• 《采矿与岩层控制工程学报》2021年第3期全本

    2021年03期 [查看摘要][在线阅读][下载 18021K]
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  • 不同黏结长度锚杆拉拔承载特性研究

    杜云楼;冯国瑞;康红普;张玉江;ZHANG Xihong;

    黏结长度是影响锚杆承载性能的关键因素之一,研究不同黏结长度锚杆的拉拔承载特性对锚杆支护设计具有重要意义。为此,基于锚固界面的"三线性"黏结-滑移模型,采用FLAC3D数值软件研究了不同黏结长度锚杆的拉拔承载特性。研究结果表明:黏结长度会显著影响锚杆拉拔载荷-位移曲线的形态和发展过程,增大锚杆黏结长度能够提高其承载能力,提高锚杆抵抗失效的能力。随着黏结长度的增加,锚杆峰值拉拔载荷先快速增大后稳定增大,锚杆软化载荷和摩擦载荷先逐渐增大后保持不变,锚杆存在临界黏结长度。拉拔载荷作用下,锚杆轴力沿锚杆长度方向逐渐降低,峰值剪应力最先出现在锚杆加载端,并逐渐向锚杆自由端移动。随着黏结长度的增加,锚杆轴力作用范围增大,锚杆剪应力的不均匀性增加。研究结果可为锚杆支护设计提供有益参考。

    2021年03期 v.3;No.8 5-12页 [查看摘要][在线阅读][下载 347K]
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  • 巷道变形差异化响应特征及支护设计分析

    郑建伟;鞠文君;孙晓冬;李文洲;周逸群;褚晓威;刘彪;赵凯凯;

    巷道围岩变形响应特征的演化对其支护研究有着重要意义。首先基于弹性力学建立不同应力条件下考虑支护压力的圆形巷道力学模型,得到不同侧向应力系数(k)条件下巷道顶底板和两帮变形的差异化响应特征,且对差异化响应过程进行分析。基于此可以对巷道的支护提供如下的指导意义:(1)当k>1时,应重视巷道顶(底)板的支护;当k<1时,应重视巷道两帮的支护;(2)针对侧向临空巷道、超前支承应力影响范围内的巷道要重视两帮的支护,针对上覆采空区范围下的巷道要重视对于顶(底)板的支护;(3)一般情况下浅巷重顶(底),深巷重帮。最后以山西某矿152052巷道为研究对象,测量巷道围岩内部地应力信息,结合巷道围岩内部裂隙发育特征,提出采用"锚索+锚杆+钢筋托梁+金属网"对巷道顶板和两帮进行支护设计,且取得了良好的支护效果。

    2021年03期 v.3;No.8 13-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 591K]
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  • 基于统计分析的近距离煤层上行开采可行性判别方法

    袁光明;何团;

    调研了目前近距离煤层上行开采可行性判别的常用方法,在开采地质条件日益复杂、下部煤层采高不断增大的开采背景下,分析了现有评价方法的适用性与局限性。基于丰富的近距离煤层上行开采案例统计,通过理论分析提出了以上部煤层台阶错动量为核心指标判别近距离煤层上行开采的可行性。运用UDEC数值模拟软件,开展大量数值模拟试验,构建以下部煤层开采厚度、煤层间距、层间岩层岩性指数为参量的上部煤层台阶错动量预计公式,得到台阶错动量与单一参数的协同关系。基于此,最终提出基于数据统计分析的近距离煤层上行开采可行性判别方法,该方法可靠性高,适用性强、应用操作简单,具有一定的理论与实用价值。运用基于统计分析的近距离煤层上行开采可行性判别方法指导工程实践,经验证现场应用效果良好。

    2021年03期 v.3;No.8 21-31页 [查看摘要][在线阅读][下载 783K]
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  • 特厚煤层综放开采沿空掘巷窄煤柱围岩控制

    董合祥;

