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2026年 第43卷 第3期    刊出日期：2026-05-15

上一期   

论文

考虑采动作用的巷道围岩塑性区边界方程及扩展规律

王卫军, 田芯宇, 马谕杰, 袁超, 舒仕海, 葛莎, 杜荣杰

2026, 43(3):  531-546.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2025.0315

摘要 ( 31 )   PDF (15527KB) ( 53 )  

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动压巷道所处应力环境复杂多变，在超前支承压力作用下回采巷道围岩矿压显现差别较大，导致围岩表现出多种破坏模式，而围岩的变形破坏与围岩塑性区的形成和发育密切相关。以垂直应力主导、双向等压、水平应力主导3种应力主导类型巷道为研究对象，建立巷道开挖后-采动作用围岩力学分析模型，推导采动作用下巷道围岩塑性区扩展边界方程，研究不同应力主导类型巷道围岩塑性区扩展形态，进一步揭示超前支承压力作用下巷道围岩二次破坏机制。结果表明：围岩初始塑性区形态具有不可逆性，超前支承压力作用下不同应力类型巷道塑性区扩展演化具有较大差异。随着采动应力升高，垂直应力主导巷道二次塑性区均呈蝶形分布，双向等压巷道二次塑性区形态由椭圆形向蝶形发展，水平应力主导巷道二次塑性区在初始塑性区基础上沿水平方向扩展。围岩二次塑性区范围与采动侧压系数呈负相关，对塑性区扩展形态影响较大，垂直应力主导及双向等压巷道塑性区随采动侧压系数的增大由均匀向外扩展转变为肩角处快速扩展，水平应力主导巷道仅帮部向外发展。理论分析与数值模拟得到的塑性区形态扩展规律吻合度较高。不同应力类型巷道塑性区对采动应力的敏感性差异在一定程度上决定了围岩二次破坏形态及程度。基于上述研究，通过优化巷道应力环境，控制初始塑性区，差异化预加强敏感部位支护，以控制采动巷道围岩稳定性。





过空巷工作面超前煤柱渐进损伤破坏模式及其失稳机理

郭军, 冯文明, 冯国瑞, 白锦文, DIAS Daniel, 文晓泽, 张洁, 皇文博, 王子,

2026, 43(3):  547-561.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2024.0594

摘要 ( 19 )   PDF (18339KB) ( 29 )  

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为探究工作面过空巷时超前煤柱渐进损伤破坏模式及其失稳机理，制备宽高比为0.50，0.75，1.00，1.50和2.00的型煤试样进行单向约束压缩试验，并同步进行声发射(AE)监测。研究表明：随着宽高比的增大，试样抗压强度先减小后增大，在宽高比为1.00时达到最小值(9.28 MPa)，试样峰值应变线性增加，而弹性模量呈负指数减小；随着宽高比的增大，单向约束对试样强度和峰值应变的强化率线性增大，最大分别为76.87%和72.18%，而对试样弹性模量的强化率线性减小，最大为14.99%。试样的宏观裂纹主要出现在约束面，随着宽高比的增大，试样破坏形式由以单斜面剪切破坏为主逐渐变为以X状共轭剪切破坏为主。随着宽高比的增大，试样单向约束下的剪切破裂占比先增大后减小，在宽高比为1.00时达到最高(53.43%)，而单轴条件下试样的剪切破裂占比呈指数增大，且均以剪切破裂为主。基于应变等价原理和压实系数K建立的损伤本构模型能较好反映过空巷时超前煤柱的损伤破坏过程。研究可为小窑破坏区煤柱宽高比控制及充填加固提供参考。

基于上限法的深部沿空留巷顶板冒落机制及锚注支护参数敏感性研究

鹿伟, 王雷, 蔚立元, 曾庆良, 逯振国, 王颖, 王文通, 孙会彬, 孔祥辉

2026, 43(3):  562-575.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2024.0399

摘要 ( 17 )   PDF (9130KB) ( 27 )  

