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煤体内部裂隙-矿物组构模态对其力学行为的影响
郎丁;赵文卓;张子鑫;雷博;煤体内含有多尺度原生裂隙与充填矿物，二者空间分布的各向异性显著，相对位置关系多样，共同影响着煤体的力学性质与采动力学行为。研基于CT扫描与数字岩心技术，实现了煤样裂隙-矿物空间分布特征辨识，构建了试样尺度下煤体内部典型裂隙-矿物空间分布典型组合场景，并在此基础上进一步揭示了不同裂隙-矿物空间组合分布模式对煤体力学行为的影响机制。结果表明：（1）基于研究的有限样本分析，裂隙-矿物空间组构有平行和垂直2种典型空间位置关系。（2）裂隙与矿物的垂直间距对裂隙扩展方向影响显著，且存在一间距临界值（SCV），当间距小于SCV时，裂隙扩展沿原生裂隙发育方向向矿物边界靠拢；当间距大于SCV值时，裂隙扩展仍沿原生裂隙方向进一步延伸，矿物对裂隙扩展方向的控制作用减弱。（3）充填矿物的存在改变了试件的力学性质（抗压强度、应力应变、弹性模量），这种改变的程度仍然与SCV存在相关关系，当间距小于SCV时，试样的单轴抗压强度与间距大小呈正相关，但均低于无充填矿物时煤体的单轴抗压强度；当间距大于SCV时，试样的单轴抗压强度与间距大小无显著相关性，但均高于无充填矿物时煤体的单轴抗压强度。在此基础上根据SCV，进一步量化了4种“模态”（平行相离、平行共面、垂直相交、垂直相离）的判断依据。（4）裂隙-矿物空间组构模态控制着煤体的力学性质与行为响应，“平行共面”和“垂直相交”模态会弱化煤体强度，与无充填矿物试件相比，单轴抗压强度分别降低了8.42%和8.96%；“平行相离”和“垂直相离”模态会强化煤体强度，与无充填矿物试件相比，单轴抗压强度分别升高了7.17%和10.42%。
穿越赋水断层隧道地震动力响应振动台模型试验研究
张建伟;朱琳;史万鹏;宋丹青;刘晓丽;为研究穿越赋水断层隧道围岩动力响应特征，以我国西南高烈度地震区某穿越断层破碎带隧道工程为例，开展大型振动台模型试验研究。通过从时域、频域及时频域多维度综合分析赋水断层隧道地震动力响应规律，结合隧道应变演化特征与破坏现象，揭示赋水断层隧道地震破坏机理。结果表明：0.2g地震作用下，赋水断层会显著影响隧道各监测断面的加速度响应，且完整围岩区域隧道动力放大效应平均增幅大于赋水断层段。断层注水后Fourier谱分析显示隧道各断面拱顶、拱腰、拱底的振幅变化趋势基本一致，而高频段振幅均有不同程度增幅;HHT时频分析表明断层注水后，隧道频谱特征由注水前的单峰值分布转变为多峰值分布。断层注水后隧道不同部位的受力状态发生明显改变;赋水断层段隧道裂缝发育更为严重，主要集中于拱顶、拱腰及拱底两侧部位，而完整围岩段隧道破坏则集中于拱底与拱腰区域。以上研究有助于为跨赋水断层隧道实际工程确定合理的抗震设防设计方案，对认识跨赋水断层隧道的地震动力响应特征具有重要意义。
近直立煤层双巷掘进冲击机制及降载释能防冲方法
