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  • 《采矿与岩层控制工程学报》2021年第4期全本

    2021年04期 [查看摘要][在线阅读][下载 22347K]
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  • 岩石三轴流变扰动效应损伤演化特征试验研究

    王波;陆长亮;黄子康;胡仕宇;

    为了从微观损伤角度建立不同围压下岩石是否进入"强度极限邻域"的判别标准,对红砂岩进行常规三轴流变扰动逐级加载试验,通过核磁共振手段对流变扰动前后岩石进行分析对比,得到不同围压下T_2谱曲线、孔隙率、孔径分布。试验结果表明:(1)不同围压下的岩石存在一个流变应力阈值,当岩石应力状态小于该阈值时,施加扰动载荷T_2谱曲线第1,2谱峰高度均无明显的变化;当岩石应力状态大于该阈值时,T_2谱曲线第1,2谱峰出现突增现象,且产生新的谱峰曲线,同时T_2谱曲线发生向右偏移现象,说明该应力阈值是判别岩石是否进入"强度极限邻域"内、外的界限;(2)不同围压下岩石存在一个"强度极限邻域"界限范围,当纵向应力小于该应力时,T_2谱曲线谱峰总面积在扰动前后变化不明显,当纵向应力大于该应力时,T_2谱曲线谱峰总面积明显增大,且出现第3个T_2谱曲线谱峰面积,说明处于"强度极限邻域"外的岩石损伤较小,不易产生流变扰动破坏,反之会加大岩石内部损伤,最终致使岩石发生扰动失稳破坏;(3)岩石在围压0.5 MPa时比围压1.5,3.0 MPa下先进入"强度极限邻域"范围,围压的存在提高了岩石长期强度,随着围压的增大损伤逐渐减小;(4)核磁共振成像图谱清楚地反映出"强度极限邻域"内、外岩石孔隙结构变化特征。

    2021年04期 v.3;No.9 5-14页 [查看摘要][在线阅读][下载 3039K]
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  • 循环荷载作用下红砂岩能量演化特征研究

    郭红军;季明;孙中光;周舟;

    岩石是一种非均质、各向异性的天然介质,由随机分布的晶粒和裂隙构成。结合红砂岩单轴循环加卸载试验,重新划分了加卸载过程中的应变能密度的组成,包括塑性应变能密度和弹性应变能密度,后者为裂隙应变能密度与基质应变能密度之和,旨在进一步探索红砂岩在循环荷载作用下的能量演化特征。研究结果表明:(1)随着应力水平的升高,各应变能均呈指数式增长,弹性应变能占主导,为60%~80%,其中基质应变能基本不低于70%,塑性阶段,二者增速降低;(2)将整个加卸载过程分为3个应力水平阶段:低于20%应力水平、20%~70%应力水平和大于70%应力水平,与岩石单轴载荷作用下的压密阶段、弹性阶段和塑性阶段具有一致性;(3)弹性能量指数整体呈先升后降趋势,在65%~75%应力水平时出现最大值,该应力状态下岩石启动岩爆的可能性增加,回弹变形指数整体呈降低—波动—升高—降低的趋势,反映岩石内部基质与裂隙在载荷作用下的变形特征。研究结果可为分析工程岩体稳定性及冲击危险性提供参考。

    2021年04期 v.3;No.9 15-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 1077K]
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  • 冲击载荷下加锚岩体抗剪力学特性

    山世昌;吴拥政;付玉凯;周鹏赫;