    针对某矿特厚煤层综放开采沿空掘巷宽煤柱护巷时带来的巷道变形量大,煤炭损失严重等问题,提出了窄煤柱护巷技术。以该矿8305工作面为工程背景,结合内外应力场理论和极限平衡区理论,得出基本顶断裂线位置距采空区为3 m,并最终确定窄煤柱宽度为6 m。基于对特厚煤层窄煤柱护巷围岩控制难点分析,提出了顶板以高强高预应力锚杆支护系统、组合锚索支护系统和多锚索-钢带桁架系统的强力联合支护技术,煤柱帮采用强力锚杆支护系统和喷浆加固的围岩控制技术,以及实体煤帮钻孔卸压处理和强力锚杆、锚索支护系统对特厚煤层沿空掘巷围岩稳定性的控制。现场实践表明,5305巷道围岩控制效果良好,能够实现对特厚煤层沿空掘巷围岩稳定性的控制。

    2021年03期 v.3;No.8 32-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 781K]
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  • 崩落法开采岩体冒落及岩移机理

    张东杰;任凤玉;王健多;

    为研究倾斜厚矿体开采岩体冒落及岩移机理,以某铁矿崩落法开采为工程背景,通过现场监测对开采过程中顶板覆岩冒落及岩移特征进行了研究,并采用数值模拟分析了节理影响下覆岩断裂破坏、应力演化及损伤发展特性,对岩体冒落及岩移机理进行了探讨。研究结果表明:岩体冒落表现为缓慢—快速交替的拱形冒落特征,岩体冒落的剧烈程度与冒落发展正相关;地表水平变形以波浪形变化为主,上盘侧最大水平变形值为下盘的1.4~1.9倍,运输道路附近的最大沉降值约为32.5 mm,沉降中心在采矿后期以非对称形式向上盘偏移,沉降率逐渐下降。岩体冒落是拉伸与剪切裂纹沿着节理与完整岩桥相互贯通所致,分为滑移破坏区与倾倒破坏区,应力拱周期性演化是导致冒落进程变化的主要原因;地表沉降特征受节理与开采跨度的共同影响,断裂角发生偏转并以上盘破坏为主,是导致地表沉降中心偏移的主要原因。在未来采矿过程中,塌陷坑上盘有发生大规模沉降及塌陷的风险,研究提出的塌陷坑废石充填岩移控制措施,可实现对运输道路的有效维护。

    2021年03期 v.3;No.8 43-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 6213K]
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  • 弓长岭露天矿采空区顶板位移超前预测算法

    李相熙;朱万成;任敏;

    针对弓长岭露天矿采空区顶板位移预测问题,基于K-means聚类算法基本原理,提出层次迭代聚类算法,并结合依拉达准则,实现了对实时采集数据中的杂乱数据和随机误差数据的自动化剔除。应用灰色预测模型对位移-时间序列进行超前预测,预测结果与实测数据基本吻合,验证了本文算法的可靠性和准确性。根据预测结果可以判定弓长岭露天矿采空区顶板位移变化趋势平稳,短期内没有失稳风险。

    2021年03期 v.3;No.8 54-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 453K]
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  • 下保护层开采时被保护层裂隙发育与渗透特征

    王晶;王晓蕾;

    保护层开采能够有效防治煤矿瓦斯问题,保护效果是保护层开采设计的重要依据。为了研究保护层开采时被保护层裂隙演化和渗透特征,采用现场测试对保护层开采前后裂隙发育特征进行分析,并对保护层开采过程中被保护层渗透率和卸压特征进行了相似模拟和数值模拟研究,研究结果表明:保护层开采前,裂隙发育数量和宽度较小,受保护层开采影响后,裂隙数量和宽度明显增加,裂隙发育度提高;保护层开采后被保护层可划分原岩应力区、支撑应力区、开采卸压区、应力恢复区4个区,支撑应力区渗透率降低,应力恢复区渗透率小幅提高,开采卸压区内渗透率可达到开采前的7倍以上;保护层开采后,被保护层卸压幅度将近50%,卸压率曲线呈"沟渠状"分布,被保护层膨胀率整体大于3‰,满足《防治煤与瓦斯突出细则》的要求,保护层开采可以达到卸压增透的效果。

    2021年03期 v.3;No.8 62-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 865K]
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  • 基于随机森林的矿压预测方法

