采矿与岩层控制工程学报

岩石力学的数值计算与人工智能融合研究

煤层采动多场耦合研究进展及展望

深地工程高效定向破岩技术研究进展及展望

不同浸泡环境下压力水浸煤岩蠕变损伤劣化特征研究

大采高综采工作面水岩耦合作用覆岩裂隙时空演化规律研究

弱胶结充填体强度特性及其对重金属浸出抑制机理

下伏隧道顺层岩质边坡地震动力响应特征及失稳机制研究

巷道岩爆过程拉剪破裂演化与临界慢化预警

复合层岩水力裂隙扩展层间效应与演化规律研究

冻融作用下裂隙砾岩宏微观损伤及本构模型研究

巷道岩面不平整性对裂隙图像识别精度的影响机制

基于多钻进参数综合指标的岩性分类智能识别方法

滇中引水工程隧洞不良地质“1-3-1”超前预报预警技术与实践

蒙陕矿区厚硬顶板井下区域压裂关键技术研究及应用

节理岩体隧道关键块体空间展布特征与靶向支护研究

深埋动压巷道围岩支护-卸压应力调控机理及其控制技术

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

煤层水射流扩孔掏槽技术防冲机理及效果分析

《采矿与岩层控制工程学报》征稿简则

富水破碎煤岩纳米SiO₂-纤维改性水泥基注浆材料及加固体性能研究

富水破碎煤岩巷道注浆过程中，围岩破碎状态、裂隙水扰动效应及介质物性差异共同制约浆液留存、加固强度与抗渗效果。以超细硅酸盐水泥为基体，掺入纳米SiO₂和玄武岩纤维制备复合改性注浆材料，构建富水破碎煤体、岩体和煤岩混合体3类注浆介质，开展浆液稳定性与凝结固化特性、注浆加固体力学与抗渗性能试验，并结合正交分析、SEM测试和现场验证等方法探究优选配比与界面增强机理。结果表明：在材料基础性能层面，控制变量条件下，水灰比由0.6增至0.8时，浆液留存率降低19.6%，结石体抗压和抗拉强度分别降低30.5%和38.1%；纳米SiO₂表现出明显的稳定与增强作用，其掺量由0增至2.0%时，浆液留存率提高13.8%，抗压和抗拉强度分别提高23.6%和31.0%；纤维则主要发挥抗拉增韧作用，掺量为0.2%时抗拉强度较未掺纤维提高91.0%。不同煤岩介质注浆加固体对材料配比呈现差异化响应：破碎煤体抗压与抗渗性能主要受纳米SiO₂控制，其掺量由0.5%增至2.5%时，抗压强度提高53.6%、渗透系数降低31.4%，而抗拉性能主要受纤维控制；破碎岩体具有较稳定的颗粒骨架，其抗压与抗渗性能主要受水灰比控制，抗拉性能则对纤维更为敏感；煤岩混合体表现出复合响应特征，抗压性能主要受水灰比控制，抗渗性能主要受纳米SiO₂控制，其掺量由0.5%增至2.5%时渗透系数降低29.6%，抗拉性能则受纳米SiO₂与纤维共同影响。综合介质特征、加固需求及性能响应，3类介质推荐配比(水灰比、纳米SiO₂掺量、纤维掺量)分别为(0.7、2.5%、0.3%)、(0.6、1.5%、0.3%)和(0.6、2.5%、0.3%)。现场应用后，巷道表面位移分别降低81.7%和83.7%，底板低阻异常范围明显缩小，表明所提材料体系及配比方案具有良好的工程适用性。SEM观察结果表明，纳米SiO₂的微填充、促水化和界面致密化作用与纤维桥联阻裂作用共同促进孔裂隙填充、界面胶结及加固体整体性提升。研究结果可为富水破碎煤岩巷道注浆材料设计与差异化配比优选提供参考。