李浩荡;马克;钟涛平;刘旭东;宋大钊;曹朝辉;李振雷;近直立煤层开采深度持续增大，掘进巷道冲击地压逐渐凸显。本文综合采用现场监测、数值模拟、理论分析相结合的方法，开展了近直立煤层双巷掘进冲击机制及降载释能防冲方法研究。微震监测表明，较单巷掘进时近直立煤层双巷相向或同向掘进，微震事件能量及频次显著增大，双巷掘进存在相互扰动从而增大冲击危险。研究发现，在高水平应力挤压作用下煤层内应力和能量高度集中，巷道掘进位置靠近应力和能量峰值区仅4.2 m，为冲击显现提供了应力和能量基础。两巷相向或同向掘进较单巷掘进时水平应力集中系数增幅较小，约0.03；但巷道掘进活动使煤层释放大量能量形成强动载，当扰动巷道掘进形成的强动载与冲击巷道的高静载叠加并超过冲击强度时，将诱发掘进巷道冲击显现。依据冲击机制提出了掘进巷道降载释能防冲方法，即减少同时掘巷数量或提前破碎待掘煤体释放其积聚能量以弱化动载扰动，破坏巷道侧向煤体以降低水平应力集中，基于此优化了煤层注水预裂及侧向大直径钻孔措施。优化措施实施后，微震事件总频次和日总能量分别降低了30.43%和58.36%，冲击危险显著降低，取得良好防冲成效。
采动应力-渗流耦合驱动下底板-断层破坏带对接时空演化机制
孙文斌;宁玉帅;张纪扬;刘倩慧;李林;戴宪政;我国煤炭资源开发逐步向深部开进，深部开采条件下的煤矿安全生产受断层水害威胁严重，底板破坏带与断层破坏带对接引发的底板突水问题，是亟待解决的关键课题之一。通过理论分析与相似材料模拟试验构建“底板-断层”破坏带对接区域“渗流-损伤”演化模型，分析了“底板-断层”破坏带对接的动态致灾机制，并以山东某矿深部受断层威胁工作面为背景，建立“应力-渗流”耦合数值模型，结合岩体渗透率动态演化方程模拟开采过程，分析了煤层埋深、断层倾角、含水层水压三因素协同作用下“底板-断层”破坏带对接的时空演化规律。研究得出：根据“底板-断层”破坏带对接演化特征，将对接区域致灾演变过程划分为“初始稳定期”“协同灾变期”“完全贯通期”3个时空演化阶段；煤层埋深通过改变原岩应力场强度控制“底板-断层”破坏带对接时空演化尺度，随埋深增加，采动卸荷与应力重分布更剧烈，对“渗流-损伤”演化模型中各阶段产生更显著的时空压缩效应；断层倾角通过破坏应力均匀传递与改变承压水运移路径影响“底板-断层”破坏带对接形态，倾角越缓，断层破坏带与底板破坏带的交汇面积越大、渗流裂隙越多，从而加速破坏带对接进程；含水层水压是促进“底板-断层”破坏带对接的驱动力，控制“底板-断层”破坏带对接的时间进程与致灾强度，含水层水压升高是使破坏模式向“渗流-损伤”耦合改变的触发因素。研究成果可为不同影响因素条件下的“底板-断层”破坏带对接预测与防治提供参考，为深部工作面防治水工作提供理论依据。
厚硬顶板多关键层冲击地压与矿震协同防控研究
夏永学;徐刚;邬建宏;高家明;杜涛涛;杨光宇;秦子晗;周金龙;许博竣;为了探索蒙陕深部矿区普遍面临的厚硬顶板多关键层条件下矿震和冲击地压的协同防控方法，本文主要开展了以下工作：分析了不同层位厚硬顶板对冲击地压和矿震的影响机制，表明低位顶板悬顶及破断产生的静-动载叠加易触发冲击地压，高位顶板大范围失稳释放强烈动载易诱发矿震，两者通过应力波联动加剧灾害风险；提出了基于顶板区域水力压裂的冲击地压和矿震协同防控思路；研发了“地质-能量-破裂-物性”多维度主控岩层判别技术，用于定位致灾层位；构建了冲击地压与矿震协同防控模式与方法，通过弱化低位顶板消除悬顶实现防冲，预裂高位岩层阻断大结构形成实现减震，从而达到冲击地压和矿震的协同防控目的。该技术在红庆河煤矿进行了试验性研究，试验工作面微震日均能量降低90%，周期来压步距缩短57%，日推进速度提升至5.6～6.4 m，初步验证了“低位连续卸压控冲击、高位分层弱化抑矿震”的协同防控效果，为蒙陕深部矿区冲击地压和矿震治理提供了一条新思路。