    为深入研究冲击载荷下加锚岩体抗剪力学特性,采用实验室试验的方法对2种锚杆材质的加锚岩体开展了不同冲击能量和预紧扭矩下的侧向冲击试验,分析了不同锚杆材质和预紧扭矩对加锚岩体在冲击载荷下抗剪力学性能的影响,监测了落锤冲击力-时程曲线,并利用高速摄像机捕捉了试样冲击变形的全过程。试验结果表明:加锚岩体冲击过程可分为落锤释放、锤岩下移和分离回弹等3个阶段。试样顶底面均为轴向剪切裂缝和伴随竖向裂缝;前面和背面均为腹剪斜裂缝和竖向裂缝;交界面裂缝以钻孔为中心向四周呈放射状分布,且上半部分裂缝数量明显多于下半部分,裂缝宽度多在10 mm以内。在一定范围内,中部混凝土块顶面和交界面破坏程度均随冲击能量的增大而增大,随预紧扭矩的增大而减小。锚杆受动态剪切会发生弯曲、径缩甚至断裂。在一定范围内,冲击能量越大,锚杆弯曲变形越大;预紧扭矩越大,锚杆抗冲击变形能力越强。CRM700型锚杆的抗冲击变形及破断能力均优于HRB500型锚杆,其能够显著提高加锚岩体的整体抗冲击性能。根据冲击力-时程曲线又可将冲击过程分为强冲击阶段、震荡阶段和衰减阶段。强冲击阶段时间仅1 ms左右,主要为锤头与试样发生接触;震荡阶段持续时间达10 ms左右,主要发生混凝土块的破裂失效和锚杆的弯曲变形。锚杆材质和预紧扭矩对加锚岩体在冲击载荷下的抗剪力学性能影响显著,使用CRM700型锚杆或施加适当的预紧扭矩均可提高加锚岩体的抗剪力学性能。

    2021年04期 v.3;No.9 24-33页 [查看摘要][在线阅读][下载 5502K]
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  • 基于大直径SHPB的岩石动态响应特征试验

    蒋志坚;孙赑;平扬;朱珍德;

    为研究巷道围岩在高应变率作用下的破坏特征,利用大直径分离式霍普金森杆(SHPB)加载系统,对岩样进行冲击压缩试验,探究岩石试样在大直径SHPB冲击作用下的动态响应特征和规律,研究结果表明:波形整形器采用橡胶垫片可以有效改善波形形状,减少波形弥散;岩石试样的动力增强系数与应变率提高系数呈正相关关系,具有显著的应变率敏感性特点;随着应变率的增加,破碎块度平均尺寸和能量利用率均降低;大直径SHPB冲击作用下,岩石试样的能量利用率较低,最高仅为10.10%。

    2021年04期 v.3;No.9 34-40页 [查看摘要][在线阅读][下载 433K]
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  • 不同加载路径条件下软弱夹层泥岩力学响应及变形规律

    张晓悟;徐金海;刘智兵;孙垒;

    原生岩体的整体强度由力学性质最弱的岩层决定。为了研究构造区域软弱夹层泥岩的力学特性及变形规律,设计了4种应力路径下的三轴压缩试验,分析了应力路径和围压对软弱夹层泥岩力学特性及变形规律的影响,提出了应力路径和围压作用下软弱夹层泥岩力学特性及变形规律表征参量。研究结果表明:(1)软弱夹层泥岩随着围压的增加呈塑性流动、应变强化的特性;(2)卸压极限承载强度可以表征不同应力路径下卸载过程中的岩石承载能力;(3)当卸载过程中轴向应力和径向应力均减小时,软弱夹层泥岩的径向应变最大、承载能力最弱;(4)卸载过程中,软弱夹层泥岩的变形特征符合恶化规律,且弹性模量和泊松比的恶化程度可以分别用一次、二次方程表征。

    2021年04期 v.3;No.9 41-50页 [查看摘要][在线阅读][下载 522K]
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  • 实验室煤体变形特征分析及弹性模量关联模型

    雷顺;高富强;

    煤体的弹性模量是煤体分类系统的输入参数之一。通过对实验室煤样基础力学参数筛选、挖掘,运用数理统计软件SPSS进行聚类分析,探究煤体各物理力学参数自身分布规律及相互之间的关系,在此基础上采用BP神经网络建立弹性模量关联模型。研究结果表明:煤体弹性模量与孔隙率呈负相关关系,随着孔隙率的变大煤体弹性模量减小,即煤体抵抗弹性变形的能力越低;随着泊松比的升高煤体弹性模量增大,即煤体抵抗变形的能力越强;高弹性能频发大多集中在弹性模量较低、孔隙率中等偏上的重叠区域。此外,按煤体抵抗变形能力分为4级:弱(0~3.6 GPa)、中等(3.6~5.5 GPa)、强(5.5~8.5 GPa)、非常强(8.5~12.8 GPa)。建立了基于煤体基础力学参数预测其弹性模量的关联模型以评估煤体的变形特征,煤体弹性模量预测值平均误差为6.3%,表明所提出的煤样弹性模量关联模型切实可行,可为煤岩体分类提供参考。

