• 基于真三轴卸载试验不同倾角组合煤岩力学特性研究

    彭岩岩;郦亦凡;余虎;韩攀嵘;朱淳;何满潮;

    为深入研究煤炭开采过程中顶板结构面倾角对煤岩力学特性的影响,通过自主研发的地声过程模拟试验系统,开展不同结构面倾角条件下组合煤岩真三轴加卸载试验,并利用声发射探测系统进行监测。研究结果表明:随着结构面倾角的增大,试样的破坏强度逐步下降,裂隙发展也逐渐减弱,其破坏形态从张拉剪切破坏逐渐向剪切破坏转变,直至倾角达到40°时,试样整体发生滑移破坏;在卸载破坏前,倾角<30°的试样发生充分的塑性变形,其承载力得到充分发挥,而倾角≥30°的试样达到临界破坏极限时迅速破坏,出现部分或完全滑移破坏;声发射信号集中于卸载破坏阶段,试样的结构面倾角越大,声发射累计计数越少,当倾角达到40°时发生滑移破坏,最大振铃计数大幅下降,对其累计计数略有影响。研究成果可为深入认识顶板结构面倾角引起的卸载破坏机制及矿山安全开采提供参考。

    2024年02期 v.6;No.23 5-14页 [查看摘要][在线阅读][下载 633K]
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  • 类岩石试件三轴扰动破坏特性试验研究

    王军;朱传根;李勋;王波;张艺腾;

    为研究高应力围岩扰动破坏机制,开展了不同围压下类岩石试件的三轴常规压缩和三轴循环扰动试验,得到了试件的扰动应力–应变规律和变形破坏特征,并对试件开展了核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance)成像试验,从微观角度进一步阐明了试件扰动破坏机理。研究结果表明:(1)试件在不同围压下均存在一个阈值强度,轴向荷载超过阈值强度后,轴向变形对扰动变得敏感,再次施加扰动会引起试件显著变形,当轴向荷载低于阈值强度时,变形对扰动不敏感。阈值强度与极限强度的比值可以反映试件的抗扰动能力,随着围压增大,该比值呈现逐步递减的规律,说明高围压下试件抗扰动能力下降,对扰动作用更敏感。(2)扰动作用下类岩石试件存在弱化效应,如常规三轴10 MPa围压下试件表现出腰鼓破坏,而受扰动作用后,试件呈现斜切脆性破坏,与常规三轴5 MPa围压下破坏形态相近。(3)岩石试件在高应力作用下进入塑性流动状态,内部颗粒重新排列,内部小孔隙与大孔隙的占比减少,而中孔隙的占比显著增多,试件内部孔隙率整体降低。

    2024年02期 v.6;No.23 15-28页 [查看摘要][在线阅读][下载 550K]
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  • 循环应力损伤对煤体I型动态断裂特性的影响

    张传玖;李果;任建慧;姚士茂;李宣良;

    为探明循环应力损伤作用对煤体动态断裂特性的影响,对原始及循环应力损伤后的煤体I型单边缺口梁试件进行了静态与动态断裂试验研究。通过试验得到:煤体平均动态I型断裂韧度(K_(IC))为0.344 MPa·m~(1/2),平均I型断裂能(G_C)为66.99 N/m,较静态煤断裂参数分别提高了1.38倍与1.26倍;经循环应力损伤后煤试件的平均静态K_(IC)值为0.219 MPa·m~(1/2),平均静态G_C为44.26 N/m,较原始煤试件分别降低了12.05%与16.74%;平均动态K_(IC)为0.279 MPa·m~(1/2),平均动态G_C为52.72 N/m,与原始煤试件冲击断裂试验结果相比,分别降低了20.90%与21.30%。试验结果表明,循环应力对煤体的动静态断裂力学参数均具有劣化影响,且煤试件动态断裂力学参数的劣化程度更高,证明煤体动态断裂行为对循环应力损伤作用更加敏感。同时,原始及循环应力损伤后煤试件动态断裂破坏的分形维数分别为1.32与1.21,即原始煤试件在冲击载荷作用下断裂破碎的更加复杂,冲击动力学显现的更加充分。此外,基于黏聚裂纹模型的煤体I型动态断裂数值计算结果与试验结果相符,表明黏聚裂纹模型能够对煤体动态断裂过程进行有效表征。研究成果可为具为相似特性的煤体提供参考。

