采矿与安全工程学报

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1. 基于 C-S 双液浆含水层注浆的井壁应力响应研究

赵光思, 王正宇, 杨欢, 史朝阳, 陈子轩,

采矿与安全工程学报 2025, 42 (6): 1240-1251. DOI: 10. 13545 / j. cnki. jmse. 2024. 0293

摘要（429）

PDF（pc）（3596KB）（154）

含水层注浆加固是防治立井井壁因周围含水层疏水沉降而破裂的有效方法。采用水泥水玻璃(C-S)双液浆,依据浆液凝胶时间及其结实体抗压强度正交试验结果,确定C-S双液浆在含水层注浆加固中的最优配比;在此基础上,建立FLAC^3D数值模型,探究不同注浆时机下加固距、注浆压力参数和加固区作用对井壁应力状态的影响。研究结果表明:水玻璃浓度40°Bé、水灰比0.75、水泥水玻璃体积比1∶0.03的浆液配比,既能在含水层注浆加固中发挥水玻璃催化反应作用,又能保持结石体的一定强度;中部含水层(中含)疏水沉降造成的井壁竖向应力随深度增加呈非线性增大,且对井壁附加力的影响范围大于底部含水层(底含);中含注浆的最佳加固距为2～5倍井壁外径,此范围内注浆可有效降低井壁竖向应力;结合加固距和井壁竖向应力增长率的变化,中含压缩量达到井壁外径的7.5％时是进行注浆加固的最佳时机。研究可从浆液配比、加固范围和加固时机等方面，为特殊工况下围土注浆防治井壁破裂工程提供理论支撑。

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2. 基于破岩比能的钻井法凿井侏罗系岩层可钻性分级方法

程桦, 王晓云, 姚直书, 郭龙辉, 林键

采矿与安全工程学报 2025, 42 (6): 1229-1239. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0222

摘要（423）

PDF（pc）（2571KB）（263）

针对西部地区侏罗系泥质胶结岩层钻井法凿井破岩效率低下问题,开展该类岩层可钻性分级方法研究。测试西部地区典型侏罗系不同岩性的完整性系数、贯入度、脆性指数、硬度和磨蚀性指数等可钻性特征参数;分析岩石的荷载贯入度曲线变化规律和破坏形态,以及贯入度与主要可钻性特征参数间的关系,给出破岩比能SE与地下工程岩体质量指标［BQ］的关系式;基于《标准》分级框架,提出以破岩比能SE和岩石可钻性特征参数作为分级指标的侏罗系岩石可钻性分级方法。研究表明,侏罗系岩石贯入曲线可分为非线性压密、密实核形成和发展、裂隙扩展及峰后破坏4个阶段,且具有显著的塑性破坏特征;破岩比能SE与岩石单轴抗压强度、岩体完整性系数、硬度、磨蚀性指数CAI呈正相关,与脆性指数呈负相关;基于西部矿区某中央回风立井钻井法凿井工程钻进数据,验证了提出的侏罗系岩石可钻性分级方法的有效性和准确性。研究结果可为西部矿区侏罗系岩层钻井法凿井可钻性评估预测,以及类似条件高效钻进技术研究提供有益参考。

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3. 特厚煤层综放窄煤柱沿空煤巷切顶护巷效应与围岩控制

翟文立, 何富连, 王振, 刘东明, 宋佳宇, 伍严灏, 许旭辉

采矿与安全工程学报 2025, 42 (6): 1252-1268. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0040

摘要（394）

PDF（pc）（18872KB）（146）

针对大同矿区特厚煤层窄煤柱沿空煤巷受大采出空间、强采动等影响引发的大变形难题,以马道头矿为工程背景,综合运用现场实测、数值模拟和现场试验等方法,研究基本顶断裂线位置、预裂切顶对沿空煤巷围岩偏应力全周期演化规律的影响。研究揭示基本顶断裂线位于实体煤上方、采空区上方时不利于沿空巷道围岩稳定的原因。深入分析掘进、回采阶段预裂切顶效应可知,预裂切顶能够降低沿空巷道围岩畸变能,应力峰值向远离巷道的位置偏移,同时在一定程度上改善沿空巷道围岩应变环境。通过现场试验实施 “切-锚-支-注” 综合控制策略后,沿空煤巷在掘进、回采阶段的稳定性良好,巷道整体变形可控。