    冀汶莉;刘艺欣;柴敬;王斌;

    煤矿开采过程中工作面矿压显现的分析与预测,对于保障煤矿安全生产具有重要意义。分布式光纤监测技术是煤矿开采过程中覆岩变形监测的新方法,以分布式光纤监测采动覆岩变形相似物理模拟试验为背景,建立了基于随机森林的MBCT-SR-RF工作面来压预测模型。首先提出光纤加权频移平均变化度,并引入多步逆向云变换算法(MBCT-SR)计算光纤上所有测点频移数据的期望Ex、熵En和超熵He等统计特征;然后以光纤加权频移平均变化度和光纤频移数据的统计特征(Ex,En,He)作为输入样本,以均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)和平均绝对百分比误差(MAPE)作为性能评估指标;最后进行了预测模型的泛化能力研究。试验结果表明,基于MBCT-SR-RF的工作面来压预测方法的RMSE为5.289 6 cm,MAE为4.336 7 cm,MAPE为3.916 7%,与BP神经网络和SVM支持向量机方法相比,均低于相应的评价指标,具有较高的准确率、鲁棒性和泛化能力。该方法实现了基于光纤频移数据的工作面来压预测,为煤矿开采过程中的顶板智能化管理提供了判断依据。

    2021年03期 v.3;No.8 71-81页 [查看摘要][在线阅读][下载 510K]
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  • 基于损伤因子的断层滑移过程声发射特征试验研究

    兰世瑞;宋大钊;李振雷;刘洋;

    断层滑移是引起矿井断层型冲击地压的直接原因,其过程十分复杂。基于此,选取石英砂和石灰岩为材料,利用双剪摩擦试验研究了不同加载速率(0.05,0.075,0.1,0.15,0.2 mm/s)及不同水平压力(30,60,90 kN)条件下的断面损伤滑移过程,得出了不同加载速率和不同水平压力条件下岩样的声发射特征。研究结果表明:岩样受载滑移过程中声发射能量伴随着局部应力降出现会显著增加,显示出显著的时间同步性;振幅、能量及振铃计数等声发射参数随着加载速率升高逐渐增大、随着水平压力升高呈减小趋势;基于声发射振铃计数累计值建立断面损伤预警模型,采用时间分段预测法将峰前阶段划分为初期预警阶段和二次预警阶段。研究结果为现场断层预警预测提供了参考。

    2021年03期 v.3;No.8 82-90页 [查看摘要][在线阅读][下载 813K]
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  • 循环加卸载条件下花岗岩力学特性及疲劳损伤演化研究

    杨计先;罗明坤;张晓悟;黄宁;侯胜军;

    为了研究岩石在循环加卸载下的力学特性及能量损伤演化规律,设计了5种花岗岩三轴循环加卸载试验。基于试验结果,详细分析了不同围压的循环加卸载模式下的总能量、弹性应变能和耗散能的演化特征及相互关系,建立了岩石损伤耗散能与循环加载次数及围压的耦合演化方程。结果表明:(1)当载荷小于峰值应力时,加载阶段的弹性模量小于卸载阶段的弹性模量;(2)峰值应力前,载荷所产生的能量主要表现为弹性应变能,而峰值应力后,载荷所产生的能量主要表现为耗散能;(3)随着围压的增加,岩石弹性应变能及耗散能增加;(4)循环加卸载作用下,岩石的耗散能与围压及加卸载循环次数有明显相关性,可以用非线性曲面进行拟合,可为定量分析循环加卸载过程中岩石损伤提供参考。

    2021年03期 v.3;No.8 91-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 497K]
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  • 单轴压缩试验端面摩擦效应及损伤演化规律研究

    李单林;刘广建;贾瑞锋;薛飞;王康宇;