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为研究不同因素对切顶留巷顶板稳定性的影响,基于上限分析方法,构建切顶巷道顶板冒落范围与注浆锚索参数的关系,提出适用于深埋巷道的注浆锚索设计流程。研究结果表明：深部切顶沿空留巷顶板围岩冒落范围和冒落体上下宽度随孔隙水压力系数、注浆锚索间距和围岩应力的增大而减小,随注浆锚索支护力、单体支柱支撑力、岩体单轴抗压强度的增大而增大；深部切顶沿空留巷不同区域顶板围岩冒落范围呈现“切缝稳定区＞切缝实施区＞切缝影响区”的变化特征,且切缝影响区是深部切顶沿空留巷的关键区域；注浆锚索间距、注浆锚索支护力、岩体单轴抗压强度和围岩应力为敏感参数,孔隙水压力和单体支柱支撑力为不敏感参数。采用高强度、高预力注浆锚索注浆加固,可有效保证切顶留巷顶板的稳定性。该研究结果可为相关工程案例提供理论和实践经验。

煤体抗剪各向异性对掘锚机截割参数的影响规律

杨森, 许嘉伟, 吴建军, 卓青松, 马军强,

2026, 43(3):  576-589.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2025.0183

摘要 ( 20 )   PDF (27328KB) ( 27 )  

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高效经济的煤体力学性质随掘感知方法是煤矿智能化领域亟待突破的技术瓶颈。掘锚机截割参数是反馈煤体力学性质变化的直接数据来源，具有即时获取、大样本采集及连续取样等优势。煤体力学性质沿巷道切向、垂向和轴向持续变化，力学各向异性是掘进面围岩的标志性特征。探究截割参数与煤体抗剪各向异性的关联规律、实现截割参数的精准解读，是达成围岩环境随掘感知的理论基础。本研究采用SolidWorks实体建模与颗粒离散元方法开展截割模拟实验，通过改变滚筒下切方向与煤体最小抗剪强度加载方向的夹角，实现模型抗剪强度在空间方向上的变化，复现煤体抗剪各向异性特征,进一步分析滚筒截割参数的响应规律。结果表明：在抗剪各向异性作用下，即便截割同一煤体介质，滚筒相对运动方向的改变也会显著影响截割参数信号的波动形态；煤体抗剪各向异性对滚筒截割参数的作用体现在2个层面，一是滚筒切削月牙内煤体介质引起的工作区截齿受力变化，二是煤体破坏（大变形）模式切换引起滚筒附加载荷变化；煤体变形对截割扰动呈现不同的响应模式，从结构稳定状态开始依次经历滑移破坏型、滑移-张性并存型、张性破坏型的转变；破坏模式切换导致截割参数信号特征由四阶段向三阶段转变，且煤体破碎程度加大进一步造成截割参数平均值在滚筒下切阶段的减小。

厚煤层超前切顶沿空留巷充填体承载特征及其演化规律

王其洲, 刘然, 赵一超, 赵雷, 黄玉书, 李扬, 李宁,

2026, 43(3):  590-600.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2025.0060

摘要 ( 15 )   PDF (8029KB) ( 25 )  

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针对厚煤层超前切顶沿空留巷充填体荷载分布特征难以确定的问题，以野川煤矿3205综放工作面为工程背景，采用理论分析、数值模拟、现场实验和实测等研究方法，建立了留顶煤条件下超前切顶沿空留巷的“顶-煤-墙”承载结构模型，分析了切顶高度和角度对充填体承载特征的影响规律，提出了厚煤层沿空留巷超前切顶参数，对比有无切顶措施的充填体变形过程，阐释了充填体横竖向荷载实际演化规律，以及与覆岩短臂梁结构运移规律的关联特性。研究表明：在一定切顶高度和角度范围内，两者与充填体支护阻力关系均表现为负相关，超出临界值之后表现为正相关，得出野川矿超前切顶高度和角度分别为17 m和75°；切顶后充填体破坏模式由劈裂-剪切复合破坏转变为单一贯通型剪切破坏，且无弯曲附加荷载，最大扩容变形集中在中上部，仅为无切顶卸压工况的40%；超前切顶切断基本顶与巷道侧覆岩的应力传递，显著缩小本工作面超前支承压力影响范围；充填体实际竖向荷载表现出采空区侧荷载低、巷道侧荷载高的非对称特征，以及承载前期荷载极值低、后期荷载极值高的演化过程，同时横向挤压荷载集中在中上部。在工程实践中，采用上述超前切顶参数后充填体未出现大范围的结构型破坏，其抗变形能力及稳定性满足厚煤层沿空留巷支护要求，为厚煤层超前切顶参数设计和沿空留巷稳定性主动控制提供参考。





