采矿与岩层控制工程学报

我国煤矿开采沉陷控制技术研究现状与进展

基于PSO-AHP算法的三向应力条件下巷道布置优化及应用

钢管混凝土墩柱结构设计优化与力学性能研究

基于伯格斯混杂接触的砂质泥岩加轴压卸围压蠕变细观研究

酸腐蚀下层状砂岩各向异性力学特性研究

深部巷道预应力锚固防冲作用机制研究

不同围岩刚度条件下锚杆的锚固性能与失效机制研究

高应力巷道围岩板裂-岩爆模拟试验及声发射频域研究

巨厚松散层与不等厚基岩下开采覆岩结构运动演化规律

深部高瓦斯强动压巷道切顶卸压机制及技术研究

孤岛工作面开采顶板深孔预裂减冲机制及微震响应特征

烧变作用下巷道劣化围岩破坏机制与控制技术

《采矿与岩层控制工程学报》征稿简则

采矿与岩层控制工程学报 2024年 第6卷 总目次

岩石蠕变应变能密度演化时效特征与损伤本构模型研究

为了探究岩石单轴蠕变的应变能密度演化规律及其损伤本构模型,利用单轴蠕变-卸载试验,系统性地研究了煤、泥岩、白砂岩和红砂岩4种岩石的蠕变应变能密度演化规律。着重探讨了岩石在蠕变过程中应变能密度的转化与耗散机制,建立了不同脆性程度岩石的损伤蠕变本构模型。研究结果表明:(1)4种岩石的弹性应变能密度随蠕变时间的延长而表现出线性减少的趋势,即存在线性衰减特征;(2)结合单轴蠕变-卸载试验的结果,提出了一种基于弹性应变能密度线性衰减特征的岩石蠕变应变能计算方法;(3)4种不同脆性程度的岩石蠕变产生的耗散应变能密度与输入应变能密度随着时间增长而增长,其增长可分为衰减增长阶段、匀速增长阶段以及加速增长阶段;(4)在蠕变过程中,随着蠕变时间的增加,岩石耗散应变能密度占输入应变能密度逐渐增大,在加速蠕变与峰后的临界点达到最大,脆性程度越高加速蠕变与峰后临界点耗散应变能密度占输入应变能密度比例越大;(5)构建了基于应变能耗散的黏弹塑性-损伤耦合本构模型,该模型能够有效描述不同脆性岩石在蠕变过程中的变形曲线。

考虑时效损伤的炭质泥页岩分数阶蠕变模型研究

为探究边坡失稳的内在致灾机理,针对软弱夹层这一重要影响因素进行研究。以炭质泥页岩软弱夹层为主要研究对象,进行炭质泥页岩的分级剪切蠕变试验,揭示其蠕变规律,确定了其不同法向应力水平下的长期强度。通过对传统Maxwell体进行改进,将传统黏性元件替换为分数阶元件,引入考虑时效损伤的黏塑性体,建立考虑时效损伤的炭质泥页岩分数阶蠕变模型;基于1stOpt软件中的优化Levenberg-Marquardt法对炭质泥页岩试验蠕变曲线进行拟合,对模型的准确性进行了验证,并对模型进行参数敏感性分析。研究结果表明:与传统西原模型相比,改进的模型对试验数据有更好的拟合度,能够完整表征炭质泥页岩的减速、等速和加速蠕变阶段,尤其对加速蠕变阶段蠕变曲线的表征高度吻合;蠕变曲线变化由参数γ、A、v控制,材料参数A、v反映了炭质泥页岩的物理力学强度。研究结果可为含炭质泥页岩软弱夹层的边坡稳定性分析提供一定的参考。