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4. 锚杆(索)预紧力转化与损失规律研究及工程应用

徐强, 夏泽, 姚强岭, 李学华, 都书禹,

采矿与安全工程学报 2025, 42 (6): 1292-1301. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0235

摘要（371）

PDF（pc）（2292KB）（615）

锚杆(索)预紧力是影响巷道围岩稳定性的关键参数,其转化效率与损失规律直接关系到支护系统的性能与工程安全。针对现阶段预紧力转化效率低、损失显著等问题,基于大型类岩物理模型,系统开展不同锚固长度(35,49,70 cm)与偏转角度(0°,15°)条件下的锚杆预紧力加载试验。结果表明:适中的锚固长度(49 cm)转化效率最佳,过短或过长均不利于预紧力有效转化;偏转角度对短锚固锚杆有积极作用,但对长锚固锚杆可能产生不利影响。锚索方面,通过对加载、卸载和围岩变形3个阶段的预紧力演化过程分析,识别出摩阻衰减、弹性回缩及围岩适应性变形为主要损失机制,其中张拉过程中的界面摩擦、张拉泵卸载过程中的弹性回缩导致的预紧力损失可达50％。现场工程试验表明,采用高预紧力加载能有效提升支护系统稳定性,保障工作面安全高效回采。研究成果为高预紧力支护技术的优化设计与工程应用提供了理论支撑和数据参考。

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5. 煤矸石混合料路面基层材料力学性能试验研究

黄鹏, 隗义美, 李猛, 赵成燚, 滕新勇, 马书轩

采矿与安全工程学报 2026, 43 (1): 48-57. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0096

摘要（342）

PDF（pc）（10658KB）（132）

研究提出一种矸石-粉煤灰-水泥-纤维（GFCF）复合煤矸石无机结合料，通过矿物成分分析、化学组分测试及烧失量测定，系统评估了煤矸石、水泥、粉煤灰与纤维的物化特性；基于4种煤矸石粒径级配-水泥-粉煤灰配比的正交实验，结合7 d与28 d龄期无侧限抗压强度（UCS）、劈裂强度及抗压回弹模量测试，揭示了胶凝材料掺量对力学性能的调控机制；进一步探究纤维掺量（0.2%~0.8%）对GFCF性能的增强效应。结果表明：当Talbot级配理论指数n=0.4，煤矸石-粉煤灰-水泥质量比82∶12∶6时，矸石-粉煤灰-水泥（GFC）路面基层混合料28 d UCS达11.98 MPa，劈裂强度1.38 MPa，在此基础上纤维掺量为0.6% 在28 d龄期时，纤维-基体界面黏结力的发展使混合料在受力时形成三维约束网络，最终使无侧限抗压强度增加40.90%、劈裂强度增加65.90%，较GFC路面基层混合料无侧限抗压强度提升20.78%、劈裂强度提升9.42%。研究为煤矸石规模化路用提供了优化配比理论支撑，可推动固废资源化与低碳交通建设的协同发展。

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6. 预脉冲组合水力压裂下水力裂缝扩展机理研究

魏超, 蔚立元, 张波, 林春金, 王有石, 耿莘涛

采矿与安全工程学报 2025, 42 (6): 1479-1491. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0058

摘要（339）

PDF（pc）（8155KB）（97）

为提升深部低渗岩层压裂改造效果并降低破裂压力，基于脉冲与静压水力压裂技术特点，建立了预脉冲组合压裂岩石破裂模型及相应工艺方法。通过试验与数值模拟相结合的方式，研究了预脉冲组合压裂作用下水力裂缝扩展机理，对比分析了静压、脉冲及预脉冲组合3种压裂模式下水力裂缝与天然裂缝的相互作用规律，揭示了预脉冲组合压裂过程中压裂缝网的形成机制。研究结果表明：预脉冲组合压裂的预脉冲加载阶段使试样产生疲劳损伤，降低了组合压裂静压加载阶段的试样破裂压力，静压加载阶段的高水压促进了水力裂缝沿损伤区域深入扩展；预脉冲组合压裂方法增强了水力裂缝与天然裂缝的相互作用，水力裂缝比静压和脉冲压裂能更好地沟通天然裂缝，多条水力裂缝扩展到天然裂缝，并沿天然裂缝和穿透天然裂缝扩展，有利于形成复杂压裂缝网；预脉冲组合压裂下压裂液沿水力裂缝和天然裂缝面的扩散范围比静压压裂和脉冲压裂更大，提高了缝网压裂效果。