    2021年04期 v.3;No.9 51-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 401K]
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  • 含水率对弱胶结砂岩力学特征的影响规律

    李回贵;李化敏;许国胜;

    为了研究含水率对弱胶结砂岩力学特征的影响规律,以神东矿区大柳塔煤矿岩层中的砂岩为研究对象。首先对弱胶结砂岩进行了XRD,SEM,NMR观测,然后对含水率分别为0,2%,4%和6%的试样在RMT-150C力学试验机下进行单轴压缩试验。研究结果表明:弱胶结砂岩的孔隙率为20.29%,孔隙以中大孔为主,孔隙连通性好;黏土矿物以高岭石和绿泥石为主。含水率对弱胶结砂岩的应力-应变曲线、峰值强度和弹性模量都存在显著影响,峰值强度、弹性模量与含水率存在显著的负相关关系;含水率对峰值应变无显著影响。与干燥试样相比,含水率为2%,4%和6%试样的峰值抗压强度分别降低了20.76%,37.84%,49.01%,弹性模量分别降低了6.25%,31.65%,51.44%;随着含水率的逐渐增加,弱胶结砂岩的塑性逐渐增大。研究成果有助于进一步揭示神东矿区溃水溃沙的机理。

    2021年04期 v.3;No.9 60-66页 [查看摘要][在线阅读][下载 447K]
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  • 硬厚顶板下邻断层工作面不同推采方向应力特征分析

    王普;周海勇;万广绪;郑朋强;

    采场应力场及其动态演化对煤矿动力灾害(冲击地压、矿震等)诱导影响显著,尤其是处于地质条件相对复杂的工况。考虑坚硬厚层顶板和断层赋存条件,利用UDEC(Universal Distinct Element Code)数值模拟研究硬厚顶板下邻断层工作面不同推采方向应力分布及演化,分析推采方向对应力特征及其诱发冲击潜在危险主控区域的影响与差异。结果表明,断层切割形成断层煤柱与覆岩异形结构、断层倾向与阻隔效应,以及硬厚岩层持久悬空对采动应力及潜在冲击危险区均存在显著影响,主要表现为上盘工作面开采应力显著增强区主要处于本盘剩余断层煤柱中,仅在煤柱较小(10 m)时对盘呈现明显的应力升高,而下盘开采断层煤柱仍较大(60 m)时,应力显著增强区域就已转移至对盘煤岩体内并提升对盘冲击危险性。但无论上盘或下盘开采,当断层煤柱减至一定程度时,断层附近都将承受冲击潜在危险并明确其潜在危险区域,而后采用理论模型分析和现场微震监测验证断层切割硬厚岩层对采场潜在冲击危险的影响及应避免受断层切割的硬厚顶板大面积悬顶破坏的结论。研究结果可为类似条件下冲击地压预测及危险区域划分、工作面布设、开采顺序选取与断层煤柱留设等提供参考。

    2021年04期 v.3;No.9 67-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 758K]
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  • 不同工况下深部围岩分区破坏非连续变形试验研究

    段昌瑞;郑群;薛俊华;余国锋;罗勇;