    2024年02期 v.6;No.23 29-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 887K]
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  • 水力耦合作用下煤岩渗流动态演化规律

    吕明杰;刘立仁;张小涛;陈博;

    为探究煤层注水时水在煤体中的渗流演化规律,采用实验室试验与数值模拟结合的方法,开展了地应力及孔隙水压力耦合作用下煤体结构变形及渗透率演化规律试验,并建立了水力耦合下体积变形演化数学模型,基于UDF二次开发进行了煤岩注水渗流动态演化数值模拟。研究结果表明:煤岩孔隙率变化受应力与水压共同作用的影响;煤岩轴向变形量与水压分布由上至下呈递减式传递,体积变形与轴向力、孔隙水压大小成正相关;孔隙水压为赋存于孔裂隙的自由水提供渗透动力,并对煤岩基质骨架产生力学作用,水压越大,煤岩基质骨架越容易破坏;采用UDF程序加载渗透性试验结果对孔隙率随孔隙水压变化进行拟合的结果更接近试验结果,误差较小,对于研究煤岩渗流规律可以提供一定的参考。

    2024年02期 v.6;No.23 40-51页 [查看摘要][在线阅读][下载 1022K]
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  • 基于加权隶属度矩阵的岩体质量优化分级及支护研究

    李福佳;刘艳章;秦绍兵;于佳兴;张迪;叶涛;

    巷道围岩质量分级是巷道围岩稳定性分析、合理支护设计与施工的基础。提高分级结果的准确性,是提升支护效果和巷道围岩稳定性的关键途径。以RMR法为基础,以某一测点的分级因素指标值为例,构建RMR法各分级指标的隶属度矩阵,再结合熵值法确定分级指标的权重,得到加权隶属度矩阵,构造优化后的评分公式,进行指标优化评分和围岩质量分级,然后根据围岩质量分级结果及松动圈监测结果设计支护参数,利用FLAC~(3D)进行模拟计算以巷道围岩塑性区体积和顶底板收敛量为评价指标,研究优化前后的支护效果。研究结果表明:经过优化后的指标评分和围岩等级更加准确,巷道支护参数设计更加合理,数值模拟结果显示其能有效地提升围岩的稳定性,并将优化后的支护设计参数应用于工程,取得了良好的效果。研究成果可有效解决巷道围岩分级因素指标值位于分级边界或分级跨度大的问题,为矿山岩体质量分级与支护设计提供参考。

    2024年02期 v.6;No.23 52-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 514K]
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  • 膨胀应力作用下复合顶板巷道围岩支护研究

    李宏儒;吕华文;乔军;苏波;史久林;崔锋;

    针对澄合矿区复合顶板管理难度大,巷道支护困难,严重制约矿井安全开采这一问题,以山阳煤矿5号煤层1501回风巷为工程背景,对复合顶板软岩巷道的破坏机理及支护问题展开了研究。首先通过物理力学试验,得到顶板各岩层的物理参数,然后采用现场实测和理论分析的方法,分析复合顶板的应力分布特征,从而构建山阳煤矿巷道的复合顶板力学模型,最后运用数值模拟和现场实测的方法验证支护方案的可行性。研究结果表明,矿井复合顶板上部砂质泥岩为膨胀岩,最大膨胀率为42.3%,最大膨胀应力为198.2k Pa;中粒砂岩层K4为关键岩层;提出的顶板采用全锚索支护,巷帮采用金属网+钢带+锚杆支护的支护方案,经过数值模拟和现场实测的验证,该方案可满足现场生产需求。研究成果可为类似地质条件的巷道支护提供参考。

    2024年02期 v.6;No.23 62-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 1251K]
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  • 煤巷支护效果智能预测系统及应用

    马鑫民;向俊杰;翟中华;陈莉影;杨雯清;

    针对深埋复杂地质条件下煤巷支护设计难题,基于巷道支护、计算机开发、数值模拟二次开发等开展了交叉融合技术的研究。通过文献收集、问卷调查及现场调研的方法,建立了煤巷支护知识库,通过库内数据查找和规则推理机制为用户提供岩石力学参数和支护方案参数;构建能满足多种地质条件、多种巷道类型、多种支护方案的数值模拟脚本,基于FLAC~(3D)内置语言开展二次开发技术的研究,建立了煤巷支护效果预测模型;运用计算机高级编程语言开发煤巷支护效果预测系统,实现了煤巷支护效果预测的可视化、智能化;利用该系统对经典案例进行测试,并用决定系数R~2和平均绝对百分比误差MAPE对该系统预测效果进行了评价,结果显示其各指标的R~2均在0.8以上,MAPE值均在20%以下,都在合理范围之内该系统在巷道位移预测方面效果良好;系统在信湖煤矿818外风巷的工程实例的验证结果显示,其预测精度达到84%以上,能够为现场施工提供准确指导。