不同层理倾角煤岩损伤破裂机制及能量响应

由于煤岩含有多种层理构造,在宏观上具有典型的横观各向同性特征,对煤岩的损伤破坏及能量演化等具有显著影响。本文基于能量耗散理论,推导不同层理倾角煤岩变形破坏过程的弹塑性应变、损伤变量及各能量表达式,并建立考虑不同层理倾角的能量耗散-损伤本构模型,定量表征了层理倾角与损伤变量、各峰值能量之间的对应关系,探究了荷载作用下层理倾角对煤岩力学和能量响应特征的影响。结果表明:(1)不同层理倾角煤岩的能量转换均呈现阶段性演化,分别对应不同破坏阶段;在恒轴压卸围压及不同围压三轴压缩条件下,随层理倾角的增大,峰值弹性能及耗散能均表现出先减小后增大的“U”形趋势,与煤岩峰值强度随层理倾角的变化基本对应,两种条件下层理倾角分别为60°～90°、45°～90°时变化最为敏感,表现为能量角度的各向异性。(2)根据不同层理倾角煤岩能量耗散过程,进一步构建了考虑层理倾角的能量耗散-损伤本构模型,并引用公开发表的试验数据进行验证和分析,结果显示,该模型能够较好地描述不同层理倾角煤岩在常规三轴压缩、恒轴压卸围压等荷载条件下的煤岩变形破坏特征,表明所构建的模型具有较好的适用性。(3)不同层理倾角煤岩耗散能Ud与损伤变量D的演化具有较好的一致性。随轴向应变的增大,二者均经历了由缓到急再趋于平缓的过程,总体呈“S”形变化趋势;随层理倾角的增加,损伤变量D与耗散能Ud均呈现出先减小后增加的“U”形趋势,当层理倾角为90°时,煤岩峰值耗散能Ud与损伤变量D均达最大值,煤岩极易发生破坏。研究结果可为探寻矿压显现规律、煤巷帮部失稳诱发机理和防治冲击地压等矿井灾害提供参考。

深部碎裂岩体巷道变形破坏机制与支护效应连续-非连续分析

金川二矿深部碎裂岩体具有“岩块强度高，岩体强度低”的显著特点，巷道围岩表现出显著的大变形行为，频繁导致喷锚网或衬砌等支护结构破坏，严重威胁采矿生产安全。因此，深入研究高应力碎裂岩体变形机理与支护效应具有重要的工程意义。本文在金川二矿深部巷道现场工作的基础上，结合连续-非连续数值分析方法，探讨深部碎裂岩体变形破坏机制和支护效应。首先，现场调查发现金川二矿深部巷道围岩具有典型层状、碎裂状和复合结构特征，冒落和底鼓是典型破坏形式；其次，基于室内试验和现场监测数据，采用可破Voronoi块体模型和离散裂隙网络模型模拟巷道开挖过程，捕获围岩损伤破裂特征；最后，结合实体单元和锚杆单元模拟支护结构响应。研究发现结构面间距和倾角显著影响应力释放区的位置和压力拱的形成，导致围岩变形各向异性和破裂非均匀性；锚杆、“锚杆+喷层”和“锚杆+U形钢拱架”3种支护结构对于限制围岩变形具有显著差异性，锚杆和衬砌的加入能有效抑制冒落区，限制顶拱位移，但不能有效抑制底板隆起；超前注浆、加长锚杆和钢拱架是控制深部碎裂岩体巷道大变形的重要措施。本研究能为深部碎裂岩体巷道变形控制与支护设计提供理论支持与实践指导。

掺塑性膨胀剂的全尾砂胶结充填体体积变化率试验研究及机理分析

为解决矿山充填采场接顶率偏低和接顶效果较差的问题,采用响应面法,研究了在充填料浆中掺加塑性膨胀剂时,料浆质量分数、胶固粉掺量和塑性膨胀剂掺量对全尾砂胶结充填体体积变化率的影响规律;并利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM),分析了塑性膨胀剂对充填体的作用机理;通过现场工业试验,验证了掺塑性膨胀剂充填体的膨胀接顶效果。研究结果表明:塑性膨胀剂掺量对充填体体积变化率的影响程度最大,料浆质量分数次之,胶固粉掺量最小;不掺塑性膨胀剂的充填体在所有龄期均是沉缩的;塑性膨胀剂掺量存在一个临界值,使充填体由沉缩特性转变为膨胀特性;塑性膨胀剂可使充填体在塑性阶段产生膨胀,补偿充填体早期沉缩;膨胀变形主要发生在养护龄期3 d以内, 3 d以后趋于稳定;掺加塑性膨胀剂未改变充填体水化产物种类,但能使充填体内部生成大量的膨胀性矿物钙矾石,导致内部结构疏松而引起膨胀;现场实测值与试验实测值较吻合,不掺塑性膨胀剂的充填体体积变化率为–3.45%,塑性膨胀剂掺量为6×10–4的充填体体积变化率为3.04%。研究成果可为矿山充填接顶技术及应用提供参考。