    以淮南矿区-1 000 m为典型代表的深部地下开挖工程引发的支护难题越发突出。针对丁集煤矿-910 m西二11-2采区南轨道大巷实测发现的巷道分区破裂化现象,基于深部巷道围岩破裂机理与支护技术模拟试验系统,开展了4种工况下硐室的模拟试验研究,旨在获取最大荷载方向与硐室轴线垂直、斜交、平行条件下巷道围岩的受力与破坏特征,揭示深部巷道围岩发生分区破坏的条件。试验结果显示,模型拱顶、侧墙和底板周边径向应变均呈现拉应变,形成环状裂缝;在较大轴压作用下,巷道周边产生剪切破坏和拉伸破坏,但拉伸、剪切破坏区的形成不同步,拉伸破坏的速度远大于剪切破裂的速度,使周边岩体产生这种不连续且交替出现的环状裂隙区。直墙圆拱巷道发生分区破裂的特点为帮部呈现分层断裂,拱顶和底部呈现滑移型断裂。研究结果可为深部高地应力下巷道围岩的支护对策及优化提供参考。

    2021年04期 v.3;No.9 76-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 1267K]
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  • 矿井地下水库破碎岩体运移的DEM-CFD耦合分析

    张村;宋子玉;赵毅鑫;韩鹏华;滕腾;

    利用矿井采空区建设矿井地下水库有利于协调煤矿开采与矿区水环境保护利用。采空区垮落带作为矿井地下水库协同承载体与库容体,在矿井地下水库循环蓄放水过程中内部破碎岩体的运移直接影响垮落带孔隙率的分布与渗流特性。以矿井地下水库为工程背景,构建矿井水渗流的破碎岩体流固耦合模型,量化分析了垮落带孔隙率、破碎岩体半径以及流体流速对破碎岩体流体压力和运移的影响。在此基础上,借助PFC3D与Python进行了破碎岩体模型不同流体流速的DEM-CFD耦合数值模拟。研究结果表明:水渗流过程中对破碎岩体的流体压力由拖曳力与梯度压力组成,且在矿井水库工程背景下,梯度力可以忽略不计。垮落带孔隙率的增加,促使流体压力急剧减小,在垮落带孔隙率范围内对破碎岩体运移影响较小。流体压力随着破碎岩体粒径的增加呈幂函数式增加,但破碎岩体的增加同时造成重力的升高,使得破碎岩体移动所需的流体压力大幅度增加,进而造成破碎岩体越小越容易被流体携带。由于破碎岩体间接触应力的存在,使得流体很难打破原有的破碎岩体孔隙平衡结构。只有游离于破碎岩体结构孔隙内的小破碎岩体才能被流体携带,这对整体破碎模型孔隙率影响较小。研究结果有助于科学评估矿井地下水库蓄放水过程中垮落带孔隙率的演化情况。

    2021年04期 v.3;No.9 85-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 1300K]
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  • 麻地梁煤矿沟谷地形浅埋煤层矿压显现规律

    肖国刚;姚文博;

    为研究沟谷地形下浅埋煤层综采工作面矿压显现规律,以麻地梁煤矿507首采工作面地质条件为背景,利用矿压动态监测系统,对工作面内液压支架工作阻力进行监测,分析了该工作面进入浅埋深区域后的矿压显现规律以及沟谷垂深、沟谷坡角、冲沟切割系数对支架工作阻力的影响。研究结果表明:507工作面周期来压呈现明显的"分区性",来压主要体现在中部测区,上、下部测区来压特征不明显,总体来压次数少于中部;随着覆岩厚度的减小,来压步距增大,持续距离延长,动载系数亦有所增加。沟谷地形下,冲沟切割系数是影响支架阻力的主导因素,沟谷坡角次之。随着两者的增加,支架阻力增量均有所增大。冲沟切割系数大于0.65时,支架工作阻力增量超过10%;冲沟系数为0.40~0.65时,支架工作阻力增量为5%~10%;冲沟切割系数小于0.40时,支架工作阻力增量小于5%。

    2021年04期 v.3;No.9 96-103页 [查看摘要][在线阅读][下载 547K]
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  • 煤样力学行为的结构敏感特性及干预机制试验研究

    李海涛;彭然;杜伟升;李晓鹏;张宁博;