采动邻空煤巷围岩分区稳控与分级支护机理

神文龙, 周孟龙, 勾攀峰, 王猛, 孟宁康, 陈自强, 柳军涛, 盖艳

2026, 43(3):  601-614.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2024.0494

摘要 ( 21 )   PDF (4089KB) ( 31 )  

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针对等强支护、梯度应力、异质围岩导致的采动邻空煤巷变形时空差异及其结构失稳冒顶问题，结合现场实测与工程特点，确定采动邻空煤巷围岩稳定性分析指标，建立变形允许级、变形危险级、冒顶风险级和复合风险级稳定性评价标准，获得变形安全区、变形危险区、冒顶风险区、复合风险区4类稳控分区结果，揭示煤层埋深、侧压系数、煤体强度、支护强度、煤柱宽度等因素对4类稳控分区长度的作用规律，提出采动邻空煤巷围岩“分区控制、分级支护”方法，确定“锚注主控、型钢辅控”分区控制技术。将上述理论成果应用于大阳煤矿3307工作面采动邻空煤巷群围岩稳定控制工程，确定了各煤巷围岩稳控分区长度、分级支护强度及分区控制技术，工业性试验验证了理论成果的可靠性，为类似煤巷围岩稳定控制提供了理论依据和实践经验。

非连续结构面对巷道顶板稳定性及锚杆支护作用的影响机制研究

李建忠, 娄金福, 王晓卿, 原贵阳,

2026, 43(3):  615-626.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2024.0584

摘要 ( 17 )   PDF (23944KB) ( 30 )  

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煤矿巷道顶板稳定性是影响矿井安全生产的关键因素之一，而非连续结构面的存在对顶板稳定性及支护效果均具有重要影响。基于巷道顶板物理模型试验，结合UDEC数值模拟方法，研究了4种典型非连续结构面对顶板变形破坏特征、锚杆受力机制及围岩力链演化规律的影响。结果表明：4种不同非连续结构面顶板物理模型与数值模型均呈现拱形破坏特征，基于数值模拟提出了压力拱的确定方法，揭示了压力拱成拱高度及角度随非连续结构面发育程度的提高而增大的演化机制；厘清了巷道顶板顶角锚杆受力显著高于中间锚杆的区域性受力分布特征，阐明了随非连续结构面发育程度的提高，围岩变形初期锚杆受力增幅减小、围岩强烈变形阶段锚杆受力衰减程度增大的演化规律；揭示了非连续结构面对围岩力链的弱化效应机制，非稳定区围岩稳定性降低、分布范围增大，导致巷道顶板围岩压力拱呈现由低到高的演化机制；阐明了锚杆支护作用与顶板围岩非连续结构面发育程度的负相关性规律，随非连续结构面发育程度的提高，锚杆锚固失效现象更显著，锚杆通过增加支护阻力抑制围岩变形破坏的效果逐渐减弱。非连续结构面的增加不仅削弱了顶板围岩的完整性与强度，加剧围岩变形破坏，还会导致锚杆更易发生脱黏失效，进而弱化锚杆支护作用。

深部综放面煤壁剪切破坏机理与“锚-注”协同控制技术研究

翁明月, 李海涛, 李德学, 李学华, 高建团, 孙继全, 祝令锦, 乔一洋, 胡浩东, 马红涛, 徐强

2026, 43(3):  627-640.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2025.0279

摘要 ( 17 )   PDF (31221KB) ( 24 )  

