- 黄庆享;张谦;贺雁鹏;陈苏社;王庆雄;
为了揭示浅埋近距离煤层工作面过平行煤柱开采动载传递特征及强矿压机理,以榆家梁煤矿43207工作面为工程背景,采用现场实测、物理模拟、理论分析相结合的方法,研究了煤柱覆岩“倒梯形”结构随下部间隔岩层的运动及其载荷传递特征,分析了超前支承压力和支架载荷的转化规律,建立了“煤柱-间隔岩层台阶岩梁”耦合结构力学模型,得出了强矿压瞬间和顶板切落稳定后的支架载荷计算公式。研究结果表明:煤柱覆岩“倒梯形”结构的集中应力和载荷主要集中于煤柱后段,后段集中载荷是导致工作面过煤柱强矿压的根源;工作面进煤柱初期,煤柱应力表现为双峰;临近出煤柱时,应力集中为单峰,位于煤柱后段。工作面出煤柱4 m后,煤柱后区的超前支承应力系数达到峰值6.00,间隔层开始产生超前裂隙;出煤柱5 m时发生强矿压,煤柱应力下降43%。强矿压期间,煤柱应力传递至煤柱下7 m层位(间隔岩层关键层中部)下降了39%,表明顶板结构承担了相当大的载荷。基于间隔岩层台阶岩梁结构的理论计算,得出强矿压瞬间的支架载荷计算公式,按照煤柱平均应力计算得出支架载荷为22.9 MN/架,按照强矿压时刻煤柱后段应力计算得出支架载荷为24.1 MN/架;煤柱传递至支架的载荷仅为煤柱总载荷的12%～18%,仍超过现场支架额定工作阻力9.2 MN/架。因此,为防止压架,支架额定工作阻力需达到15 MN/架,或者对煤柱及间隔岩层结构进行处理,以保证安全开采。研究结果可为类似条件工作面过平行煤柱开采提供参考。
2024年05期 v.6;No.26 4-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 1427K] [官网下载次数：0 ] |[摘要阅读次数：0 ] - 徐刚;张震;张春会;范志忠;卢振龙;黄志增;陆闯;薛吉胜;王传朋;陈法兵;李岩;刘前进;李正杰;孙晓东;蔺星宇;马镕山;
从岩层控制理论、监测预警技术及装备、矿压规律及数据分析、防控手段等方面系统地阐述了当前我国煤矿开采工作面顶板灾害方面的研究现状。当前工作面顶板灾害依然是制约我国煤矿安全生产的重要因素,近两年来无论是顶板灾害起数还是伤亡人数,均呈明显上升的趋势,顶板灾害防控依然严峻。在矿压基础理论研究方面,国内科研人员相继提出了“砌体梁”、“传递岩梁”、“组合悬臂梁–铰接岩梁”、“切落体”和“分区支撑理论”等力学结构模型,明确了不同岩层赋存条件下顶板灾害致灾机理;在顶板灾害监测预警方面,我国煤矿已经开始摆脱传统单一的近场矿压监测,逐步向工作面近、远场顶板状态联合实时监测、动态感知、协同预警发展,实现矿压监测系统监测近场支架工作阻力、顶板下沉量、煤体应力等,微震监测系统监测工作面远场上覆岩层顶板断裂位置和能量大小;在矿压规律及数据分析方面,总结了浅埋深、坚硬顶板、非坚硬顶板不同围岩赋存状态下工作面矿压规律,明确了各条件下支架工作阻力的增阻特性;在顶板灾害防治方面,针对不同围岩赋存条件下易发生的顶板灾害类型,形成了相对应的顶板灾害防治技术,针对矿压显现较强烈,容易发生顶板灾害的坚硬顶板矿井,通过顶板深孔爆破、浅孔水力压裂、井下定向区域水力压裂、地面水力压裂等技术,有效地预防了顶板灾害的发生。总体而言,我国工作面顶板灾害防控理论及技术体系仍在不断完善,随着新技术的不断发展和智能化矿井的建设,顶板灾害的智能预警及联动防控将获得更大的发展。
2024年05期 v.6;No.26 16-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 2168K] [官网下载次数：0 ] |[摘要阅读次数：0 ] - 张俊文;吴少康;宋治祥;范文兵;董续凯;张杨;贾毅超;吴旭坤;陈志松;张际涛;肖兵;