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
蒋力帅;高明涛;王宗可;赵烨;冯昊;张哲;蔡道生;李桂臣;巷道围岩中往往含有复杂的节理裂隙、形态大小不一的孔洞等内部结构特征，这些缺陷严重影响了巷道围岩的稳定性。室内物理模型试验是研究工程岩体稳定性的主要途径之一，然而，传统方法难以制造出的一批具有完全相同结构和性质的物理模型且物理模型的力学特性和内部结构与工程实际岩体的力学特性存在较大差异，这极大限制了物理模型试验在反映实际工程巷道时的科学性。近年来，快速发展的3D打印技术可有效弥补传统方法的不足，在材料研发层面，通过系统调控打印基质、颗粒级配、黏结剂饱和度以及玻璃纤维掺量等方法，成功制备出在力学行为上与天然煤岩高度相似的砂型3D打印类煤岩材料，为实现物理模型的制作奠定了材料基础。在机理研究层面，基于此类煤岩材料开展的锚固体力学试验，系统揭示了锚杆等支护元件的锚固机制，验证了其用于模拟天然岩体锚固试验的可行性，为支护结构的设计提供了理论依据。最终，在模型试验层面，研究进一步利用砂型3D打印技术，通过分层打印工艺，分别构建了完整围岩与含裂隙围岩条件下的锚固巷道物理模型。结合双轴加载系统与数字散斑技术(DIC)，定量分析了裂隙对巷道变形破坏规律的影响。试验所揭示的破坏模式与工程现场观测结果高度吻合。系列研究表明，砂型3D打印技术能够实现从材料性能、内部结构到力学特性的高精度重构，有效弥补了传统模型试验方法的不足，在岩体工程物理模拟研究中展现出良好的应用前景与科学性。
深地工程高效定向破岩技术研究进展及展望
张权;陈凯;李杰;冯晓巍;王晓;杨春;杨荣周;何满潮;定向破岩技术凭借其可控性强、破岩扰动小等特点，在资源开发、空间开拓以及围岩控制等深地工程中具有重要的作用。对有关文献进行统计，以此为基础对定向破岩技术的工程背景、破岩机理及特点进行分析，总结了不同方法的裂缝定向起裂机理、裂缝扩展特点以及影响因素，并对比了不同技术的破岩时间、应变率、有效致裂范围、优缺点以及适用工程条件。最后对深地工程高效定向破岩技术研究进行展望，从深部岩体力学特性及定向破岩机理研究、现有技术改进方向和多种方法结合提升破岩效果的角度，提出了当前定向破岩技术的瓶颈在于非炸药安全高效定向致裂，而突破现有瓶颈的重要方向为研发绿色高效非爆炸性切缝剂。
矿山充填体多尺度力学机制与流固耦合特性研究进展
尹升华;董福松;随着矿产资源开采向深部延伸，胶结充填体在维持采场稳定、实现绿色开采中的重要性日益凸显。充填体作为多相非均质材料，将充填料浆充填进入采场后，充填体力学性能受材料组成、养护条件、外部荷载及渗流场等多因素耦合影响，表现出显著的时空演化与非线性特征，解决渗流作用诱发的充填体质量问题对于保障矿山安全、高效、绿色开采具有深远的理论价值和工程实践意义。近年来，在充填体宏?细?微多尺度下的力学演化特征、破坏特性及流固耦合响应等方面取得了丰硕成果。首先，从胶凝材料类型、配比参数、养护条件等方面总结了充填体强度的影响因素及演化规律，阐明了充填体时空演化特性；其次，归纳了充填体在静态与动态荷载下的破坏模式与裂纹扩展行为，并与类岩石材料破坏理论进行对比分析；进一步，总结了基于SEM、XRD、CT扫描、声发射等多尺度观测手段在揭示充填体微细观结构演化与宏观力学行为之间的内在关联方面的应用成果；重点阐述了充填体在渗流?应力耦合作用下的力学响应与损伤演化机制，评述了室内试验与数值模拟方法的特点与局限。最后，针对当前研究中本构模型普适性不足、多尺度机理不明确、现场应用脱节等问题，提出了构建时变损伤?渗流耦合模型、发展多尺度协同观测与仿真平台、推动“室内试验-数值模拟-现场监测”的闭环研究体系等未来发展方向，以期为深部复杂环境下充填体性能提升、稳定性评估与工程应用提供理论支撑与技术参考。