    冲击地压的形成过程极为复杂,但本质是弹性能的大量积聚和剧烈释放。明确影响能量演化过程的客观要素和干预机制,将为指导实际防控工作提供基础认知。通过CT扫描重构了具有真实分布特征的煤样数值模型,并基于力学行为和加载环境密切相关的事实,开展了不同加载速率模拟试验。研究结果表明,应力环境变化时,相较于强度较小的煤基质,强度较大的夹杂质对于屈服、应力集中等响应表现出了更为显著的吸引作用,而屈服较晚的单元体在积聚弹性变形能的同时,整体逐渐形成了具有承载能力的空间骨架,并指出夹杂质、承载骨架或其他能够破坏介质均匀性的结构性要素,其空间分布模式对于能量或应力分布具有潜在控制作用。基于含人造结构面试样开展的不同加载速率力学试验验证了该结论,并提出有目的的人工形成特定的结构模式可实现对于煤岩宏观力学行为的选择性控制,进而为冲击地压的量化防控提供参考。

    2021年04期 v.3;No.9 104-111页 [查看摘要][在线阅读][下载 1758K]
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  • 基于理论和现场探测相结合的冲击危险性评价方法

    夏永学;冯美华;王书文;陆闯;

    针对综合指数法和多因素耦合法在进行冲击危险性评价时存在临界突变和权重量化困难等问题,通过因素分类、指数叠加和归一化处理,建立了改进的综合指数方法;针对理论结果易受煤矿井下工程隐秘性、复杂性和多变性的影响,可能出现结果失真的问题,建立了基于现场CT探测的冲击危险评价指标和模型,并将理论和现场探测方法相结合,建立了冲击危险静态综合评估指标和方法,并进行了现场应用,效果良好。

    2021年04期 v.3;No.9 112-119页 [查看摘要][在线阅读][下载 514K]
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  • 煤层夹矸赋存区应力分布特征及微震活动规律

    宋解放;陆菜平;李振武;欧阳广臣;曹先敏;周法乐;

    夹矸赋存破坏了煤层的连续性,不仅影响了工作面的采出率,而且在采动压力作用下夹矸较易发生滑移失稳。为了保证采煤工作的安全高效,以运河煤矿C5301含厚层夹矸工作面为例,分析了动-静载条件下煤层夹矸赋存区围岩应力分布特征及微震活动规律。研究表明:含夹矸工作面煤壁前方会形成"双峰值"应力区,即超前支承压力区与夹矸厚度变化形成的低支承压力区,通过分析不同条件下煤壁前方"双峰值"支承压力不均匀叠加前后应力增幅趋势,从而预测工作面回采过程中应力集中情况,同时分析了坚硬顶板破断产生的冲击动载对夹矸厚度变化区剪切应力的影响,根据现场微震事件时域分布及动力响应特征验证了研究内容的合理性。通过对含夹矸煤层的应力分布特征规律进行深入研究,为含夹矸工作面冲击地压防治提供了参考。

    2021年04期 v.3;No.9 120-128页 [查看摘要][在线阅读][下载 2509K]
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  • 基于倾斜摄影测量的露天矿数值模型重构与计算实例

    刘阳晓;朱万成;刘文胜;刘溪鸽;王江梅;

    针对露天矿的三维数值建模,传统方法通常具有精度低、成本高及周期长等缺点,极大地限制了露天矿的大尺度精准数值计算。随着无人机技术的发展,可利用倾斜摄影测量方法快速构建高精度露天矿三维实景模型,但是囿于数据量庞大且冗余,导致其无法直接用于数值计算。针对倾斜摄影得到的大孤山露天矿模型,采用直通滤波方法获得等高点云、利用数字图像处理技术规则化等高线,再借助Rhino~?软件重构实体模型并划分网格,最终建立了大孤山露天矿数值计算模型,从而实现大尺度三维实景模型到数值计算模型的高效、精准转换。该方法可为露天矿的数值建模提供参考。

    2021年04期 v.3;No.9 45-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 1212K]
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  • 采矿与岩层控制工程学报 2021年 第3卷 总目次

    <正>~~

    2021年04期 v.3;No.9 53-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 218K]
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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04期 v.3;No.9 57页 [查看摘要][在线阅读][下载 114K]
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