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7. 沿顶掘进沿底综放机巷变形的尺寸效应及支护技术研究

华心祝, 杨勇, 杨朋, 张九洲, 张永松, 李琛,

采矿与安全工程学报 2026, 43 (2): 263-279. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0333

摘要（339）

PDF（pc）（27770KB）（227）

顾北煤矿14321工作面初始设计为综采，巷道沿顶布置。为提高采煤效率和防止透水事故，综采500 m后转为综放开采。为适应综放开采要求，原沿顶布置的巷道需通过卧底增加巷道高度，由此产生高帮巷道。巷道尺寸效应导致围岩应力分布和位移发生变化，易引发围岩结构失稳和支护失效等问题。以14321工作面机巷为工程背景，基于复变函数理论分析巷道高宽比与侧压系数对围岩应力场分布的影响，结合危险函数理论探讨巷道边界不同方位及岩性的围岩破裂危险性，采用FLAC^3D数值模拟研究巷道围岩位移演化和塑性区扩展规律。结果表明：巷道高宽比和侧压系数对围岩应力场分布具有显著影响，随着机巷高度增加，帮部围岩更易出现应力集中区；软弱煤帮与底角泥岩在高应力环境下存在较高的失稳破裂风险；高宽比增大加剧了围岩塑性区的扩展，卧底后帮部塑性区宽度增加31.8%，采动应力叠加后总扩展超过36.2%，其位移量达到原尺寸巷道的2倍以上。为此，提出以煤帮改性为基础的“锚注-喷浆”协同加固与卧底方案。现场监测结果表明，机巷注浆加固后围岩裂隙发育程度明显降低，位移量显著减小，稳定性得到有效控制。研究成果可为厚煤层沿顶掘进沿底综放回采巷道设计及支护提供参考。

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8. 倾斜煤层开采覆岩裂隙分布规律试验研究

柴敬, 吕伟明, 韩志成, 朱海涛, 侯树宏, 马永生

采矿与安全工程学报 2026, 43 (1): 1-10. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0486

摘要（331）

PDF（pc）（9793KB）（519）

为研究倾斜煤层采动覆岩裂隙分布规律,选择枣泉煤矿150202工作面作为研究对象,将分布式光纤感测技术应用于物理相似模拟试验中,监测岩层内部应变,并结合分形理论,得到不同工作面长度下覆岩裂隙分形维数云图,定量表征了覆岩裂隙发育程度和分布特征;提取光纤沿线处的裂隙分形维数,进一步分析了光纤应变数据与覆岩裂隙分形维数之间的关系。研究表明:工作面两侧裂隙发育更充分,工作面上部贯通裂隙分布更集中,覆岩裂隙分形维数呈现两头高中间低的驼峰状,工作面上部峰值宽度小于工作面下部;裂隙率和分形维数总体均呈现上升趋势,覆岩裂隙分形维数呈上升—稳定—下降的周期性发展趋势;模型开挖过程中水平光纤应变曲线由单峰、双峰状向三峰状演变,由于煤层倾角的影响,光纤应变呈非对称分布特征,其左侧峰值远大于右侧,水平光纤沿线的裂隙分形维数峰值分布特征与光纤应变峰值分布特征保持一致;覆岩裂隙分形维数云图有分区特征,垂直光纤应变和其沿线分形维数曲线都呈现台阶状,台阶分界面与覆岩“三带”裂隙发育高度相对应,给出了垂直光纤应变与其分形维数之间的函数关系。研究结果为分布式光纤传感技术表征覆岩裂隙发育程度提供参考。

