采矿与岩层控制工程学报

矿山充填体多尺度力学机制与流固耦合特性研究进展

深部煤层CO₂封存与煤层气强化开采研究进展及展望

基于砂型3D打印的煤岩体物理重构与巷道模型试验研究进展

煤矿深部软岩巷道钻孔卸压技术研究进展综述

基于FIMI-Lite指数的煤基充填材料冲击缓释机理与增韧定量表征评价研究

基于雾气分级与域间差异的采掘工作面图像去雾方法

真三轴应力下复合煤岩力学行为与能量演化特性研究

含冰裂隙砂岩力学行为及D-P强度准则修正

冻融循环作用下青砂岩动态断裂特性与断裂过程区演化机制研究

不同骨料粒径分布下矸石胶结充填体力学特性及能量耗散规律研究

裂隙演化视角下厚硬岩层破断主导超大采高采场覆岩垮落运移机制

软岩巷道锚索多段扩孔树脂锚固增强技术研究

厚硬直覆型顶板沿空巷道变形破坏机制与“卸–固”协同控制

坚硬顶底板煤层煤柱失稳机理及控制技术研究

薄煤层坚硬顶板迎采对掘沿空巷道失稳机理及控制技术研究

榆神府矿区多煤层重复采动覆岩裂隙带高度预测研究

西部矿区采动裂缝多维度量化表征与协同控制技术

急倾斜特厚煤层诱冲因素演变规律研究

深部厚硬复合砂岩顶板区域压裂卸压防冲技术及应用

《采矿与岩层控制工程学报》征稿简则

极近距离煤层上行开采覆岩破坏规律与岩层稳定控制技术

煤层群上行开采传统要求层间距至少大于4～5倍的下层煤采高。而极近距离煤层上行开采时，上层煤顶底板受下层煤采动冒落带影响，造成岩层松散破碎，上层煤采掘时极易诱发围岩二次失稳，导致顶板急剧垮落及底板断崖式下沉。因此，极近距离煤层上行开采(冒落带内上行开采)是当前煤层开采领域亟须解决的核心技术难题。为研究极近距离煤层上行开采覆岩破坏规律以及针对性的岩层稳定控制技术，以山东能源郭屯煤矿113_上01工作面为研究背景，采用理论分析、数值模拟及现场实测等方法，研究不同层间距条件下的下层煤采后冒落带高度及冒落带内覆岩破坏横向“三区”分布，提出基于注浆加固的冒落带内上行开采岩层控制方法，并进行了工程应用。结果表明：下层煤开采后，覆岩垮落形成采后冒落带内覆岩破坏横向“三区”，分别为：悬顶区、裂隙破坏区及压实区；根据数值模拟结果与实际层间距变化确定了走向悬顶区和裂隙破坏区的宽度分别为11.5 m与46 m，倾向悬顶区和裂隙破坏区的宽度分别为9.5 m与55 m；采用井下垂直注水探高法实测得到了冒落带高度值及冒采比，结合数值模拟结果最终确定了下层煤采后冒落带高度为8.3 m，冒采比为2.36；基于采后冒落带内覆岩破坏横向“三区”分布及冒落带高度，提出了工作面分区注浆加固方案，有效保障了冒落带内上行开采的顺利实施，取得了良好的工程应用效果，研究成果可为相似条件下极近距离煤层上行开采提供参考。

多场耦合环境透明化大尺度多功能试验系统研制与应用

随着资源开发与地下工程不断向深部拓展，深部岩体多场耦合作用机理及其灾变特征已成为影响资源安全高效开采的关键问题。为系统研究深部岩体在多场耦合作用下的响应规律，自主研制了多场耦合环境透明化大尺度多功能试验系统，该系统由环境腔室、温度控制系统、渗流系统、耐高温声发射监测与波速场透明成像模块、多通道数据采集模块组成，并可与大尺寸岩体三向五面试验平台配合使用。通过独立或协同地模拟岩体所处的应力、温度及渗流环境，实现对较大尺度试样在多场耦合作用下响应过程的多参数监测，并依托波速场透明成像模块实现多场耦合作用下岩体内部损伤与结构演化全过程的“透明化”动态观测与表征。具体地，系统可在环境腔室内实现试样的实时加热，并支持恒温、变温及循环加热等多种温度控制模式；基于模块化加载连接块与垫块设计，支持单轴/双轴压缩、倾斜剪切及水平剪切等多种应力路径模拟；通过渗流控制系统能够精确调控流体注入参数，模拟岩石局部流体作用、高温高压条件下的热-水-力耦合及流动换热等过程。基于该试验系统，开展了实时加热条件下的单轴压缩及双轴加载注水换热试验，验证了试验系统的可行性。该试验系统可为深入研究深部岩体稳定性、热-水-力耦合作用机理、地热开采效率优化和工程风险控制提供有效的试验手段与技术基础。