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针对深部软煤层综放工作面煤壁稳定性控制难题，通过现场观测与数值模拟等方法，系统研究孔庄煤矿7455工作面煤壁片帮特征、主控因素及治理技术。结果表明：工作面煤壁以剪切破坏为主，包括剪切推垮和剪切滑移2种形式，平均片帮深度0.28 m（最大1.20 m），平均片帮发生率52.3%，且与矿压显现程度呈正相关；煤壁片帮受煤体特性、地质条件及开采工艺等多因素影响，孔庄煤矿7455综放工作面煤壁片帮主控因素为顶板条件、煤体裂隙发育程度和地质构造。FDEM数值计算揭示2种片帮形式的发生机理：剪切滑移型片帮煤壁顶板较稳定，煤体在顶底板挤压下以剪切/共轭剪切裂隙发育为主；而剪切推垮型片帮煤壁顶板较破碎，顶板产生的剪切破坏面发育至煤体，在支承压力与碎裂顶板叠加作用下发生大范围推垮式破坏。创新性提出浅部锚固-深孔注浆的“锚-注”协同控制技术，将“分区治理”方法与“主动支护”理念相结合，并验证了其对于控制深部软煤工作面剪切式片帮的有效性与可行性。对于稳定顶板条件，该技术通过抑制应力释放区扩展与裂隙贯通，提高煤壁结构完整性；而对于不稳定顶板条件，则通过优化煤壁应力环境实现片帮治理。工业性试验结果表明，采用“锚-注”协同技术分区治理后，孔庄煤矿7455工作面煤壁片帮得到了有效抑制，片帮发生率降低了23%，工作面推进速度恢复至2刀/天。研究结果丰富与完善了综放工作面煤壁片帮治理技术体系，并对深部复杂赋存条件下煤炭资源的安全高效回采具有一定的指导意义。

采动巨厚承压含水层疏水集力聚能诱冲机理与防控研究

马丹, 闫璟泓, 张吉雄, 曹安业, 刘业献, 刘全辉, 王洪涛,

2026, 43(3):  641-652.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2025.0297

摘要 ( 35 )   PDF (14533KB) ( 31 )  

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针对巨厚承压含水层疏水诱冲问题，创建了“含水层疏水聚能”力学模型，揭示了疏水含水层破断动载增强效应，获得了疏水中煤岩体力学响应规律，阐明了动静载叠加下的含水层疏水诱冲机理，提出了突水与冲击协同防控技术。结果表明：含水层疏水引起岩体孔隙水压下降，导致采场两侧煤岩体支承应力与应变能密度增大；采动影响加剧了含水层岩体孔隙水压的降低，促使支承应力与应变能密度进一步增加；含水层疏水降压提高了关键层的破断冲击能量，提高了采场两侧煤岩体所受动载；巨厚承压含水层采动疏水诱冲遵循“采动涌水孔压降低—载荷转移—集力聚能—动载叠加—冲击失稳”的链式灾变规律。研究成果为陕蒙地区巨厚含水层下煤炭产能安全释放提供了理论支撑。

立井帷幕注浆后井壁-注浆体-围岩三元非均匀阻水结构水压传递特性及现场应用

赵延林, 罗睿, 廖健, 谭哲, 张敏真, 刘钊

2026, 43(3):  653-662.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2025.0143

摘要 ( 21 )   PDF (7625KB) ( 27 )  

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立井帷幕注浆后井壁-注浆体-围岩三元非均匀阻水结构水压传递特性研究对深部富水立井井筒安全及稳定至关重要。考虑井壁、注浆体和围岩体的共同作用，提出了井壁-注浆体-围岩三元非均匀阻水结构，并基于稳态渗流理论建立了渗流场力学模型。以湖北宜昌高烽磷矿为工程背景，探讨了井筒设计半径、单位高度井筒涌水量、注浆体厚度及井壁渗透系数等参数对水压传递系数的影响，为立井施工设计提供了一种新的理论依据。研究结果表明：在相同的地层水压条件下，水压传递系数随着井筒设计半径增大而增大，但阻水结构的阻水能力减弱；水压传递系数λ随单位高度井筒涌水量q增加而降低，井壁渗透系数与注浆体渗透系数之比（k₁/k₂）值越小，阻水效果越好；注浆体渗透系数k₂的降低、注浆体厚度Δr₂的增加、井壁渗透系数k₁与围岩渗透系数k₃之比（k₁/k₃）的减小均可降低水压传递系数λ，注浆体渗透系数的降低对提高注浆效果具有积极作用。工程实践表明，井壁-注浆体-围岩三元阻水结构能够实现井筒总渗漏量的有效控制，可为立井帷幕注浆工程提供一定的参考。