非均匀应力下不同缺陷形态岩石DIC-AE协同前兆响应特征研究

本研究针对深部巷道围岩在高低应力共存条件下含缺陷砂岩破裂前兆识别不足的问题，选取圆形、拱形、梯形及矩形贯穿缺陷砂岩为试验对象，通过差异弹性模量加载构建非均匀应力场，并同步采集DIC全场位移应变及AE信号。研究表明，缺陷几何显著影响局部应力分布、裂纹萌生位置及破裂路径，边界连续性有助于削弱局部损伤积聚，而尖角及斜边突变则会加速拉剪复合破坏的发展。DIC应变场与AE裂纹类型分析揭示，破裂演化呈阶段性特征：加载初期孔洞边界首先出现低能微裂纹，峰前高应力侧局部变形增强，AE事件数量及能量释放同步增加，裂纹由分散萌生向局部集中贯通转化。AE能量概率密度呈幂律衰减，阶段Ⅰ临界指数高于阶段Ⅱ，表明早期以小尺度微裂纹活动为主，后期高能事件占比逐渐提高。方差、自相关系数及DCC位移协调系数联合分析显示，内部裂纹活动增强先于表面多点位移失协调，方差可作为早期内部损伤前兆指标，DCC突增反映表面失协调及整体失稳临近。不同缺陷形态对前兆响应表现出差异性，其中矩形缺陷局部损伤发展最早，高能裂纹更早形成。研究揭示了非均匀应力条件下含缺陷砂岩由能量尺度转化、内部损伤积累至表面失协调的渐进失稳机制，为深部巷道围岩多源监测、破裂预警提供了参考。

孤岛煤柱底板应力演化及下伏巷道围岩控制研究

针对近距离煤层群开采条件下孤岛煤柱集中支承压力作用导致下伏巷道围岩大变形问题，以红杏旺盛煤业100218工作面回采巷道为工程背景，开展孤岛煤柱底板应力演化规律及下伏巷道围岩控制研究。基于极限平衡理论与半无限平面体弹性力学模型，建立孤岛煤柱底板应力解析模型，求解底板水平应力、垂直应力、剪应力及主应力分布特征，并结合库伦压剪破坏准则分析底板塑性损伤分区规律。在此基础上，识别孤岛煤柱下伏巷道围岩关键控制区域，提出以提高顶板浅部围岩约束能力和围岩协同承载能力为目标的支护优化方案，并采用FLAC^3D数值模拟及工业性试验进行验证。研究结果表明：16 m宽孤岛煤柱受采动影响后形成典型双峰型支承压力场，单侧塑性区宽度约为2.06 m；底板应力整体呈浅部集中、深部衰减分布规律，高应力区主要位于煤柱两侧塑性区与弹性区交界位置，并沿煤柱边缘向深部扩散。煤柱边界附近形成高主应力与高剪应力耦合区，巷道顶板对应层位处于较强应力影响范围内。塑性损伤分析表明，巷道顶板浅部、两帮及肩角区域位于塑性区与极限平衡区交叉影响范围内，是围岩失稳的关键控制区域。针对上述特征提出的优化支护方案，通过增加围岩锚索支护密度和改变巷道断面形状以适应被动支护，提高了支护体系整体刚度与围岩协同承载能力。数值模拟结果表明，优化方案能有效降低顶板沉降和两帮收敛，抑制塑性区扩展。工业性试验结果表明，运输平巷顶底板移近量均值为181 mm、两帮移近量均值为132.5 mm，回风平巷顶底板移近量均值为97 mm、两帮移近量均值为69 mm，巷道整体保持稳定。研究成果可为孤岛煤柱下伏巷道围岩稳定控制提供理论依据与工程参考。