    2024年02期 v.6;No.23 76-91页 [查看摘要][在线阅读][下载 1104K]
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  • 综放面“双硬”煤层临空煤柱宽度及承载强度校核

    单成方;尚会杨;张强;李亚锋;刘伟;黄鹏;

    具有“双硬”特征煤层的工作面其护巷煤柱的极限尺寸确定与常规工作面有所不同。以榆树岭煤矿505工作面沿空掘进巷道为背景,首先测试了煤岩样的力学性质和不同高径比煤样的抗压强度,得到了不同高径比煤样峰值强度曲线;其次分析了沿空掘巷覆岩结构模型,建立了沿空掘巷护巷煤柱顶板力学模型,得到了不同宽度煤柱所受的载荷应力;建立了不同高宽比煤柱的数值模型,得到了不同高宽比煤柱的极限强度校核公式;最后通过对比不同宽度煤柱所受的载荷应力和极限强度,得出4m宽度的煤柱即可满足支护要求,并在此基础上提出了沿空掘进巷道支护工艺。现场监测结果表明,煤柱宽度为4m时,巷道整体变形量较小,巷道稳定性得到有效维护。研究结果可为小煤柱护巷宽度的确定提供参考。

    2024年02期 v.6;No.23 92-103页 [查看摘要][在线阅读][下载 820K]
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  • 浅埋房柱式采空区煤柱稳定性及控制研究

    刘欣欣;齐学元;耿俊俊;

    老采空区受矿区早期采煤方法的限制,具有较强的隐匿性,很难得到有效治理,为其地表构筑物建设带来巨大挑战。以昌盛煤矿房柱式老采空区治理为工程背景,采用理论分析、钻孔勘探、数值模拟以及现场瞬变电磁勘查等方法,分析了房柱式采空区覆岩裂隙特征;判别了房柱式采空区上地表的稳定性,数值模拟进一步分析得出,在新的单位载荷作用下,采场中央遗留煤柱将发生活化失稳,引起采场所有煤柱发生多米诺骨牌式破坏,进而导致房柱式采空区地表发生失稳。基于对房柱式采空区稳定特征及浆液在房柱式采空区流动的特性提出了散点式注浆充填方案,给出了浆液配比及注浆工艺。现场瞬变电磁勘查结果表明,散点式注浆充填法能有效实现老采空区的充分均匀充填,注浆效果整体良好,同时该方法可为对类似老采空区地表治理提供参考。

    2024年02期 v.6;No.23 104-113页 [查看摘要][在线阅读][下载 1656K]
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  • 强含水层下特厚煤层综放开采导水裂隙带发育高度

    刘成勇;宋伟;盛奉天;古文哲;袁超峰;张磊;

    导水裂隙带高度是顶板水害防治的关键参数之一,为研究强含水层下特厚煤层综放开采条件下导水裂隙带发育高度,以彬长矿区雅店煤矿ZF1405工作面为背景,采用多元非线性回归建立了导水裂隙带高度预测模型,并采用数值模拟和钻孔实测相结合的方法,对该条件下导水裂隙带高度进行了全面探测。结果表明:考虑的影响因素越多,建立的导水裂隙带高度预测模型越合理,模型预测结果为257.4m,相较于经验公式更精确;数值模拟得到的导水裂隙带最大发育高度为244.2 m,发育规律可分为缓增阶段(工作面推进0~200 m)、突增阶段(工作面推进200~280m)和稳定阶段(工作面推进280m后),其中突增阶段最易发生顶板涌水事故,现场开采时,工作面由开切眼推进至200m后需提前做好预防措施;钻孔钻液消耗量和钻孔窥视探测的导水裂隙带高度分别为247.4,238.4m;数值模拟和钻孔实测结果共同验证了预测模型的可靠性,为安全起见,取4种研究方法的最大值257.4m作为最终结果。研究结果可为类似条件的矿井导水裂隙带高度预测提供参考。