沿空-煤柱型孤岛工作面接续开采覆岩结构及能量聚散演化特征

张向阳, 童治鹏, 段云刚, 杨伟昆, 杨德群,

2026, 43(3):  663-673.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2024.0449

摘要 ( 18 )   PDF (55893KB) ( 27 )  

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为优化孤岛工作面接续开采方式并明确灾害重点防控部位，以色连二矿12405沿空-煤柱型孤岛工作面为研究对象，采用相似模拟、理论分析、数值模拟、工程实践相结合的方法，研究了孤岛工作面回采过程中覆岩结构及能量聚散演化特征。结果表明：孤岛工作面无煤柱侧采空区贯通后，高位“T”形梁与低位基本顶覆岩积聚的弯曲变形能与重力势能瞬间转化为动能是诱发采场阶段性矿震扰动的主要原因；孤岛工作面回采前，能量主要积聚在煤层两巷及其上部40 m顶板覆岩处，无煤柱侧端头及煤柱能量积聚高于中部，呈弧形向底板延伸；孤岛工作面回采后，能量向遗留煤柱和关键层转移，遗留煤柱能级显著上升，易诱发煤柱片帮滑移灾害。工程实践表明，预裂爆破切顶降低了顶板大面积来压风险及巷道单体支架压力，能够消除孤岛煤柱，达到安全高效无煤柱接续开采目的。

松散层-关键层协同运动规律及土拱力学模型研究

于美鲁, 张晨阳, 马定, 王中文, 顾清恒, 左建平, 张通, 李春元

2026, 43(3):  674-684.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2025.0391

摘要 ( 23 )   PDF (72473KB) ( 34 )  

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针对西部矿区高强度开采下松散层-关键层协同变形机制不明晰的问题，引入土拱效应概念，结合关键层理论，分析松散层与关键层的协同变形机理。通过拱形梁法建立协同变形力学方程，揭示土拱跨、高与力学参数及关键层来压步距的定量关系，并依托柠条塔矿区地质条件开展相似材料模拟试验。研究表明：土拱形态与松散层类型密切相关，风积沙土拱高跨比恒定，黄土与砂黄土呈非线性演化，其中黄土成拱稳定性最佳；一次性开挖长度过大会导致土拱由半圆形向扁拱形演变。关键层控制松散层运移模式，松散层通过应力传递影响关键块结构与破断步距，松散层-关键层之间存在协同与非协同两种运动模式，后者因土拱失稳易诱发动载冲击，增加覆岩结构失稳风险。土拱的整体失稳可导致地表台阶状剪切裂缝并贯通至工作面。研究成果为西部矿区生态化开采与岩土协同调控理论发展提供依据，对优化采动损害防控、推动矿区绿色低碳发展具有实践意义。

基于顶板耦合的厚煤层开采初次来压步距研究

贺恩磊, 庞迎春, 李海燕, 孟志明, 夏茂哲, 聂锋

2026, 43(3):  685-696.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2025.0461

摘要 ( 19 )   PDF (11855KB) ( 25 )  

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为揭示深部煤层开采顶板初次来压步距的形成机理，以淮北矿区某矿厚煤层工作面开采为背景，基于断裂力学与薄板弯曲理论，构建了“直接顶-基本顶”双层耦合薄板模型，引入层间耦合刚度表征两层岩板的协同变形效应，推导了强、弱耦合条件下初次来压步距的解析计算式。利用3DEC软件建立了三维离散元模型，对直接顶厚度、基本顶厚度及两者弹性模量开展参数敏感性分析。结果表明：随层间耦合刚度、直接顶厚度及基本顶厚度增大，顶板整体抗弯刚度提高，能量释放滞后，初次来压步距显著增大。基于此，通过现场厚煤层工作面开采监测验证，结果显示实际初次来压步距为25.6 m，与理论计算值26.7 m及数值模拟值26 m基本一致。研究成果可为深部厚煤层工作面来压步距预测及矿压控制提供理论依据与技术参考。

