采矿与安全工程学报

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1. 矩形巷道围岩应力分布及塑性区演化规律分析

刘洪涛, 程文聪, 韩子俊, 刘勤裕, 吴双, 张荣光, 乔钟槿, 张熙莹

采矿与安全工程学报 2025, 42 (5): 998-1007. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0497

摘要（493）

PDF（pc）（12161KB）（193）

巷道围岩应力分布与塑性区范围是巷道支护参数设计时的重要参考指标,基于复变理论获得矩形巷道围岩应力解析解和塑性区隐性方程,运用控制变量法研究不同应力场下巷道围岩应力分布特征及塑性区演化规律,通过与等效圆法思想对比分析巷道局部不规则位置对塑性区分布的影响,并借助数值模拟验证理论分析的可靠性。研究结果表明:矩形巷道周边应力分布存在显著差异,应力环境的改变会导致巷道顶底板与两帮应力呈负相关变化,垂直于巷道轴向的围岩切向应力与径向应力均呈梯度变化,且在巷道围岩浅部区域两者变化幅度较大,随着远离巷道中心距离的增加,变化幅度逐渐放缓并最终恢复至原岩应力状态;巷道围岩塑性区扩展形态的不规则性随侧压系数的减小而逐渐增强,其形态由类椭圆形向类蝶形过渡再向蝶形演化,且理论分析与数值计算得到的围岩塑性区形态具有较高吻合度;复变理论分析与等效圆法分析所得塑性区尺寸及形态存在一定偏差,其中复变理论分析所得塑性区扩展形态与数值模拟更为吻合,这是由于等效圆法在理论分析时对断面形状进行了简化,难以准确反映巷道局部不规则位置的真实应力环境,表明局部不规则位置对围岩塑性区扩展具有显著影响。

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2. 基于RSM-BBD的碱激发锂渣复合膏体充填材料制备及力学性能研究

张树娟, 杨胜强, 车驰远, 马瑞婷

采矿与安全工程学报 2025, 42 (5): 1141-1152. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0219

摘要（399）

PDF（pc）（4879KB）（66）

为实现锂渣等多种固废的资源化、高性能化利用,推动矿山绿色充填材料技术的发展,采用Box-Behnken响应面法设计,以碱模数、碱掺量与胶凝材料比例为变量,以抗压强度为响应指标,分析了各因素的主效应与交互作用规律。基于X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和扫描电镜-能谱测试,揭示了碱激发锂渣复合膏体充填材料强度形成机理。研究结果表明:碱掺量是影响强度的关键因素,掺量越大,强度越高;碱模数较低时,更有利于强度发展;优化的锂渣和粉煤灰掺量则能够起到调控和协同强化作用。对充填材料配合比寻优得到,碱模数为1.38、碱掺量为20％、锂渣∶粉煤灰∶矿渣比例为12∶38∶50时,可最大程度消纳锂渣的同时保证强度。碱激发作用下,锂渣、粉煤灰和矿渣中非晶SiO₂和Al₂O₃溶解,释放大量的Si⁴⁺和Al³⁺离子,形成以C-(A)-S-H和N-A-S-H为主的三维交联凝胶网络,是材料强度形成的核心机制;锂渣在该体系中,能够调节离子供给平衡、增强凝胶结构的稳定性,并对水化过程起到补充和优化的作用。

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3. 基于塑性区恶性扩展规律的底板巷围岩变形机理分析及控制技术研究

王卫军, 马谕杰, 苏小伟, 范磊, 袁超, 吴海, 田芯宇, 袁越, 舒仕海

采矿与安全工程学报 2025, 42 (5): 983-997. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0151

摘要（393）

PDF（pc）（42973KB）（247）

为解决采动影响下底板巷围岩大变形控制难题,以某煤矿-150 m南大巷为工程背景,综合运用现场调研、数值模拟、理论计算与工程试验等方法,对采动影响下底板巷围岩塑性区恶性扩展机制及控制技术展开研究。结果显示:采动影响下巷道围岩拱顶部位塑性区呈蝶形恶性扩展,这是造成原支护方案失效及巷道产生大变形的主因;通过监测南大巷开挖至上方煤层开采结束全服务周期内围岩各部位最大／最小主应力,明确其演化规律;基于摩尔-库仑强度理论建立的塑性区恶性扩展力学模型,经验证能在一定程度上反映采动影响下底板巷围岩塑性区恶性扩展的力学机制。依据上述研究并结合采动过程中围岩塑性区分布的时空特性,提出以“帮部及底板高预应力锚杆支护+拱顶左肩部位高预应力短锚索支护+拱顶右肩部位高预应力长锚索支护+全断面注浆”为核心的差异化支护方案,现场实测表明该方案可有效保障上方煤层开采期间巷道围岩的稳定性。