真三轴疲劳扰动下巷道围岩损伤与岩爆坑CT可视化研究

为揭示深部高地应力条件下巷道围岩在疲劳扰动作用下的损伤演化、失稳破坏及岩爆坑形成机制，以深部矿山花岗岩围岩为研究对象，制备含半开挖巷道结构的立方体试样，开展不同埋深应力条件下的真三轴卸荷-循环加载试验，并结合CT扫描与三维重构技术对破坏后试样内部裂纹分布和岩爆坑空间形态进行可视化分析。结果表明：真三轴疲劳扰动过程中，试样应力-应变曲线表现出明显滞回特征，轴向峰值应变和残余应变均随循环次数增加而非线性增长，加载初期增长缓慢，破坏前呈加速突增趋势，反映出围岩损伤由稳定累积向快速失稳转化。随着循环荷载作用持续，试样刚度演化受裂隙压密、应力水平提高和疲劳损伤累积共同控制，割线模量在前中期表现为阶段性增长，破坏前明显降低；峰值弹性模量和残余弹性模量总体呈衰减趋势，其中残余弹性模量对不可恢复损伤更为敏感，基于峰值弹性模量与残余弹性模量比值建立的损伤表征参数能够反映疲劳损伤累积过程，可作为试样由稳定损伤阶段进入加速失稳阶段的前兆指标。宏观破坏与CT重构结果显示，裂纹和岩爆坑主要集中于巷道卸载面、孔壁及掌子面附近，并向侧部、上部和深部保留岩体扩展，形成以张拉开裂和剪切破坏共同作用为特征的局部化破坏区。基于变形响应、刚度退化与CT三维损伤形态的关联分析，揭示了真三轴疲劳扰动下巷道围岩由残余变形累积、残余刚度弱化、裂纹局部贯通至岩爆坑形成的连续演化过程。研究结果可为深部巷道围岩疲劳损伤识别、岩爆坑形成机制分析及岩爆灾害防控提供试验依据。

厚硬关键层下沿空工作面防冲宽度研究与应用

为了提升厚硬关键层下沿空工作面开采冲击地压防控效果，采用理论分析、数值模拟和工程应用等相结合的方法，探究厚硬关键层下沿空工作面防冲宽度主要影响因素和定量确定方法。研究表明：采空区能够对沿空工作面开采阶段的静载和动载产生影响，静载主要由采前覆岩空间结构分布及其载荷转移控制，动载主要来源于采中厚硬关键层破断及其覆岩空间结构失稳；结合厚硬关键层下沿空工作面覆岩特征，能够确定覆岩转移载荷P_c与采空区宽度L、破裂高度h之间存在的定量关系；兼顾沿空工作面采前覆岩分布与采中岩层运动的状态，沿空工作面具有X1+X2型、X1+■型和■+■型3种典型类型；沿空工作面的承载能力及其承受的外部载荷是影响工作面宽度的主要因素，通过构建承载力与载荷力的比值函数，得到沿空工作面整体冲击力学判据和防冲宽度确定方法；结合不同矿井厚硬关键层下沿空工作面实例，计算了沿空工作面防冲宽度范围，数值模拟结果和实际开采冲击显现情况验证了理论研究的合理性。研究对厚硬关键层下沿空工作面冲击地压预防具有指导意义。

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。

动载扰动下巷道围岩冲击破坏与能量释放规律研究

深部煤矿开采过程中的动载扰动可能诱发巷道围岩冲击失稳，为揭示动载扰动与围岩冲击破坏的关系，采用PFC数值模拟方法，分析了采动应力、动载荷和震源位置对巷道围岩冲击破坏与能量释放的影响规律。研究结果表明：相同动载扰动下，巷道围岩整体变形随采动应力的增大逐渐增大，较大动载荷会引起巷道顶板的显著下沉，且近震源侧的巷道帮部位移较大。低采动应力和动载荷条件下，动载扰动诱发巷道围岩破坏的能量释放主要集中于两帮煤体，表现出由巷道浅部向深部的多频次小能量释放，两帮煤体呈渐进式破坏；高采动应力和动载荷条件下，巷道两帮深部煤体表现为突然的大面积失稳和快速的能量释放。动载扰动下巷道围岩冲击危险除与动载扰动能量有关，还取决于围岩的能量释放量级。当采动应力或动载荷增大到一定程度时，围岩破坏能量释放量级增大，表现为突然的大能量释放，具有较大的冲击危险。研究结果可为深入了解煤矿动载扰动与巷道冲击破坏的关系及其防治提供参考。