深部煤矿破碎岩体储水采热空间热-流-固耦合试验研究

朱存利, 周跃进, 张吉雄, 李振, 朱超斌, 李猛

2026, 43(3):  697-708.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2025.0304

摘要 ( 13 )   PDF (21187KB) ( 26 )  

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采空区破碎岩体具有高渗透性与高空隙率特征,为煤炭-水热型地热资源开发提供了新思路,而研究热-流-固(THM)耦合条件下深部煤矿破碎岩体储水采热空间中的温度场演化规律,是实现矿井地热能高效开发的重要前提。采用自主研制设计的破碎岩体储水采热空间温度场演化试验系统,开展了破碎岩体热-流-固耦合特性试验。结果表明:在采热阶段,对流换热作用导致采热空间温度逐渐降低;进入恢复阶段,热量补给使采热空间温度逐步回升。采热空间温度分布云图呈“凹”形结构,表现为中部温度低、两侧温度高的特征。随着原岩温度升高,采热周期相应延长;当原岩温度从50 ℃升至65 ℃时,采热周期最大增幅达164％。水介质初始温度较低更有利于提升采热空间内的对流换热效率。而当破碎岩体粒径处于 0～5 mm 范围时,换热通道难以形成,这表明较大的粒径分布更利于热量传导。本文丰富了破碎岩体空间热-流-固耦合特性相关研究,为深部矿井地热能开发提供了试验基础。

法向应力对煤充结构体界面剪切行为的影响

赵彦同, 史旭东, 白锦文, 崔博强, 吴凡, 侯斌, 冯国瑞,

2026, 43(3):  709-721.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2024.0053

摘要 ( 19 )   PDF (38070KB) ( 27 )  

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界面剪切破坏是煤充结构体典型的失稳模式之一。法向应力对煤充结构体的界面剪切力学行为具有重要的影响。开展了0.6,1.2,1.8,2.4和3.0 MPa等5种法向应力情形下煤充结构体锯齿界面破坏的单面剪切试验,分析了煤充结构体界面的剪切力学特性,研究了不同法向应力对煤充结构体界面破坏模式与受力状态的影响,并构建了剪切条件下煤充结构体界面发生爬坡、啃断和滑移破坏的理论模型。结果表明:煤充结构体界面剪切强度随法向应力的增大呈“线性递增”的变化趋势。法向应力的增大会改变煤充结构体界面的应力分布,导致其最终的破坏模式的差异性:法向应力较小时,当界面锯齿表面所受荷载超过了其抗剪强度,会发生爬坡破坏;随着法向应力的增大,煤体元件或充填体元件锯齿端部所受荷载超过了其抗剪强度,发生啃断破坏;当煤充结构体整体所受荷载超过其抗剪强度时,则出现滑移破坏。煤充结构体界面剪切破坏理论模型能够较好地预测煤充结构体发生三类破坏时的剪切强度。

非均匀应力下含缺陷砂岩失稳机制研究

刘刚, 魏国庆, 王盛旋, 昝永龙, 秦艺峰

2026, 43(3):  722-735.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2025.0352

摘要 ( 21 )   PDF (24320KB) ( 29 )  

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针对回采巷道因顶板“小悬臂结构”引发的非均匀应力状态及矩形巷道围岩失稳问题，开展“凸形”“梯形”和“凹形”3种非均匀应力加载条件下含矩形缺陷砂岩力学试验，探究其力学响应特性与能量演化规律，揭示了非均匀应力下缺陷砂岩协同破裂特征。结果表明：“梯形”加载条件下砂岩峰值应力最高，较“凸形”应力加载条件下其抗压强度较大，并且线性阶段最长，体现了“分层缓冲”优势；“凸形”加载条件下岩样单斜裂纹快速贯通，承载能力最弱，声发射能量呈单峰骤降趋势，能量耗散较少；“凹形”加载条件下，通过阶梯状裂纹扩展实现了能量渐进耗散，累计声发射能量最高；非均匀应力下含矩形缺陷砂岩应力、应变、塑性区演化规律与上部应力具有相关性，其中，高应力区的演化最为剧烈，是岩石内部损伤的主导区域；非均匀应力会引发砂岩局部快速失稳，非均匀应力特征与强度、剪切破坏比例及总能量具有相关性。研究成果对非均匀应力下巷道稳定性控制及差异化支护具有重要理论意义。

