- 张淑坤1,2，王来贵2，杨浩杰2，陆 璐1
为缓解深部巷道“三高一扰动”极端复杂条件的不利影响，提出了巷道功能性支护概念，兼顾围岩支护稳定的同时，具备卸压、阻热抗渗等拓展功能。给出了巷道功能性支护的科学界定，将巷道支护演进历程划分为被动支护、主动支护、协同支护、功能支护等4个阶段，建 立了功能支护结构模型。基于初期制备的功能层充填材料，利用多场耦合数值模拟方法，从导热性、渗透性和卸压角度验证了功能性支护系统的可行性。通过对卸压、阻热、抗渗等拓展功 能的探讨及数值模拟分析，提出未来预设结构层材料以具备低导热性、低渗透性的泡沫混凝土等材料改良为突破口，拟基于多场耦合理论和能量守恒原理确定功能性支护系统能量匹配 关系，实现支护结构参数优化目的。同时，针对更为复杂条件下巷道功能性支护前景进行了展望。以深部巷道综合控制为着眼点，拓展了传统巷道支护功能，将为深部巷道支护提供新思路。
2023年01期 013012页 [查看摘要][在线阅读][下载 1399K] [官网下载次数：93 ] |[摘要阅读次数：35 ] - 郭星辰1,2，郭 军1,2,3，冯国瑞1,2，文晓泽1,2，戚庭野1,2，白锦文1,2,3，高 瑞1,2，钱瑞鹏1,2，朱林俊1,2
为了研究特厚煤层综放工作面煤-架结构及其承载机理，以塔山矿8216工作面为背景，根据煤体与支架的位置关系将其分为架前顶煤、架上顶煤和承载煤体，采用FLAC3D数值模拟软件分析了煤-架结构应力演化特征及煤体失稳破坏规律。结果表明：工作面超前支承压力峰值位于煤壁斜上方的架前顶煤中，顶煤破坏深度与超前支承压力峰值的超前距离基本相当，向控顶区侧呈“弧形”破坏形态。确定了煤-架结构对顶板来压承载能力的排序依次为架前顶煤＞承载煤体＞液压支架＞架上顶煤。承载煤体在围岩应力拱和顶煤的保护下破坏深度始终保持在近煤壁侧3 m内，已破坏煤体应力基本不受推进距离与支架工作阻力变化的影响。架上顶煤在顶煤冒放前后承载特性不同，进而引起整个煤-架结构承载特性的改变。放煤前后煤壁破坏深度分别为3 m和2 m，顶煤破坏深度分别为7 m和12 m。架前顶煤的失稳是发生端面冒顶的主要原因，煤壁侧承载煤体的破坏是煤壁片帮的直接原因。在围岩应力拱的作用下，顶板以架前顶煤为轴做回转运动并伴随着顶板、支架及超前煤体应力的动态变化，但煤-架结构的承载特性不会改变。研究结果可为特厚煤层综放工作面矿压灾害防控提供有益参考。
2023年01期 013022页 [查看摘要][在线阅读][下载 1471K] [官网下载次数：97 ] |[摘要阅读次数：40 ] - 张 浩1,2，伍永平1,2，解盘石1,2
层理发育型直接顶岩层结构非连续性导致承压力学性状复杂，作为“支架-围岩”系统中关键性中间媒介，其性状会直接影响围岩控制效果。为保证该类工作面安全生产，亟需探究层理发育型层状岩体承压力学性状演变规律。采用不同向加压力学试验及理论分析法，系统研究不同形式加压环境层理发育型层状直接顶原型试样压力传递、形变破坏演变规律及层间效应与其破坏响应机制，结果表明：层理发育型层状岩体轴向承压时纵向裂隙会在层面处间断或偏折，局部迹线呈梯阶状，层面处多会发育出小尺度径向裂隙，点、侧压下层状样体均发生由层间效应主导的片层式破坏，破坏状态与承压角正向相关，承压会沿层面偏转后穿层向下迁移，且会发生重复性压降，扩容形变呈跳跃阶段式变化，依次为缓增长、线性增长及陡向急增，层间效应作用方式与层理发育型层状岩体结构密切相关，多分层灰白色直接顶主要为偏转压力散播路径，而大层间距黑色直接顶为异化传压路径、影响结构稳定及破坏状态。
2023年01期 013011页 [查看摘要][在线阅读][下载 561K] [官网下载次数：86 ] |[摘要阅读次数：29 ] - 弓 昊1，李 铮2，胡皓宇2
我国东部矿区深埋薄基岩厚煤层的开采面临着许多技术难题。受工作面开挖卸荷效应的影响，覆岩将发生大变形非连续破坏，而上覆岩层的非线性破坏是导致厚冲积层中水沙涌入工作面的根本原因。为了确定煤层及覆岩的损伤程度范围以及渗透率的演化规律，采用现场实测与数值模拟手段，以超声波波速的分布规律定量表征煤壁的损伤程度范围，以覆岩塑性区的高度和体积表征覆岩的损伤程度范围，并对FLAC3D的渗流模式进行二次开发，分析工作面推进过程中覆岩及采空区渗透率的演化规律。研究结果表明：煤壁的损伤范围与超前支承压力峰值范围一致，6～7 m；覆岩塑性区的高度以及损伤程度随着工作面推进距离的增大而增大，当工作面推进至130 m时，覆岩达到充分采动，塑性区形状呈“马鞍”形分布；隔水层未破坏前岩体的渗透率与垂直应力呈负指数分布，隔水层破坏后高渗透率区域呈明显的分区现象，采空区岩体的渗透率随着冒落矸石的逐渐压实而降低。通过覆岩高渗透率范围的分布确定水沙渗流的主要区域，为赵固二矿14030工作面顶板突水溃沙的防治提供理论依据。