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9. 侧向循环冲击下锚固结构损伤累积突变效应试验研究

王朋, 张农, 阚甲广, 韩昌良, 谢正正, 魏群, 项哲,

采矿与安全工程学报 2025, 42 (6): 1278-1291. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0174

摘要（314）

PDF（pc）（6576KB）（92）

侧向循环冲击引起的锚固结构疲劳损伤及性能劣化是深部地下空间失稳破坏的重要诱因。以锚固结构承载性能衰减与裂隙演化的内在关系为主线,揭示侧向循环冲击下锚固结构的累积损伤及突变失稳效应。首先,开发出一套预应力实体锚杆锚固结构冲击试验装置与方法,能较好还原现场侧向循环冲击应力路径;其次,开展锚固结构侧向循环冲击试验,阐明其动力学响应特性,发现预紧力损失可分为震荡下降、拉伸增长、缓慢下降和破坏下降阶段,抗冲击能力与能量水平成反比,以250 J为基准,150 J及350 J能量下抗冲击次数变化幅度分别为1 455.6％和55.6％,且与锚固长度成正比,以端头锚固为基准,加长锚固及全长锚固抗冲击次数变化幅度分别为144.4％和233.3％;然后,构建侧向冲击下锚固结构三介质两界面力学模型,明确剪切压缩应力、拉伸应力与压拉快速转换形成的震荡效应是导致锚固结构承载性能衰减的主要内在因素,而预紧力阶段性降低及轴力波动变化则是震荡效应与拉伸效应相互抵抗的外在表现;最后,揭示侧向循环冲击下锚固结构的累积突变失稳效应,即介质破裂-界面脱黏-承载力衰减互馈叠加引发整体突变失效,失效过程依次为震荡主导阶段、震荡／拉伸／剪切主导阶段及剪切主导阶段,压缩效应贯穿始终,整体从震荡效应向拉伸效应再向剪切破坏效应逐渐演化,进一步提出针对性控制策略,为深部冲击动载巷道长期稳定性维控提供借鉴。

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10. 多源煤基固废制备保水采煤充填材料流变及力学特性研究

于坤鹏, 马立强, NGO Ichhuy

采矿与安全工程学报 2025, 42 (6): 1443-1454. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0285

摘要（313）

PDF（pc）（3983KB）（105）

以脱硫石膏、气化渣和炉底渣等多源固废为原料,制备并分析不同配比充填材料性能。在多源煤基固废(Multi-Source Coal-Based Solid Waste,MCSW)反应过程中,原材料首先发生水化反应生成C-A-S-H和AFt凝胶,碱性激发剂加速C-A-S-H和AFt凝胶的生成,使MCSW具有快速早强特征。随着MCSW进一步水化反应,碱性激发剂会促进火山灰反应的发生,进而促使更多水化产物的生成,有利于MCSW强度的提高。在采用泌水率、结石率实验,黏度、凝结时间、无侧限抗压强度(UCS)测试,X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)-X射线能谱仪(EDS)分析的基础上,研究了MCSW的力学性能和微观组织,揭示了MCSW材料性能演化规律和增强机制。充填材料MCSW掺量超过90％,28 d强度超过2 MPa,初凝时间在240~480 min之间,终凝时间在300~600 min之间。

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11. 全尺寸预应力锚索应力腐蚀开裂实验研究

吴赛赛, 牟子辰, 任建举, 汪朝, 顾清华,

采矿与安全工程学报 2025, 42 (6): 1302-1312. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0341