锯齿起伏角对断层剪切滑移特性影响研究

汪昕, 姜祎, 王晏灵, 李贲, 姜昊, 刘造保

2026, 43(3):  736-747.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2025.0490

摘要 ( 17 )   PDF (49821KB) ( 29 )  

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针对深部开采中断层滑移型岩爆灾害，研究断层面几何形状对断层剪切滑移破裂的影响、探讨断层滑移型岩爆发生的前兆特征，对深入理解因断层面剪切滑移引起的岩爆灾害具有重要意义。通过室内双轴剪切试验并结合应变与声发射联合监测，系统研究了锯齿角度（0°，10°，30°和45°）对预制绿砂岩断层岩样滑移特征的影响。结果表明：锯齿角度主导破坏模式转变，低角度锯齿断层（≤10°）以“爬坡-滑移”为主，诱发局部应力集中与明显剪胀效应；高角度锯齿断层（≥30°）转为“啃咬破裂”，抑制切向位移并削弱剪胀，该现象源于锯齿面应力状态变化（法向应力σ_s增加, 剪应力τ_s降低）。锯齿角度调控剪应变的积累过程与空间分布，其中30°断层剪应变累积量最高（6％）。断层滑移的声发射能量释放模式随锯齿角度增大而改变，其累积能量曲线可划分为3个演化阶段，随着锯齿角度增大，Ⅱ~Ⅲ阶段能量释放占比增大，高角度断层（45°）Ⅱ~Ⅲ阶段能量占比可达968％，预警时间更短；剪切裂纹占比总体呈增长趋势（锯齿角度由0°增加至45°时，剪切裂纹占比由53.5％增至58.1％），裂纹范围扩大。研究结果可为断层滑移型岩爆临界预警提供试验依据。

煤矿多灾震动信息一体化监测系统设计与应用

秦凯, 叶锦娇, 王彦斌, 李晓晗, 徐阳

2026, 43(3):  748-757.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2025.0319

摘要 ( 31 )   PDF (12900KB) ( 34 )  

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针对深部开采多灾并存矿井煤岩破裂震动信息一体化监测难度大、多套系统维护成本高等问题，设计了一种面向冲击地压、煤与瓦斯突出、突水3种灾害共用的震动监测系统。该系统由多类型震动传感器、高精度数采分站及数据分析引擎构成。结合 3 种灾害的震动监测需求，设计了涵盖4种主频、4类安装方式的震动传感器，其频带范围达0.1~2 000 Hz；研发分布式高精度数据采集分站，通道与分站间震动信号的时间同步一致性最大误差仅794 ns；采用U-Net深度学习地震信号到时拾取方法，搭配 STA/LTA 算法及灵活的通道时空相关性分组策略，有效降低了其他区域通道干扰对本测区有效事件识别和到时拾取的影响，显著提高了微震事件尤其是小能量微震事件的识别准确率。工程实践表明：该系统实现了冲击地压、煤与瓦斯突出、突水3种灾害不同频率震动信号的采集、时间同步、事件识别和按需可视化，具有较好的实时性和准确性，为多灾并存矿井震动场监测提供了新的解决方案。

复合改性自适应缓凝封孔材料研制与多目标性能协同优化

李振, 张汝萍, 冯国瑞, 柳路妍, 徐海宁, 刘驰原, 程明明, 赵文斌

2026, 43(3):  758-775.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2025.0458

摘要 ( 15 )   PDF (10783KB) ( 25 )  