水-力耦合下细砂岩裂纹发育非线性交互机制研究

为揭示深部含水细砂岩在水-力耦合作用下裂纹发育的非线性影响机制，采用单轴压缩试验、PFC^3D颗粒流数值模拟与DIC数字散斑监测技术，系统研究不同含水率与应力状态(围压)条件下细砂岩的宏-微观破坏特征及裂纹演化规律。结果表明：随含水率由干燥向饱和增大，细砂岩破坏模式由“多级分叉张拉破坏”经“剪切-张拉复合破坏”演化为“单一主裂纹脆性板裂”，裂纹萌生阈值由峰值强度的约40%降低至25%。围压能够抑制裂纹分叉并提高剪切裂纹比例，但其强化效应随含水率升高显著衰减。半饱和状态下，含水非均匀性形成的“硬-软交替结构”使结构性剪切效应突出，单轴条件下剪切裂纹占比(64%)已接近低围压5 MPa时的水平(68%)，表明水-力耦合效应并非简单线性叠加，而呈现复杂的非单调交互特征。饱和状态下，孔隙水压力通过降低有效应力并加剧裂纹尖端张应力集中，部分抵消围压约束，使试样在高围压下仍保持脆性板裂特征。研究成果揭示了含水率-应力环境对裂纹类型占比及能量释放路径的非线性交互机制，可为深部富水巷道围岩稳定性评价与支护设计提供理论参考。

覆岩离层注浆流动路径及隔浆层稳定性双判据研究

覆岩离层注浆减沉技术是矿区地表建（构）筑物保护的关键技术之一，通过向覆岩离层注入浆液，起到填充与支撑作用，从而削弱关键层下沉及地表沉降。然而，工程实践中注浆浆液流动路径失控常导致注浆量超设计值并引发工作面渗漏涌水，同时隔浆层稳定性作为保证浆液赋存与控制流动的关键环节，其判定不精确会加大井下安全风险。针对上述问题，采用理论分析、室内试验和现场监测等方法，提出隔浆层稳定性“力学-渗流”双判据模型，研究离层注浆浆液潜在流动路径及隔浆层稳定性判定的问题。通过理论分析明确不同地质条件下浆液潜在流动路径及流失机制；基于隔浆层受力变形特征与达西定律，计算其最大弯曲下沉值和下方自由空间高度，引入渗透系数并计算浆液泌出水渗流速度，从力学与渗流双维度评估隔浆层稳定性。通过室内试验确定浆液在不同浓度条件下的泌水率和黏度指标，并基于泌水率估算泌水总量。以某矿11030工作面为工程实例，应用该模型对隔浆层稳定性进行评价，有效预测了井下涌水风险。通过对涌水水质与相邻工作面回采涌水情况分析，证实部分涌水来源于浆液泌出水，进一步验证了所提出模型的有效性和适用性。本研究为覆岩离层注浆工程的参数优化及安全施工提供了理论依据与实践参考。

双层结构底板塑性滑移破坏机理及应用研究

煤层底板采动破坏特征受岩性组合结构的影响较为显著。针对由力学性质迥异的上、下两层岩体构成的广泛赋存于华北型煤田的典型双层结构底板，传统单一岩层模型难以准确表征其破坏特征，因此揭示复杂底板岩层结构破坏机理极为关键。本文将埋深及采高等开采因素引入塑性滑移破坏理论，揭示了开采条件对复杂结构底板塑性滑移破坏深度及形态的影响机理，并结合算例量化了岩层结构对底板破坏深度的制约作用。建立了考虑采空区岩体垮落压实过程对底板应力环境调整作用的数值模型，明确了底板破坏形态主要为剪切破坏，底板应力调整过程不改变底板破坏形态；明确了不同赋存类型底板的采动破坏特征，掌握了岩性及厚度对底板破坏的影响规律，得到了底板采动破坏主要取决于软岩的层位及厚度。最后，对比现场实测得到的底板破坏深度，理论分析、数值模拟计算结果相对误差分别为-6.8%、6.9%，验证了模型的科学性和可靠性。研究成果可为近距离煤层、承压水上煤层安全开采等所涉及的底板稳定性控制及风险防控工作提供理论支撑。