摘要（301）

PDF（pc）（4138KB）（257）

在国内外深部资源开发过程中,复杂工程地质条件和腐蚀环境导致的锚索应力腐蚀开裂已成为威胁矿山安全与正常生产的关键技术难题。尽管当前针对锚固材料应力腐蚀的研究取得一定成果,但深部腐蚀环境下巷道锚固结构失稳破坏问题仍未从根源上解决。为深入探究深部腐蚀环境中锚索应力腐蚀开裂的损伤失效现象,创新性地设计并构建全尺寸锚索拉伸实验装置,该装置运用周期性增加应变法,通过“腐蚀细胞”模式模拟锚固材料使用环境,开展全尺寸锚索试样的应力腐蚀开裂实验,测试并探讨不同种类锚索(包括锚索钢绞线数量、缠绕方式及表面粗糙程度)对应力腐蚀开裂的敏感度,同时通过检测锚索断裂的微观特征及裂隙传播方式,研究应力腐蚀开裂过程(裂纹萌生、扩展和最终断裂)的失效机制。研究结果表明:锚索钢绞线表面粗糙程度一致时,所含钢绞线数量越多,对应力腐蚀开裂的敏感度越低;钢绞线数量相同时,表面越粗糙,对应力腐蚀开裂的敏感度越高;表面为锯齿状的锚索虽能提升与水泥浆的黏结强度、增强荷载传递能力,但锯齿状外观致使钢丝横截面减小及高应力集中,反而增加应力腐蚀失效率。设计构建的全尺寸锚索拉伸实验装置及周期性增加应变实验方法,不仅可用于本研究模拟实验,还能广泛应用于其他工程领域锚固材料应力腐蚀开裂的实验室研究,实验结果可为不同地质与环境条件下锚索的设计选用、加固及使用维护提供坚实的理论基础与技术支撑,有助于提升矿山安全与生产效率。

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12. 渗流作用下高陡边坡时效变形特性及演化规律研究

孙闯, 樊佳康, 金淳哲, 陶泽

采矿与安全工程学报 2025, 42 (6): 1455-1466. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0111

摘要（298）

PDF（pc）（5822KB）（161）

我国露天煤矿在开采过程中受岩体结构、岩体蠕变和地下水渗流等多种因素影响,边坡经常发生局部变形、垮塌及滑坡,露天矿高陡边坡稳定性问题一直是岩土工程的重难点。为分析渗流作用下露天矿高陡边坡时效变形特性与演化规律、预测边坡稳定性,以抚顺西露天矿北帮边坡为研究对象,通过室内试验揭示北帮弱层泥岩试样力学特性与蠕变特性。以伯格斯模型为基础,引入基于Mohr-Coulomb的应变软化非线性塑性元件,将二者串联构建了NBSS泥岩蠕变损伤模型,并采用离散元方法验证了模型的适用性。基于离散元UDEC数值模拟软件，建立北帮边坡精细化数值模型,考虑岩体蠕变和裂隙渗流,模拟北帮边坡在渗流作用影响下的时效变形及演化规律。研究表明:NBSS蠕变损伤模型与室内试验曲线基本吻合,可以较好地反映泥岩蠕变特性;渗流作用与时间效应影响下,边坡逐步向非稳定状态发展,边坡滑移面基本形成,坡体后缘产生张拉裂隙,坡体整体遭受倾覆力矩作用,表现为压缩-倾倒变形机制;渗流作用下边坡时效变形的最大位移在坡脚处,由于下方土体滑移与断层影响,坡顶处也出现不同程度的沉降。模拟结果与现场地质雷达监测结果相符,验证了模拟结论的正确性。

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13. 单一低透厚煤层水力造穴增透机制及技术参数优化研究

贾策, 范超军, 李胜, 杨雷, 王学增, 罗明坤, 杨振华, 刘全

采矿与安全工程学报 2025, 42 (6): 1504-1518. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0372

摘要（293）

PDF（pc）（9479KB）（112）

为研究单一低透厚煤层水力造穴卸压增透机制,提出了基于FLAC^3D耦合COMSOL的水力造穴强化瓦斯抽采数值模拟方法,构建了损伤-塑性应变-渗透率方程,并采用FISH语言对FLAC^3D进行二次开发实现渗透率演化计算。基于Langmuir方程、Darcy渗流定律和Fick扩散定律,结合煤层气-水运移规律,推导建立了气-水两相流数学模型。研究结果表明:水力造穴作用使洞室周边煤体最大主应力显著增大而最小主应力明显降低,进而引发煤体损伤破坏。水力造穴形成的损伤区范围可达常规抽采钻孔的7.6倍。造穴过程产生的煤体损伤有效提升了煤层渗透率,其中渗透率增幅主要集中在卸压影响区内。从瓦斯含量和瓦斯压力变化规律来看,当钻孔间距设置为3 m、造穴间距为9 m时,可确保120 d抽采期内达标。现场应用表明,实施水力造穴后钻孔应力计监测到的应力值降幅达45%，水力造穴工艺的初始瓦斯抽采浓度达到常规钻孔的2.2倍。实测结果证实水力造穴技术具有显著的卸压增透效应,能够有效提升瓦斯抽采效率。该研究成果为煤矿瓦斯灾害防治提供了重要的理论依据和实践指导。