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为实现工业固废资源化利用与钻孔密封质量提升的双重目标，以钠基膨润土和工业固废粉煤灰为基料，以增稠剂掺量A、保水剂掺量B、表面活性剂掺量C及水灰比D为变量，选取黏度Y₁、保水率Y₂和接触角Y₃为响应指标，采用响应面Box-Behnken设计结合满意度函数多目标优化方法，开展多组分复合改性自适应封孔材料研制及多性能协同优化研究。结果表明：单因素试验确定各变量因素的合理掺量范围：增稠剂 4.0%~6.0%、保水剂 0.4%~0.8%、表面活性剂 3.0%~5.0%、水灰比 9.5~12.5，可初步实现黏度、保水率和接触角的性能平衡；多因素复合交互作用对材料目标性能影响显著：A与D交互对Y₁影响最大，B与D交互对Y₂影响最为突出，而Y₃主要受C与D协同调控；多目标性能协同优化下材料最佳配比：钠基膨润土与粉煤灰配比为5∶1，增稠剂掺量4.13%、保水剂掺量0.53%、表面活性剂掺量4.00%、水灰比11.17，整体满意度达0.71，可最大化实现材料黏附性、保水性与润湿性的综合优化。研究结果对推进钻孔裂隙动态长效密封技术发展具有重要应用价值。

碱激发复合堵漏阻燃材料力学特性及细观损伤机制研究

张树娟, 王凯飞, 车驰远, 刘阳, 杨胜强,

2026, 43(3):  776-786.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2025.0392

摘要 ( 21 )   PDF (42918KB) ( 25 )  

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为解决西部高矿压、大空间采空区漏风导致煤自燃问题,采用锂渣、粉煤灰和矿渣3种工业固废制备碱激发复合堵漏阻燃材料。通过单轴压缩试验与PFC^2D颗粒流数值模拟,研究了不同碱模数与胶凝材料比例对材料宏观力学性能及细观破坏机制的影响规律。结果表明,适当提高碱模数与优化锂渣比例可显著改善材料的力学性能,其中碱模数为1.2、胶凝材料比例(锂渣∶粉煤灰∶矿渣)为12∶38∶50的配比组强度最优,其峰值应力和塑性变形应力分别达到41.93 MPa和34.74 MPa。数值模拟结果显示,优化材料配比能够促进形成更加致密均匀的力链网络结构,力链强度提高20％～25％,裂纹数量减少约35％,孔隙率降低约20％,从而有效提升材料的整体承载性能。

联合注水注氮条件下煤体残余水动态分布特征研究

王刚, 宋来晨, 徐浩, 陈雪畅, 梁瀚丹, 贾烁

2026, 43(3):  787-802.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2025.0276

摘要 ( 14 )   PDF (18124KB) ( 25 )  

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为探究煤层注水与氮气驱替条件下残余水的赋存机制及动态分布规律,提升两项技术在煤层气开采中的联合应用效果,以乌东烟煤煤样为研究对象,基于低场核磁共振设备及配套气液两相注入、高温高压循环系统,开展固定注水压与变化氮气驱替压、变化注水压与固定氮气驱替压两种条件下的注水注氮联合驱替实验。提出残余水饱和度指标计算公式及区分煤体残余水赋存与运移结构分形特征的方法,探讨注水条件下煤体不同尺度孔隙动态演化过程,并结合NMR三维可视化表征技术分析联合注水注氮条件下残余水赋存机制。结果表明:6 MPa 氮气驱替后,与注水饱和状态相比,大孔及裂隙残余饱和度降至4.92％(降幅最大),中孔降至77.46％,微小孔降至97.64％(降幅最小);不同尺度孔隙氮气驱替难度排序为:微小孔>中孔>大孔及裂隙。注水注氮交替存在“氮气阻碍”现象,即注入的氮气会抑制二次注水效果,且与大尺度孔裂隙相比,煤样内赋存的氮气对小尺度孔隙的影响更显著。联合多重分形理论与“T_2c”截止值法,提出“T_2rc”残余截止值法,用于界定残余水赋存结构与运移结构,实验煤样T_2rc值分别为108.8和27.57 ms。煤层注水对煤体残余水的赋存结构与运移结构均具有扩展效应,且随注水压升高而显著增强。煤体赋存结构与运移结构的残余水饱和度随注水压升高呈相反的演化趋势:由微小孔主导的赋存结构,经扩展改造后水分赋存含量增加,且因该类孔隙驱替难度大,残余水饱和度升高;由大孔及裂隙主导的运移结构,扩展改造后孔裂隙连通性增强,降低了驱替难度,残余水饱和度下降。