深埋厚硬顶板差异化预裂覆岩采动响应及调控规律研究
张玉军;胡皓宇;刘雨生;西部矿区高强度开采导致的覆岩大范围破坏、采动裂隙扩展，易引发灾害事故威胁工作面安全开采，找寻经济高效的厚硬覆岩主动调控技术是实现西部煤炭开发的关键。本文以某矿3106工作面深埋厚硬顶板为工程背景，综合采用理论分析、数值模拟、现场试验及多手段监测方法，系统研究了深埋厚硬顶板高、低位关键层差异化预裂设计下减损开采技术的力学机制与工程应用效果；基于改进的DMT接触模型，揭示了分层预裂空间协同“高位强冲击、低位缓释放”的应力-能量梯度调控机制；构建了融合离散介质接触特性的能量泛函，量化分析了覆岩损伤耗能与接触偏移能量的非线性耦合关系；通过COMSOL流固耦合数值模拟，对比分析了不同预裂层位条件下覆岩损伤演化规律。结果表明：高位关键层端部预裂，会削弱上覆载荷传递能力，使结构连续性破坏。低位关键层中部预裂诱导裂隙扩展，通过变形、接触滑移摩擦等实现能量可控耗散，可避免局部能量积聚。分层预裂将应力与裂隙扩展影响逐层分配，实现应变能分层耗散，有效避免单一层位预裂的不均匀沉降问题；分层预裂后覆岩损伤最大高度较未预裂降低14%以上，调控效果显著优于单一低位或高位预裂。现场应用中，3106工作面采用低位中部-高位端部的分层区段压裂方案，通过钻孔漏失量观测与微震监测等方式验证技术有效性。分层压裂后，钻孔漏失量由未预裂的15.7～26.8 L/min降至3.5～8.2 L/min，地层裂缝扩展程度显著降低；微震事件总频次由54起降至30起，大能量事件消失，重复采动区能量等级降低，工作面中部及边缘区域应力集中有效缓解。研究表明分层差异化预裂技术通过主动调控覆岩裂隙网络与应力场分布，实现了采动损伤控制，显著降低了覆岩损伤程度，为深部厚硬顶板相似矿井的安全高效绿色开采提供了理论支撑。
不同浸泡环境下压力水浸煤岩蠕变损伤劣化特征研究
江宁;白晨达;王晓卿;尹大伟;高群;吕科;为探究分级加载作用下煤岩损伤演化对采空区稳定性的影响，以济南市某矿煤样为研究对象，开展围压作用下经不同水质浸泡后的分级加载蠕变试验，分析研究了煤样在浸水条件下的结构演化与力学损伤劣化机理。结果表明：分级加载与压力水浸共同作用下，加速了水岩作用导致煤样内部损伤增大，与蒸馏水相比，因矿井水内部含酸性矿物，加速了煤样内部裂纹的扩展和颗粒间的摩擦作用；煤样内部平均黏土矿物的含量下降最大时，W和MW组分别减少了45.92%和62.79%；因矿井水的软化作用更强，MW组煤样的振铃计数波动及密集度均高于W组，6组煤样受损前均存在振铃计数"间歇期"。随着加载应力的增加，煤样内的损伤累积速率更快，各组煤样的损伤变量、弹性能和耗散能均呈递增的趋势；与干燥煤样相比，压力水浸下煤样的孔隙率和概率熵均增加，W和MW组煤样的平均孔隙率分别上升了119.87%、243.59%，平均概率熵上升了49.51%和95.14%。该研究对压力水作用下采空区稳定性设计具有重要的参考意义。