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14. 采动应力干扰下分段压裂裂缝竞争扩展规律及诱导应力场演化机理

时培涛, 闫浩, 张吉雄, 陈驰, 金磊林,

采矿与安全工程学报 2026, 43 (1): 173-187. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0127

摘要（293）

PDF（pc）（14687KB）（129）

压裂技术在煤层增透、促进顶煤冒放、顶板压裂防冲等方面应用广泛。在煤层或顶板中压裂时,采掘活动引起的扰动应力场将直接影响裂缝扩展规律和压裂效果。基于采动应力场中压裂工程背景,提出了采动应力张量变换下压裂模拟方法,通过二次开发SIGINI子程序实现了平衡态预定义采动应力场,研究了在旋转应力场中分段压裂时裂缝面的扩展规律,并基于李群和李代数描述了诱导应力场三维演化规律。结果表明:在原始地应力场中,随着压裂段间距的增大,裂缝面平均粗糙度和最大高度差总体呈下降趋势,中间裂缝面粗糙度往往最小,表明压裂段间距的增加弱化了缝间应力阴影的影响；在旋转应力场中,中间裂缝面粗糙度往往最大,说明其在扩展过程中弯曲较多；裂缝诱导应力场使部分区域应力发生重定向,并且使应力值大幅变化,从应力阴影到原始地应力区,最小主应力值增加了16.2％,中间主应力值增加了8.5％,最大主应力值减小了71.1％；在裂缝诱导应力场影响范围内,相邻裂缝竞争扩展,旋转应力场推动裂缝面偏转到诱导应力场范围内,受诱导应力场和旋转应力场双重影响,裂缝形态更加复杂。

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15. 下位采动诱发煤柱群-覆岩互馈失稳特征研究

李浩男, 白锦文, 冯国瑞, 史旭东, 马俊彪

采矿与安全工程学报 2025, 42 (6): 1348-1359. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0110

摘要（284）

PDF（pc）（4097KB）（539）

以元宝湾煤矿6107工作面为工程背景,采用相似模拟、数值模拟及理论分析相结合的方法,划分了下位采动诱发煤柱群-覆岩的链动破坏过程,揭示了下位采动过程中煤柱群的应力演化规律,分析了下位采动诱发煤柱群-覆岩互馈失稳特征,解析了覆岩载荷及采动支承压力叠加影响下煤柱群的载荷响应特征,揭示了采动影响下煤柱群-覆岩互馈失稳的关键柱诱灾机理。结果表明:下位采动诱发煤柱群-覆岩的链动失稳过程可以划分为4大阶段,即煤柱群链动失稳孕育阶段、煤柱群链动失稳启动阶段、煤柱群链动失稳扩展阶段、煤柱群-覆岩互馈作用失稳阶段。柱式采空区下位煤层开采过程中,关键柱对煤柱群应力演化具有主控作用。煤柱群-覆岩互馈失稳特征体现在:随着关键柱的率先失稳,煤柱群链动失稳启动,触发级联效应,载荷极速传递与扩展,进而使得邻近煤柱群呈现出链动失稳特征;与此同时,覆岩失去支撑,大范围沉降,造成强大的冲击载荷,将覆岩自重传递至煤柱群,进一步带动更大规模煤柱群的链动失稳,引发下位工作面的强矿压显现,甚至造成压架事故。构建了覆岩均布载荷和采动支承压力叠加影响下煤柱群-覆岩承载体系的多跨连续梁力学模型,发现了煤柱群的非均衡承载特性,且关键柱承受的载荷最大,极易发生早期失稳破坏,进而诱发覆岩载荷和采动支承压力向相邻煤柱中转移和扩散,并带动整个煤柱群-覆岩体系的链动失稳。该研究有望为柱式采空区下位煤层安全绿色高回收率开采提供理论支撑与科学依据。