    2024年02期 v.6;No.23 114-124页 [查看摘要][在线阅读][下载 562K]
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  • 基于顶板结构特征的冲击危险性评价方法及应用

    王超;张广超;赵西坡;周广磊;张勇;吕凯;

    目前煤矿普遍采用的冲击危险性评价方法忽视了岩层层位、厚度等对冲击危险性评价结果的影响,致使现有冲击危险性评价体系对不同地层结构下顶板冲击危险性评价准确度不足。根据采空区覆岩破坏程度,建立了全悬顶结构、半悬顶结构及完全移动结构3类顶板结构力学模型,分析了各类顶板结构类型下的应力传递机制,提出了基于3类顶板结构与实测矿震数据相结合的动静载叠加应力计算方法及考虑顶板结构特征的冲击危险性评价指标及评价方法,并分析了岩层强度系数、关键层厚度以及岩层下沿距工作面距离对冲击特征参数p的影响规律;依托鄂尔多斯市某矿2201工作面、济宁市某矿63_上06工作面及菏泽市某矿3301工作面地层结构条件,进行了顶板岩层结构下动静载叠加应力及冲击危险性评价参数的计算,并根据计算结果进行了冲击危险性评价验证分析。

    2024年02期 v.6;No.23 125-135页 [查看摘要][在线阅读][下载 785K]
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  • 基于遗传算法的采煤工作面隐患数据关联规则挖掘

    宁桂峰;高龙;刘利平;

    分析了采煤工作面的隐患类型和属性,应用遗传算法建立关联规则挖掘模型,并通过文本挖掘与主题挖掘算法挖掘隐患之间的内在关系和隐患之间的关联规则,构建关联规则库。以山东某矿业公司的安全隐患检查记录为数据源,对模型进行验证,并对改进的遗传算法、遗传算法和Apriori算法进行性能对比,表明改进的遗传算法能够有效地挖掘隐患数据的关联规则,有助于加深安全管理人员对隐患数据间蕴含的内在规律的理解,为煤矿安全隐患排查治理提供依据,指导采煤生产的安全管理实践。

    2024年02期 v.6;No.23 136-145页 [查看摘要][在线阅读][下载 421K]
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  • 基于低标硫铝酸盐水泥熟料的高水材料物理力学性能及应用

    陈志松;徐佑林;江泽标;肖兵;吴少康;张际涛;

    为解决高水材料充填成本高、物理力学性能差等问题,选用低标硫铝酸盐水泥熟料为主要原料,通过物理试验探究了低标硫铝酸盐水泥熟料高水材料在不同外加剂剂量、水灰比、水温下的物理力学性能,并通过工艺性试验测试了实际应用效果。研究结果表明:(1)不同条件下高水材料物理力学性能不同的主要原因在于其钙矾石的生成速率及生成量受到影响;(2)以低标型硫铝酸盐水泥熟料作为高水材料原料时,使用一定量外加剂能够改善其样貌并显著提升其强度;(3)降低水灰比能够显著提升高水材料的早期强度及峰值强度,且每提高0.1的水灰比,平均各龄期强度下降约11%;(4)水温对于高水材料初凝时间的影响高于终凝时间,对早期强度起促进作用,水温每上升2℃, 1d强度增加约6.8%;(5)影响高水材料强度的各项因素排序为:外加剂>水灰比>水温;(6)现场应用低标型硫铝酸盐水泥熟料高水材料后,巷道变形量较小,取得较好的留巷效果。

    2024年02期 v.6;No.23 146-156页 [查看摘要][在线阅读][下载 830K]
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  • 《采矿与岩层控制工程学报》征稿简则

    <正>《采矿与岩层控制工程学报》前身为《煤矿开采》,创刊于1991年,由煤炭科学研究总院有限公司主办。重点报道采矿工程、矿山岩体力学与岩层控制工程及交叉学科应用基础研究、技术开发及工程实践成果,介绍该领域中的新理论、新方法、新技术,为推动采矿工程、矿山岩体力学与岩层控制工程学科的发展、加强国内外的学术交流、人才培养服务。读者对象为国内外采矿工程领域科技工作者。目前为双月刊,双月25日出刊,为中文核心期刊、中国科技核心期刊,被Ei Compendex收录。《采矿与岩层控制工程学报》欢迎广大读者赐稿。

    2024年02期 v.6;No.23 157页 [查看摘要][在线阅读][下载 104K]
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