为研究纤维及橡胶含量对矿用水泥基材料性能的影响,采用水灰比0.34及不同种类纤维、橡胶含量制备的水泥砂浆,制作试验试件。利用MTS压力试验机对养护好的试件进行单轴压缩试验。试验结果表明:无纤维及掺入纤维14 d龄期试件抗压强度均可达到30 MPa,28 d时有少许上升;随着橡胶取代率的增加,试件抗压强度均明显减小;无纤维试件峰值应变在28 d时随着橡胶取代率的增加总体呈先减小后增大再减小的趋势;掺入2%聚乙烯纤维的试件,韧性明显增加;掺入2%钢纤维的试件,抗压强度明显增加;试件输入能、弹性能及耗散能增长率同橡胶取代率及纤维掺量的增加分别呈弱化和增强效应;随着橡胶取代率的增加或钢纤维的掺入,耗散能步长存在不同程度的增长,弹性能释放率显著降低,试件抗裂性能更佳;按材料性能将水泥基材料划分为高延性、高强度、高韧性、防冲击性及耐久性等5种类型研究,且对材料性价比进行了分析。研究结果可为改进水泥基材料性能、优化材料配方提供参考,为煤矿现场使用高韧性材料工程实践和可持续发展提供技术支持。
2024年05期 v.6;No.26 42-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 2515K] [官网下载次数：0 ] |[摘要阅读次数：0 ] - 罗战友;付秀祥;杜时贵;刘广建;黄曼;雍睿;
含软弱夹层倾斜结构面的剪切特性与倾斜角、充填度密切相关,为了获得具有起伏形貌的含软弱夹层倾斜结构面的剪切特性,采用多功能岩土体接触破损测试系统,开展了针对起伏形貌的含软弱夹层倾斜结构面试样的直剪试验。试验结果表明:(1)不含软弱夹层的倾斜结构面剪应力–剪切位移曲线具有峰值剪断特征;含软弱夹层倾斜结构面剪应力–剪切位移曲线具有滑动破坏特征。(2)充填度不同时,倾斜结构面法向位移随剪切位移增大而增大,变化率逐渐增大并趋于稳定,呈剪胀效应特征;倾斜角不同时,结构面法向位移均随着剪切位移的增大而增大,并且法向位移前期增长率明显小于后期增长率。(3)倾斜结构面抗剪强度随充填度的增大呈负指数减小;随倾斜角和法向应力的增大近似呈线性增大。(4)考虑软弱夹层材料、充填度及倾斜角对抗剪强度的影响,在Barton抗剪强度模型的基础上,建立了适用于含软弱夹层倾斜结构面抗剪强度模型。研究成果可为工程岩体稳定性评价提供参考。
2024年05期 v.6;No.26 57-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 1332K] [官网下载次数：0 ] |[摘要阅读次数：0 ] - 娄金福;卢志国;董双勇;付玉凯;彭相愿;李建忠;杨磊;
为定量探究循环冲击下锚杆支护系统动态响应特征,采用自主研制的冲击试验平台对锚杆支护系统进行5 000 J能量循环冲击,并同步跟踪锚杆杆体变形、载荷、吸能及围岩破碎特征等参数信息。试验结果表明:随循环冲击次数的增加,杆体响应时间差先快速降低再缓慢增大,杆体载荷和能量吸收特征参数均先增大后下降,三者均在第2次冲击时达到极值;循环冲击下锚杆杆体晶格结构被拉伸,导致杆体抗变形能力增强,因此等能量冲击下杆体峰值变形量呈降低趋势,但杆体变形速率在第2次冲击时达到最大值;首次冲击使围岩层间空隙压实,完整性提高,承载能力增强;第2次冲击时,杆体载荷、变形及吸能特征等各项参数达到最大值;越靠近巷道表面的围岩,破碎程度越高,裂隙分布越复杂,与现场实测结果相吻合。研究成果可为优化动载巷道支护设计提供参考。
2024年05期 v.6;No.26 68-79页 [查看摘要][在线阅读][下载 1286K] [官网下载次数：0 ] |[摘要阅读次数：0 ] - 刘少伟;牛帅;贺德印;李旭泽;张玮钰;