我国煤炭开采与岩层控制技术发展40a及展望

开采方法与装备及岩层控制技术是保证煤炭正常生产的核心技术。介绍了改革开放40 a来我国采煤方法与装备、岩层控制理论与技术、特殊采煤与矿区生态环境保护技术的发展历程。基于煤炭科学研究总院开采研究分院主持和参与的科研项目,总结了40 a来煤炭开采与岩层控制技术取得的研究成果。包括薄及中厚煤层、厚煤层一次采全高综采技术与装备,厚及特厚煤层综采放顶煤开采技术与装备,及智能化开采技术与装备;采场覆岩运动与破断规律,岩层结构假说,液压支架与围压相互作用关系,及坚硬和破碎顶板控制技术;巷道锚杆支护理论与成套技术,破碎围岩注浆加固技术,及高应力、强采动巷道水力压裂卸压技术;冲击地压发生机理,冲击危险区域评价技术,冲击地压实时监测、预警及综合防治技术;开采沉陷理论,建(构)筑物下、近水体下、承压水上开采等特殊采煤技术,及矿区生态环境保护技术。40 a的研究与实践表明,我国煤矿已形成具有中国特色的煤炭开采与岩层控制成套技术体系,为煤矿安全、高效、绿色开采提供了可靠的技术保障。最后,提出了煤炭开采与岩层控制技术的发展方向与建议。

煤矿巷道围岩注浆加固技术的现状与发展趋势

对煤矿巷道围岩注浆方法分类、注浆加固作用与注浆理论、注浆加固材料的类型与物理力学特性、注浆参数的选择与工艺及注浆质量检测方法等进行了较为详细地论述与分析。通过2个应用实例,介绍了水泥注浆与化学注浆加固的应用条件、注浆加固设计及注浆效果评价。最后针对注浆加固存在的问题,提出了巷道围岩地质力学测试与评估、注浆理论、材料、工艺及监测方面的发展方向。

综放开采覆岩“两带”高度的计算公式及适用性分析

当前所依据的《三下采煤规程》中没有预计综放开采工作面覆岩破坏高度的经验公式,为了合理留设特厚煤层综放开采工作面露头区安全保护煤岩柱,有必要建立适用于综放开采工作面覆岩导水裂缝带和垮落带高度计算的经验公式。依据项目的实测"两带"成果,并且收集了40余个"两带"孔的综放开采工作面不同硬度类型覆岩的"两带"高度数据,采用数理统计回归分析的方法,得出了适用于综放开采工作面中硬、软弱覆岩条件下的"两带"高度计算的经验公式,并进行了实用性分析。研究成果对含水层下特厚煤层综放开采工作面浅部安全开采和保护煤岩柱的合理留设有指导意义和实用价值。

深部煤巷锚杆支护技术的研究与实践

在分析深部高地应力巷道围岩变形与破坏特征,目前锚杆支护存在问题的基础上,提出高预应力、强力支护理论与锚杆支护设计准则;通过井下实测数据,分析深部矿井地应力分布特征;介绍强力锚杆支护系统,包括强力锚杆,强力钢带及强力锚索;最后,介绍高预应力、强力锚杆支护系统在新汶千米深井巷道中的应用情况,评价支护效果。井下试验表明,高预应力、强力锚杆支护系统能有效控制深部巷道强烈变形,保持围岩稳定。

条带开采研究现状及发展趋势

条带法开采是“三下”采煤技术中应用最为广泛的部分开采技术 ,是建筑物下采煤控制地表沉陷的主要开采措施之一。文章在大量文献的基础上 ,对我国条带开采的应用、研究及观测现状进行了综述 ,提出了条带开采发展趋势。

我国煤炭开采与岩层控制技术发展40a及展望

开采方法与装备及岩层控制技术是保证煤炭正常生产的核心技术。介绍了改革开放40 a来我国采煤方法与装备、岩层控制理论与技术、特殊采煤与矿区生态环境保护技术的发展历程。基于煤炭科学研究总院开采研究分院主持和参与的科研项目,总结了40 a来煤炭开采与岩层控制技术取得的研究成果。包括薄及中厚煤层、厚煤层一次采全高综采技术与装备,厚及特厚煤层综采放顶煤开采技术与装备,及智能化开采技术与装备;采场覆岩运动与破断规律,岩层结构假说,液压支架与围压相互作用关系,及坚硬和破碎顶板控制技术;巷道锚杆支护理论与成套技术,破碎围岩注浆加固技术,及高应力、强采动巷道水力压裂卸压技术;冲击地压发生机理,冲击危险区域评价技术,冲击地压实时监测、预警及综合防治技术;开采沉陷理论,建(构)筑物下、近水体下、承压水上开采等特殊采煤技术,及矿区生态环境保护技术。40 a的研究与实践表明,我国煤矿已形成具有中国特色的煤炭开采与岩层控制成套技术体系,为煤矿安全、高效、绿色开采提供了可靠的技术保障。最后,提出了煤炭开采与岩层控制技术的发展方向与建议。