我国煤炭开采与岩层控制技术发展40a及展望

开采方法与装备及岩层控制技术是保证煤炭正常生产的核心技术。介绍了改革开放40 a来我国采煤方法与装备、岩层控制理论与技术、特殊采煤与矿区生态环境保护技术的发展历程。基于煤炭科学研究总院开采研究分院主持和参与的科研项目,总结了40 a来煤炭开采与岩层控制技术取得的研究成果。包括薄及中厚煤层、厚煤层一次采全高综采技术与装备,厚及特厚煤层综采放顶煤开采技术与装备,及智能化开采技术与装备;采场覆岩运动与破断规律,岩层结构假说,液压支架与围压相互作用关系,及坚硬和破碎顶板控制技术;巷道锚杆支护理论与成套技术,破碎围岩注浆加固技术,及高应力、强采动巷道水力压裂卸压技术;冲击地压发生机理,冲击危险区域评价技术,冲击地压实时监测、预警及综合防治技术;开采沉陷理论,建(构)筑物下、近水体下、承压水上开采等特殊采煤技术,及矿区生态环境保护技术。40 a的研究与实践表明,我国煤矿已形成具有中国特色的煤炭开采与岩层控制成套技术体系,为煤矿安全、高效、绿色开采提供了可靠的技术保障。最后,提出了煤炭开采与岩层控制技术的发展方向与建议。

煤矿巷道围岩注浆加固技术的现状与发展趋势

对煤矿巷道围岩注浆方法分类、注浆加固作用与注浆理论、注浆加固材料的类型与物理力学特性、注浆参数的选择与工艺及注浆质量检测方法等进行了较为详细地论述与分析。通过2个应用实例,介绍了水泥注浆与化学注浆加固的应用条件、注浆加固设计及注浆效果评价。最后针对注浆加固存在的问题,提出了巷道围岩地质力学测试与评估、注浆理论、材料、工艺及监测方面的发展方向。

综放开采覆岩“两带”高度的计算公式及适用性分析

当前所依据的《三下采煤规程》中没有预计综放开采工作面覆岩破坏高度的经验公式,为了合理留设特厚煤层综放开采工作面露头区安全保护煤岩柱,有必要建立适用于综放开采工作面覆岩导水裂缝带和垮落带高度计算的经验公式。依据项目的实测"两带"成果,并且收集了40余个"两带"孔的综放开采工作面不同硬度类型覆岩的"两带"高度数据,采用数理统计回归分析的方法,得出了适用于综放开采工作面中硬、软弱覆岩条件下的"两带"高度计算的经验公式,并进行了实用性分析。研究成果对含水层下特厚煤层综放开采工作面浅部安全开采和保护煤岩柱的合理留设有指导意义和实用价值。

条带开采研究现状及发展趋势

条带法开采是“三下”采煤技术中应用最为广泛的部分开采技术 ,是建筑物下采煤控制地表沉陷的主要开采措施之一。文章在大量文献的基础上 ,对我国条带开采的应用、研究及观测现状进行了综述 ,提出了条带开采发展趋势。

深部煤巷锚杆支护技术的研究与实践

在分析深部高地应力巷道围岩变形与破坏特征,目前锚杆支护存在问题的基础上,提出高预应力、强力支护理论与锚杆支护设计准则;通过井下实测数据,分析深部矿井地应力分布特征;介绍强力锚杆支护系统,包括强力锚杆,强力钢带及强力锚索;最后,介绍高预应力、强力锚杆支护系统在新汶千米深井巷道中的应用情况,评价支护效果。井下试验表明,高预应力、强力锚杆支护系统能有效控制深部巷道强烈变形,保持围岩稳定。

