v.47;No.249 89-94+99页 [查看摘要][在线阅读][下载 348K]
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  • 岩层钻孔过程中切削模型及影响因素分析

    邱东卫;赵志刚;张伟;郑雅华;

    针对岩层钻孔过程中钻孔效率较低,以及获取地层应力较困难等问题,将钻孔过程分解为轴向压入岩体和转动切削岩体2个环节,分析了切削刃转动切削岩体的静力学关系,建立了切削刃切削力与岩体抗力之间的关系,构建了转动切削静力学模型,获得了切削深度、切削刃形状、岩体力学性质对切削力影响规律。研究结果表明:切削深度与切削力呈线性关系,切削深度越大则切削岩体切削力越大;切削力随切削刃角度的增大呈先增大后减小的变化趋势;岩石黏聚力、内摩擦角与切削力呈线性关系,黏聚力、内摩擦角越大则所需切削力越大。

    2020年01期 v.47;No.249 95-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 192K]
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  • 峻德煤矿倾斜煤层开采沿空侧巷道诱冲机理研究

    江丽丽;李常浩;杨增强;翟春佳;

    针对峻德煤矿倾斜煤层开采期间沿空侧巷道冲击地压频发的问题,采用现场调研、微震监测、物理相似模拟和数值模拟相结合的方法开展了研究,结果表明:倾斜煤层工作面开采期间靠近沿空侧巷道的覆岩关键层更容易破断产生剧烈动载扰动;随着煤层倾角减小,沿空侧巷道煤柱帮应力集中程度减小,实体煤帮应力集中程度增大,应力集中由煤柱帮内向实体煤帮内转移;在动静载叠加作用下导致巷道两帮煤体失稳破坏诱发冲击地压,且不同倾角煤层冲击启动区域不同。研究结果对倾斜煤层工作面后续回采阶段卸压防冲工作具有一定的指导作用。

    2020年01期 v.47;No.249 100-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1203K]
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安全管理

  • 基于综合赋权与集对分析的煤炭企业安全评价

    陈维占;杨玉中;

    安全评价是发现系统风险,提高生产安全性的有效手段。运用集对分析理论对煤炭企业生产安全性进行分析与评价。根据SHEL模型,结合煤炭企业实际对生产中的风险因素进行分析,确定了煤炭企业安全评价指标体系;将熵权法与超标倍数赋权法相组合来确定各评价指标的综合权重,基于集对分析理论构建了煤炭企业安全评价模型。将构建的指标体系和评价模型在平煤集团5个生产矿井进行了应用,结果显示,利用集对分析得到的评价结果与实际情况基本吻合。

    2020年01期 v.47;No.249 105-109页 [查看摘要][在线阅读][下载 113K]
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  • 煤矿安全状态的变权理论评价模型及其工程应用

    李希建;华攸金;陈刘瑜;

    为了克服现有煤矿安全评价方法的局限和不足,在基于物元可拓方法对煤矿安全状态进行综合评判的基础上,引用变权理论对指标权重进行修正,并采用贴近度替代最大隶属度准则构建基于变权物元可拓的煤矿安全状态评价模型。结合敏感性分析指出评价对象对权重和评价结果的影响并得出评价指标的敏感性。应用结果表明:通过不同权重计算方法比较,变权法对异常指标作用不会进一步放大,可以有效反映煤矿的真实安全状态;员工的月平均培训时间是影响煤矿安全状态的敏感性指标,从而可实现对敏感环节的及时排查;基于该模型的煤矿安全状态等级为较安全,偏向于安全等级的程度较大,与其他方法得出的结果一致,验证了现有的研究样本,同时给出了待评综合安全状态等级随各指标变动的影响程度。

    2020年01期 v.47;No.249 110-114页 [查看摘要][在线阅读][下载 219K]
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  • 辱虐管理对矿工安全偏离行为的影响机制研究

    马琳;吕永卫;

    为了探究辱虐管理对矿工安全偏离行为的影响机制,引入组织公平感作为中介变量,利用山西省煤矿企业的224份有效问卷数据,构建影响关系理论模型,分析辱虐管理、组织公平感与矿工安全偏离行为的影响关系。结果表明:辱虐管理与组织公平感的程序公平、互动公平及分配公平均显著负相关;辱虐管理显著正向影响矿工安全偏离行为;组织公平感各维度均显著负向影响矿工安全偏离行为;组织公平感在辱虐管理与矿工安全偏离行为的影响关系中起中介作用。

    2020年01期 v.47;No.249 115-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 152K]
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