由高强度低松弛预紧力钢绞线制成的矿用锚索与树脂胶结合可提供强大预应力,加固巷道围岩和顶板破碎煤层,但在顶板淋水条件下,锚索自由段相比锚固段更易发生材料腐蚀致断裂失效显现。通过理论分析明晰了受腐蚀锚索自由段在拉伸作用下裂纹扩展致断裂机制,结合实验室试验与数值模拟探寻了矿用锚索在高矿化度矿井水淋水环境下腐蚀断裂特征,及蚀坑深度、表面腐蚀率与锚索自由段延伸率、极限载荷的相关性。研究结果表明:锚索自由段在拉伸作用下受环境因素影响表面产生蚀坑后,在蚀坑尖端出现应力集中,并衍生呈裂纹扩展致脆性断裂,其延伸率与蚀坑深度成负相关;锚索极限载荷降低的主要影响因素为腐蚀率,其与腐蚀率成负相关;锚索自由段腐蚀程度为30%,表面蚀坑深度小于0.5 mm时, 19股结构锚索承载力优于相同直径的7股锚索;蚀坑深度大于0.5 mm时, 7股结构锚索承载力实现反超。
2024年05期 v.6;No.26 80-93页 [查看摘要][在线阅读][下载 5635K] [官网下载次数：0 ] |[摘要阅读次数：0 ] - 赵洪宝;荆士杰;李作泉;刘超;张鸿伟;侯玮;李新潮;
为了研究高应力区煤体在放顶煤开采方式下的应力场-渗流场的耦合演化规律,以横观各向同性下的火柴棍模型为基础,构建了由煤基质和裂隙组成的弹性系统,建立了三向应力条件下煤体渗透率演化规律模型,并结合采场应力场空间分布规律,构建煤层增透率空间分布模型。在改变围压、轴压和气体压力的条件下,将渗透率模型和室内试验结果对比,并将增透率空间分布模型与顺层抽采钻场的瓦斯抽采相关数据对比分析,结果表明:煤体渗透率随载荷与气体压力的增加而减小,并呈指数型;渗透率模型可以较好地定量描述煤体渗透率在加卸载条件下的变化,与多组试验数据的相关系数和拟合优度均大于0.9;增透率空间分布随距离增大呈指数下降,可分成4个阶段:原岩稳定阶段、增压降低阶段、卸压增加阶段、破坏稳定阶段;根据增透率模型和现场数据对比,煤层在卸压增加阶段和破坏稳定阶段处于增透状态,煤层增透范围Lr=55.62 m;煤层增透率模型可以较好地描述煤层增透率的空间分布规律,其与现场数据的相关系数和拟合优度均大于0.96。
2024年05期 v.6;No.26 94-106页 [查看摘要][在线阅读][下载 1384K] [官网下载次数：0 ] |[摘要阅读次数：0 ] - 刘玉宾;朱斯陶;张修峰;王绪友;李增强;周均忠;张斌;王高昂;
针对厚煤层掘进工作面底煤爆破断底卸压后仍发生冲击地压的现象,以新疆硫磺沟煤矿厚煤层掘进工作面为工程背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟等方法,对厚煤层掘进工作面强震动诱发底煤卸压失效机理进行研究。研究结果表明:由于掘进导致围岩卸荷过程中煤体剪切破坏产生强烈震动,震动波能量主要被松散底煤吸收,最终导致底煤发生冲击;提出了强震动诱发底煤卸压失效的能量判据,基于此计算得到硫磺沟煤矿厚煤层掘进工作面底煤抛出高度=1.26 m,验证了理论分析的准确性,同时得到卸压底煤冲击的临界震源能量h_c=13.7 k J;最后通过FLAC~(3D)模拟了不同震源能量对卸压底煤的扰动效应,得到当震源总能量为22, 32, 42 k J时,底煤最大垂直速度分别为4.32, 6.91, 16.65 m/s,底煤最大位移量分别为0.11, 0.57, 1.40 m;底煤垂直速度随着震源总能量的增加不断增大,随着动载作用时间的增加呈现先迅速增大后迅速减小最后衰减为零的趋势;底煤位移随着震源总能量的增加而增大,随着动载作用时间的增加其增大趋势逐渐变缓,在动载作用时间为3/5个周期时达到最大值,辅助验证了理论分析的准确性。
2024年05期 v.6;No.26 107-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 1434K] [官网下载次数：0 ] |[摘要阅读次数：0 ] - 牛艳奇;陈泰龙;胡相捧;商德勇;李占平;薛卓;