我国煤炭开采与岩层控制技术发展40a及展望

开采方法与装备及岩层控制技术是保证煤炭正常生产的核心技术。介绍了改革开放40 a来我国采煤方法与装备、岩层控制理论与技术、特殊采煤与矿区生态环境保护技术的发展历程。基于煤炭科学研究总院开采研究分院主持和参与的科研项目,总结了40 a来煤炭开采与岩层控制技术取得的研究成果。包括薄及中厚煤层、厚煤层一次采全高综采技术与装备,厚及特厚煤层综采放顶煤开采技术与装备,及智能化开采技术与装备;采场覆岩运动与破断规律,岩层结构假说,液压支架与围压相互作用关系,及坚硬和破碎顶板控制技术;巷道锚杆支护理论与成套技术,破碎围岩注浆加固技术,及高应力、强采动巷道水力压裂卸压技术;冲击地压发生机理,冲击危险区域评价技术,冲击地压实时监测、预警及综合防治技术;开采沉陷理论,建(构)筑物下、近水体下、承压水上开采等特殊采煤技术,及矿区生态环境保护技术。40 a的研究与实践表明,我国煤矿已形成具有中国特色的煤炭开采与岩层控制成套技术体系,为煤矿安全、高效、绿色开采提供了可靠的技术保障。最后,提出了煤炭开采与岩层控制技术的发展方向与建议。

煤矿巷道围岩注浆加固技术的现状与发展趋势

对煤矿巷道围岩注浆方法分类、注浆加固作用与注浆理论、注浆加固材料的类型与物理力学特性、注浆参数的选择与工艺及注浆质量检测方法等进行了较为详细地论述与分析。通过2个应用实例,介绍了水泥注浆与化学注浆加固的应用条件、注浆加固设计及注浆效果评价。最后针对注浆加固存在的问题,提出了巷道围岩地质力学测试与评估、注浆理论、材料、工艺及监测方面的发展方向。

综放开采覆岩“两带”高度的计算公式及适用性分析

当前所依据的《三下采煤规程》中没有预计综放开采工作面覆岩破坏高度的经验公式,为了合理留设特厚煤层综放开采工作面露头区安全保护煤岩柱,有必要建立适用于综放开采工作面覆岩导水裂缝带和垮落带高度计算的经验公式。依据项目的实测"两带"成果,并且收集了40余个"两带"孔的综放开采工作面不同硬度类型覆岩的"两带"高度数据,采用数理统计回归分析的方法,得出了适用于综放开采工作面中硬、软弱覆岩条件下的"两带"高度计算的经验公式,并进行了实用性分析。研究成果对含水层下特厚煤层综放开采工作面浅部安全开采和保护煤岩柱的合理留设有指导意义和实用价值。

岩石蠕变-冲击试验研究——现状与展望

在深部岩体工程中,爆破等开挖扰动是触发岩爆的关键性因素,然而岩爆通常是滞后于爆破扰动一段时间才发生,表现出明显的时滞性,这给岩爆的预测和预警带来了巨大的困难。岩石蠕变-冲击力学行为的研究是揭示滞后型岩爆的力学基础。因此,蠕变-冲击受力条件下岩石的力学特性研究具有重要的理论意义与工程应用价值。本文阐述了岩石蠕变-冲击力学特性研究的工程背景及意义,重点介绍了蠕变加载条件下岩石的力学特性、岩石蠕变-冲击试验研究的现状,并综述了蠕变-冲击载荷下岩石力学行为的研究进展。在此基础上,展望了岩石蠕变-冲击力学研究的未来发展趋势,其中包括试验设备的改进与试验方法、蠕变-冲击过程中岩石的损伤表征、岩石在蠕变-冲击条件下的本构关系、该试验研究对于岩体损伤与破坏预测预警的理论意义等方面,指出了未来岩石蠕变-冲击力学性能研究的方向。

我国采煤沉陷区现状、综合治理模式及治理建议

采煤沉陷对矿区的土地、水资源、建(构)筑物、生态环境等都会造成严重破坏,直接影响到矿区经济发展、社会稳定及生态环境的可持续发展。通过采煤沉陷区采出煤量、塌陷面积等调研数据,以县(市区)为采煤沉陷区研究单元,得出我国重点采煤沉陷县(市区)排名;针对我国采煤沉陷区存在的土地、水资源、建筑物等破坏问题,归纳总结多种采煤沉陷区综合治理模式及应用案例;提出绿色开采对策与综合治理建议。