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16. 采煤工作面双层坚硬悬顶水力压裂可控竖向切顶方法

刘江伟, 刘耀友, 刘长友, 余鑫

采矿与安全工程学报 2025, 42 (6): 1324-1335. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0292

摘要（284）

PDF（pc）（4071KB）（168）

首次提出一种水力压裂沿煤壁竖向断裂方法,可利用顶板岩层的弯曲变形产生的水平附加张拉应力,通过合理布置压裂点以促进水压裂缝的竖向起裂和扩展,从而达到竖向切断顶板的目的。研究揭示了最大水平拉应力的水力裂缝竖向起裂、扩展的力学机理;分析出高位石灰岩层的合理断顶位置距离煤壁更远,且随着悬顶长度、厚度、弹性模量及煤层弹性垫层系数的变化,断顶位置深入煤壁的距离逐渐增加,随着埋深的增加,合理断顶位置深入煤壁的距离略有增加。在西山煤电集团有限公司东曲煤矿18311工作面的工程应用中,该方法有效形成了竖向水压裂缝,成功切断了石灰岩层并促使灰岩顶板及时垮落。该方法具有可靠性和实用性,为现场施工提供了有效的指导。

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17. 超长充填刮板输送机形态表征与摩擦阻力分析

宗庭成, 张强, 杨康, 白雨, 金子山, 张斌, 邹明军

采矿与安全工程学报 2026, 43 (1): 58-69. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0623

摘要（281）

PDF（pc）（6943KB）（100）

针对固体充填刮板输送机在长度超过150 m时因弯曲段摩擦阻力占比剧增导致的断链、卡链等技术瓶颈，基于采场地质构造与输送机形态耦合关系，提出了超长充填刮板输送机弯曲形态表征与阻力调控理论。通过建立以S形曲线为基础的多段式弯曲形态力学模型，创新性构建了弯曲段几何参数与运行阻力的量化表征体系：首次推导出基于欧拉柔索理论的弯曲段摩擦阻力解析式，系统揭示了输送机在整机S形、整机V形及S+V复合型工况下的运行阻力演化规律；采用圆弧近似向斜轴V形弯曲过渡段形态，建立了弯曲过渡段几何参数与运行阻力的函数关系。基于新巨龙煤矿全国首例260 m超长SGZ800/1400型充填刮板输送机工程实践，开展跨向斜轴复杂工况下运载能力、刮板链安全系数等多参数校核计算。结果表明：当S形弯曲段长度超过100 m时，运行阻力随摩擦系数及长度呈指数增长，而V形过渡段长度增加可使曲率半径增大，过渡段每增长1 m阻力降低约1~2 kN；弯曲段位于输送起点侧时，运行阻力与弯曲段长度正相关，终点侧则呈现负相关特性，且平均阻力值较前者高约54.5%；弯曲度系数从0.3降至0.01时，单次充填时间缩短49.1%,有效运载功率提升68%~88%，通过运载量动态调控可使刮板链安全系数提升至3.5~4.0。工业性试验表明：该理论模型指导下的超长充填刮板输送机推采343 m过程中，矸石处理量达51.37万t，煤炭置换量53.15万t，成功实现深井复杂地质条件下260 m面长瓶颈的突破。研究成果初步验证了理论模型用于超长充填刮板输送机选型计算与运行阻力调控的有效性，为深井矸石规模化处置与绿色开采提供了理论依据。

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18. 基于Stacking算法与钻进参数的岩石单轴抗压强度预测

岳中文, 龙思晨, 闫逸飞, 张梦佳, 胡昊, 薛克军, 马文彪, 李杨,

采矿与安全工程学报 2026, 43 (1): 198-207. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0357