针对液压支架的适应性评价缺乏量化指标的问题,以淮南矿区口孜东煤矿的千米深井软岩大采高俯斜采煤工作面的地质条件为研究对象,建立了四柱和两柱支架的“支架–推移千斤顶”承载稳定性力学模型,得到了两种架型临界载荷的一般形式及推移千斤顶参与支架力学平衡的判定准则。提出了衡量液压支架与顶板和底板适应性的双量化评价指标,指导研制了适用于该煤矿的ZZ18000/33/72D型大采高四柱液压支架,采用理论分析和数值计算对比了两种架型的适应性,并进行了现场试验。结果表明:支架与顶板的适应性指标越大及支架与底板的适应性指标越小,则支架的适应性越强;指导研制的ZZ18000/33/72D型大采高四柱支架对顶板适应性、底板比压及对安全阀的控制性等方面明显优于两柱支架,临界载荷曲线更适应该场景的顶板载荷特征。该支架与顶板和底板的适应性良好,未出现影响工作面安全和正常回采的大面积片帮及冒顶,底座也未发生陷入底板的现象。研究结果可为液压支架的适应性设计和评价提供量化参考。
2024年05期 v.6;No.26 119-131页 [查看摘要][在线阅读][下载 1378K] [官网下载次数：0 ] |[摘要阅读次数：0 ] - 于美鲁;王中文;刘瑜;李春元;李政岱;王鲁瑀;
针对松散层第四含水层突水灾害防治问题,以岩层控制的关键层理论和中厚板理论为基础,对松散层第四含水层水压与主关键层之间的破断运移规律进行研究。统计并分析了6个典型厚松散层矿区的18个矿井松散层第四含水层水压、松基比及松散层厚度之间的关系,发现松基比和松散层厚度与松散层第四含水层水压之间呈显著的正相关。通过中厚板理论分析了不同松散层第四含水层水压条件下关键层破断力学机理,得出随着松散层第四含水层水压的增大,关键层破断力学因素由拉破断转化为剪破断。数值模拟分析验证了,随着水压的增加,剪应力占比逐渐增大,且关键块之间的结构也由连续且稳定砌体梁结构转换为非连续易失稳的台阶岩梁结构。松散层第四含水层水压的增大可能促使采空区原本稳定的砌体梁结构转化为台阶岩梁结构,促进导水裂隙带的发育。同时,在关键层岩块结构中出现了砌体梁与台阶岩梁共存的现象。不同松基比岩移边界线具有明显的“类指数曲线”特征,随着松基比的增加,岩移边界线由“直线”转化为“类指数曲线”,且工作面推进过程中的覆岩运移具有明显的分区特征。
2024年05期 v.6;No.26 132-147页 [查看摘要][在线阅读][下载 1973K] [官网下载次数：0 ] |[摘要阅读次数：0 ] - 陈璐;余茜;罗容;周子龙;曾铃;郭一鹏;
柱式采空区中矿柱失稳极易诱发地表塌陷、坡体滑移等灾害。本文基于西南矿区典型案例分析,结合物理模型试验和数值模拟等研究,对矿柱逐渐弱化失稳条件下覆岩运移规律、边坡变形破坏特征及失稳滑移机理进行了研究。研究结果表明:矿房开采后,坡体内部应力重分布,采空区边界及矿柱会形成应力集中区,坡脚下方局部采空区顶板垮落。当矿柱劣化导致其不能承受上覆岩层的荷载而失稳时,采空区顶板开始弯曲下沉;在重力作用下,坡内裂缝自采空区边界向上覆岩层扩展,采空区上方形成“坍落拱”;当坡内产生贯通的竖向拉伸裂纹后,裂纹右侧岩体产生倾向坡外的位移,坡脚岩体受其上覆岩层的压缩及下方采空区顶板剪切变形的共同影响而逐渐破碎,坡体中下部破碎岩体被挤压向外运动,诱导了坡体出现溃屈式滑塌。总体上,矿柱逐渐失稳诱导边坡滑塌过程可分为采空区顶板坍塌阶段、形成贯通裂纹阶段、坡体倾倒失稳阶段和溃屈解体阶段。
2024年05期 v.6;No.26 148-163页 [查看摘要][在线阅读][下载 2027K] [官网下载次数：0 ] |[摘要阅读次数：0 ] <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。
2024年05期 v.6;No.26 164页 [查看摘要][在线阅读][下载 124K] [官网下载次数：0 ] |[摘要阅读次数：0 ]