煤矿巷道围岩注浆加固技术的现状与发展趋势

对煤矿巷道围岩注浆方法分类、注浆加固作用与注浆理论、注浆加固材料的类型与物理力学特性、注浆参数的选择与工艺及注浆质量检测方法等进行了较为详细地论述与分析。通过2个应用实例,介绍了水泥注浆与化学注浆加固的应用条件、注浆加固设计及注浆效果评价。最后针对注浆加固存在的问题,提出了巷道围岩地质力学测试与评估、注浆理论、材料、工艺及监测方面的发展方向。

我国煤矿开采沉陷控制技术研究现状与进展

煤炭大规模、高强度开采造成的矿区地表沉陷、生态环境恶化,以及建(构)筑物、铁路、高压输电线路损坏等开采损害问题日益加重,资源开发和环境保护矛盾凸显,控制地表沉陷实现煤炭低损开采是行业发展的必然要求。针对我国煤矿开采沉陷控制技术,进行了系统分析与阐述,包括充填开采、协调开采、部分开采、覆岩离层注浆开采等方面,并详细探讨了各种沉陷控制技术措施的实施原理及应用方法,分析了地表沉陷控制各项技术的优点、存在问题、适用条件及研究进展。在此基础上,结合具体工程应用,对覆岩离层注浆技术、充填开采技术、协调开采技术的地表沉陷控制效果进行检验,指出了各项技术的局限性和发展趋势。研究结果表明:覆岩离层注浆减沉技术具有与井下采煤作业相互干扰小、可实现煤矿绿色开采、固废资源化利用等优点,正在被研究和推广应用。同时,我国地表沉陷控制技术在以下方面需要进一步加强研究,分别为低成本高性能充填材料研发和充填工艺优化、煤层开采地表移动变形规律研究及地表沉陷预测理论完善、高效的煤柱回收方法开发和煤柱长期稳定性提高、覆岩离层注浆工艺优化及浆液对地下水环境影响评估等。

综放开采覆岩“两带”高度的计算公式及适用性分析

当前所依据的《三下采煤规程》中没有预计综放开采工作面覆岩破坏高度的经验公式,为了合理留设特厚煤层综放开采工作面露头区安全保护煤岩柱,有必要建立适用于综放开采工作面覆岩导水裂缝带和垮落带高度计算的经验公式。依据项目的实测"两带"成果,并且收集了40余个"两带"孔的综放开采工作面不同硬度类型覆岩的"两带"高度数据,采用数理统计回归分析的方法,得出了适用于综放开采工作面中硬、软弱覆岩条件下的"两带"高度计算的经验公式,并进行了实用性分析。研究成果对含水层下特厚煤层综放开采工作面浅部安全开采和保护煤岩柱的合理留设有指导意义和实用价值。

岩石蠕变-冲击试验研究——现状与展望

在深部岩体工程中,爆破等开挖扰动是触发岩爆的关键性因素,然而岩爆通常是滞后于爆破扰动一段时间才发生,表现出明显的时滞性,这给岩爆的预测和预警带来了巨大的困难。岩石蠕变-冲击力学行为的研究是揭示滞后型岩爆的力学基础。因此,蠕变-冲击受力条件下岩石的力学特性研究具有重要的理论意义与工程应用价值。本文阐述了岩石蠕变-冲击力学特性研究的工程背景及意义,重点介绍了蠕变加载条件下岩石的力学特性、岩石蠕变-冲击试验研究的现状,并综述了蠕变-冲击载荷下岩石力学行为的研究进展。在此基础上,展望了岩石蠕变-冲击力学研究的未来发展趋势,其中包括试验设备的改进与试验方法、蠕变-冲击过程中岩石的损伤表征、岩石在蠕变-冲击条件下的本构关系、该试验研究对于岩体损伤与破坏预测预警的理论意义等方面,指出了未来岩石蠕变-冲击力学性能研究的方向。