摘要（278）

PDF（pc）（27496KB）（117）

针对传统岩石强度参数测试方法周期长、成本高的问题，本文提出一种基于Stacking集成算法的新型岩石单轴抗压强度预测方法。通过自主研发的岩石数字钻探测试系统，对不同强度材料的组合试件开展数字钻探试验；选择4种不同的机器学习算法（包括支持向量机、随机森林、LightGBM和BP-神经网络），利用钻进数据训练相应的算法模型，探究钻进速度、扭矩和推进力与岩石单轴抗压强度之间的关系；采用双层Stacking框架融合4种抗压强度预测模型，构建集成算法模型，以解决单一算法模型预测精度不足、泛化能力差的问题。研究结果表明，Stacking算法模型在不同转速下对岩石单轴抗压强度的预测性能优异，300 r/min转速与400 r/min转速下对不同试件的单轴抗压强度预测结果决定系数R²基本高于0.9，优于其他4种基学习器，且平均绝对误差占实际强度值的比例小于5%。现场应用表明，Stacking算法模型能有效预测巷道岩层的岩石单轴抗压强度，可为岩体随钻探测研究提供新的思路和方法。

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19. 露天煤矿冻顶台阶加密空孔对爆炸应力波分布影响规律研究

马力, 王晓民, 金磊, 李雁飞, 张奇峰, 张佩翼, 张津鹏, 李新鹏, 张东旭, 刘忠伟, 李蒙博, 马宁

采矿与安全工程学报 2026, 43 (1): 188-197. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0093

摘要（275）

PDF（pc）（22739KB）（95）

为提高高寒地区露天煤矿岩石台阶深孔爆破效果,基于空孔对岩体中爆炸应力波传播导向及反射拉伸作用的假设,以加密孔夹角为影响因子，构建了加密孔条件下应力关系模型,提出了孔间加密与排间加密两种加密布孔方式,将数值模拟与现场试验相结合,探究了长加密孔应力波反射拉伸与损伤效果影响规律。结果表明:在相邻爆源作用影响下的最佳加密孔夹角为0°和45°;孔间长加密布孔对岩体爆破损伤的效果优于短加密孔;2 m排间加密方案中,加密孔附近未产生明显裂纹,主炮孔周围裂隙发育不明显,岩石平均大块率在4.32％左右;采用6 m孔间加密和6 m排间加密方案后,岩石平均大块率整体降为3.03％和2.34％,6 m孔间加密方案爆破破碎效果最佳。

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20. 温度影响下胶结充填体三轴压缩能量与损伤演化规律研究

秦广鹏, 刘炜震, 杜兆文, 李宁, 葛政辰, 张中腾, 沈远东, 王磊

采矿与安全工程学报 2025, 42 (6): 1409-1422. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0349

摘要（275）

PDF（pc）（3401KB）（234）

煤矿深部高地温环境已成为影响胶结充填体性能的关键因素之一,胶结充填体的稳定性对支撑上覆岩层和控制地表沉降至关重要,而胶结充填体的损伤失稳必然伴随着能量耗散。为研究高地温环境下胶结充填体能量与损伤演化特征,采用岩石动态三轴仪对不同温度(20,35和50 ℃)养护后的胶结充填体开展常规三轴压缩力学试验,结合能量守恒原理,分析三轴压缩条件下胶结充填体弹性能、耗散能和总能量演化特征,并基于耗散能探讨胶结充填体损伤演化规律。结果表明:随着养护温度的升高,在相同围压条件下,三轴压缩结束时,胶结充填体耗散能、总能量和弹性能耗比均先减小后增大。弹性能占比曲线和耗散能占比曲线近似呈“X”形交叉,弹性能耗比曲线由趋于零的平稳转变为持续上升的现象,可作为胶结充填体三轴压缩失稳破坏的前兆特征。基于耗散能建立的胶结充填体三轴压缩损伤本构模型,将胶结充填体损伤演化过程分为初始损伤、损伤发展和损伤加速增长3个阶段,与试验数据进行对比从而验证了模型的合理性,模型能够较好地描述不同温度养护后的胶结充填体在三轴压缩下的损伤演化特性;通过胶结充填体在三轴压缩结束时的损伤值,证实了养护温度升高使胶结充填体在养护过程中产生不同程度的热损伤。研究结果为评价深部高地温环境下胶结充填体损伤失稳提供了依据。

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