2023年01期 013023页 [查看摘要][在线阅读][下载 1216K] [官网下载次数：89 ] |[摘要阅读次数：16 ] - 夏 雨1,2，卢爱红1
充填开采技术不仅采出率高，而且能有效防止地表沉陷，维持采场稳定性，因此研究充填体受载时的力学特性与破坏特征具有一定的工程指导意义。开展了不同骨料粒径分布胶结充填体的单轴压缩试验和声发射监测试验，获得了粒径分布对充填体力学特性、声发射特征参数的影响规律及破坏特征。研究结果表明：随Talbot指数n的增大，胶结充填体的单轴抗压强度、弹性模量均呈先增大后减小的变化趋势，与峰值应变的变化规律相反。通过拟合分析得到充填体单轴抗压强度与Talbot指数n呈二次多项式关系，Talbot指数n在( 0.4～0.5 )间抗压强度达到最优。任意Talbot指数下，充填体加载过程中的声发射计数和能量均经历3个阶段：声发射平静期、低幅增长期和高幅增长期；充填体裂纹起裂和损伤应力随着Talbot指数的增大呈先增加后减小的变化趋势；裂纹起裂应力约为峰值应力的31%～45%，损伤应力约为峰值应力的74%～96%，两比值随Talbot指数无明显规律性变动，受自身性质影响较大。从宏细观角度分析了不同Talbot指数的胶结充填体的破坏模式，两者特征基本一致；由于不同骨料粒径的充填体试样的内部孔隙、裂隙等微观结构数目、排列不一，其破坏形式也不同。
2023年01期 013037页 [查看摘要][在线阅读][下载 845K] [官网下载次数：56 ] |[摘要阅读次数：28 ] - 杨丽荣，黎嘉骏，江 川，黄祥海
岩样破裂声发射信号中包含破裂关键时频信息，探究信号参数与岩样破裂前兆特征之间的关系对岩石工程灾害的预测具有现实意义。传统的伪维格纳分布( Pseudo Wigner-Ville Distribution，PWVD )算法能够通过对信号加窗来突出信号的局部特征，但是试验采集的信号一般是实值，直接运用PWVD进行时频分析可能会出现虚假频谱的情况。针对该问题，提出了一种基于Hilbert变换( Hilbert Transform，HT )的HPWVD时频分析方法对声发射信号展开时频研究。首先通过单轴压缩试验采集到钨岩、砂岩的破裂声发射信号；然后运用参数分析法对2种岩样累计振铃计数及累计能量的分布特征展开分析，并由此划分破裂阶段及确定破裂阶段临界点；最后运用HPWVD算法获取临界点前后的声发射信号的时频特征。研究结果表明，运用HPWVD算法对信号进行时频分析能够很好地消除虚假频谱的现象，并能准确获取临界点前后的时频信息，即岩样在破裂前的能量会在新的频段内重新分布与聚集，为岩样破裂预测提供了依据。
2023年01期 013015页 [查看摘要][在线阅读][下载 3070K] [官网下载次数：43 ] |[摘要阅读次数：24 ] - 王雁冰1,2，张瑶瑶1，聂俊文1，刘家烨1
通过在分离式霍普金森压杆装置上对含孔洞砂岩试件进行冲击试验，探究孔洞尺寸对砂岩动态力学性能的影响。基于试验结果，首先分析孔洞对砂岩岩样的强度和变形特性的影响规律；其次进行能量分析，揭示反射能量比、透射能量比和能量耗散比受孔径大小的影响；最后利用高速相机记录试件裂纹萌生、扩展、贯通直至破坏的全过程，探讨含不同孔径砂岩的裂纹扩展特征。试验结果表明，含孔洞砂岩岩样的力学参数( 峰值应力、峰值应变 )均显著低于完整岩样，降低幅度与孔洞直径密切相关，随着孔洞直径的增加，含孔洞砂岩的峰值强度与峰值应变均呈小幅减小趋势；在相同入射能量的条件下，随着孔径的增大，反射能量比增大，透射能量比减小，能量耗散率线性增大；随着孔径的增大，承受冲击加载后的试件其内部形成的贯通裂纹增多，试件的破碎块数也增多，且碎块尺寸减小。
2023年01期 013024页 [查看摘要][在线阅读][下载 759K] [官网下载次数：137 ] |[摘要阅读次数：29 ] - 陆 闯1,2,3，王元杰1,2,3,4，陈法兵1,2,3，李 岩1,2,3，夏永学1,2,3，刘 宁1,2,3
针对煤矿多类型冲击地压地音监测预警问题，基于冲击地压启动理论和现场地音监测数据，分析了不同类型冲击地压的失稳启动机制，得出冲击地压发生前煤岩体应力变化主要分为持续加载型、动静加载型和循环加卸载型3种；结合实验室煤岩体全应力-应变曲线与声发射监测数据，对煤岩体试件破坏前发生3种类型应力变化的地音前兆特征进行了细化研究，并通过现场实测数据，对3种不同类型冲击地压失稳破坏前地音活动演化规律进行了分析。结果表明：现场冲击地压发生前地音活动演化规律与实验室煤岩体试件破坏前地音前兆特征具有一致性。因此，基于地音监测技术的多类型冲击地压前兆特征研究可以对相应类型冲击地压灾害的防控实现不同程度的指导作用，为煤矿现场防控冲击地压灾害提供一定的理论支撑。
2023年01期 013026页 [查看摘要][在线阅读][下载 626K] [官网下载次数：20 ] |[摘要阅读次数：27 ] 下载本期数据