    单轴压缩试验的端面摩擦效应对试样的变形破坏特征有较大影响。运用块体离散元软件UDEC,基于库仑滑移准则,开展了不同端面摩擦因数下的单轴压缩数值试验,研究了不同岩性和不同高宽比试样的损伤演化规律,从应力应变关系、裂缝扩展及应力分布等角度探究了端面摩擦效应的机理。结果表明:(1)端面摩擦效应会抑制微观裂缝的萌生与扩展,使脆性试样的破坏形式由劈裂向剪切或拉-剪共同破坏转变,使砂岩的强度明显增大,对煤和泥岩的强度影响较小;(2)端面摩擦对试样强度与破坏特征的影响存在阈值,50 mm×100 mm的标准煤、泥岩、砂岩试样的端面摩擦因数阈值分别为0.2,0.2,0.5;(3)端面摩擦引起的"裂缝三角形抑制区"与应力局部集中带是不同高度试样强度存在尺寸效应的主要原因。建议在进行室内单轴压缩试验时,采取减摩措施来规避端面摩擦效应。

    2021年03期 v.3;No.8 99-108页 [查看摘要][在线阅读][下载 1199K]
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  • 塌陷区公路路基沉降变形规律模拟

    张向阳;任尚磊;徐敏;周腾飞;

    针对塌陷区上方路基沉降变形问题,以淮南某浅埋厚煤层矿区为研究背景,通过相似模拟与数值模拟进行塌陷区上方不同等级公路铺设模拟,拟探究未支护条件下塌陷区公路路基沉降变形规律,为塌陷区公路的施工建设与后期运营维护提供相应理论依据。试验表明:公路建设等级较高易引起塌陷区活化,进而导致路基产生沉降变形,因此塌陷区公路建设应对其等级进行严格控制;路基垂直沉降主要产生于塌陷区中部位置,沉降保持较明显的整体性,破坏以路基离层为主;水平移动主要出现在塌陷区边缘处,破坏以集中式剪切破坏为主,且受采动影响近开切眼处路基变形破坏程度大于终采线侧;路基侧向变形表现为集中化、区域化,塌陷区边缘区外侧和中部路堤呈压缩变形,而在边缘区内侧路堤呈变形程度较大的鼓胀变形。

    2021年03期 v.3;No.8 109-116页 [查看摘要][在线阅读][下载 1179K]
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  • 阿尔哈达铅锌矿采空区群治理方案

    贾瀚文;裴佃飞;吴钦正;刘焕新;尹延天;董春蕾;

    针对阿尔哈达铅锌矿历史遗留的采空区群治理问题,基于三维激光扫描技术定性分析了采空区的稳定性,定量计算了各采空区的体积,并给出采空区充填顺序;采用室内试验的方式进行了充填体力学性能和充填浆体物理参数试验,试验结果表明:配比为灰砂比1∶6,质量浓度75%的充填体可以用于冬季低温时人工假底充填;配比为灰砂比1∶8,质量浓度75%的充填体可作为普通充填使用。采用液体静力水准仪对采空区群地表进行监测,监测结果显示地表最大累计沉降值约为8.5 cm,地表沉降趋于稳定,验证了采空区群治理方案的合理性。研究成果可为类似金属矿山大规模采空区群治理提供参考。

    2021年03期 v.3;No.8 117-123页 [查看摘要][在线阅读][下载 920K]
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  • 工作面煤壁振动信号分析

    刘泗斐;师鹏;万志军;吕嘉锟;卢帅峰;王业常;

    为研究综合机械化采掘设备工作对煤壁的扰动信号,探讨机械工作扰动对煤体破碎的作用,利用煤机装备试验系统采集了不同工况下煤壁的振动信号,采用希尔伯特黄变换对煤岩体受迫振动信号进行了模态分离和信号重构,并通过PFC2D模拟了煤壁振动信号对高能位煤岩的诱导破坏作用。研究结果表明:煤壁自振信号没有明显的载波特征,能量较低;采煤机直行割煤与斜切进刀扰动信号主要集中在低频阶段7~12 Hz,表现为低频诱导煤岩作用;低能量扰动能诱导高能位煤体发生破坏,有利于提高深部煤岩的破岩效率。研究结果对深部煤体低能耗截割理论的发展与完善具有重要意义。

    2021年03期 v.3;No.8 124-129页 [查看摘要][在线阅读][下载 1890K]
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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。

    2021年03期 v.3;No.8 130页 [查看摘要][在线阅读][下载 114K]
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