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4. 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（378）

PDF（pc）（2571KB）（217）

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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5. 露天煤矿边坡形态参数无人机识别及安全评价

田雨, 王知乐, 徐俣璠, 计楚柠, 雷少刚, 周伟, 陆翔, 宫传刚

采矿与安全工程学报 2025, 42 (5): 1153-1163. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0039

摘要（364）

PDF（pc）（27130KB）（93）

露天煤矿边坡形态参数的精准识别与安全评价是保障矿山安全生产的核心环节。针对传统人工巡查与单点测量法效率低、覆盖面有限、难以实现边坡形态参数超限定量核查与综合安全评价问题,提出了一种基于无人机三维点云的露天矿边坡形态参数自动化提取与安全评价方法。以内蒙古自治区与陕西省交界处的51座露天煤矿为研究对象,利用无人机激光雷达获取各矿山高精度三维点云数据,通过坡度阈值分类、形态学骨架化及局部曲线拟合技术,实现了边坡地块分割、坡顶和坡底线提取及台阶高度、平台宽度、台阶坡面角与工作帮坡角的全覆盖网格化计算。参照国家矿山安全标准,构建了露天矿边坡形态安全综合评价指数(SMSI),量化了4类(台阶高度、平台宽度、台阶坡面角及工作帮坡角)超限风险的等级与权重。研究结果表明:51座露天煤矿中,绝大部分矿山存在边坡形态超限重大风险,其中不乏工作帮坡角超限现象,平台宽度严重超窄现象更为频发;矿群1 的SMSI平均值(12.05)和标准差(9.31)最大,边坡形态安全问题最为严峻且各矿差异较大;研究区内小型民营矿山边坡形态超限安全隐患较为突出,亟需集中监管。研究成果可大幅提高边坡形态参数提取效率,降低人工详查成本,为矿山企业及监管部门提供精准的边坡形态超限风险分级与监管优先级依据。

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6. 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（360）

PDF（pc）（3596KB）（129）

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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7. 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（345）

PDF（pc）（18872KB）（137）

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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8. 深埋巷道复合顶板多层锚固合理级差研究

韩昌良, 林成, 王峥嵘, 张农

采矿与安全工程学报 2025, 42 (5): 1008-1018. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0049

摘要（314）

PDF（pc）（2118KB）（100）

针对深埋复合顶板巷道大变形、突发性变形及锚索破断问题,通过试验测试、数值模拟和力学计算,研究复合顶板分层变形特征、支护材料承载过程特性及多层锚固协同性,并提出合理级差的确定方法。研究发现:复合顶板2.4 m以浅岩层呈现弯曲大变形,更深区域为整体小变形,且中部变形量为两侧的2.14倍,表明浅部与中部是支护关键区域;Φ22-500 MPa螺纹钢锚杆延伸率为1×19-Φ21.8 mm和1×19-Φ28.6 mm锚索的2.91倍以上,而锚索强度为锚杆的2.59倍以上,但锚杆弹性延伸率仅占总延伸率的1／7,锚索则接近一半,揭示不同支护材料难以完全协同承载。基于岩层变形与支护材料特性,将支护级差问题转化为杆体长度与岩层变形协调的问题,定义多级支护协同因子,确定支护长度设计原则:各级支护需适应岩层变形,最小支护长度超过压力拱高度,最大长度不超出其可控岩层厚度,且上级支护许可变形量大于下级,据此提出多层锚固合理级差的确定方法。现场应用表明,该研究支撑的三级支护方案能有效控制复合顶板变形,对类似条件巷道支护具有参考价值。

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9. 基于分布式光纤传感的全柱状覆岩运动变形特征分析与预测

谢建林, 向高航, 朱卫兵, 王晓振, 许家林, 宋士康

采矿与安全工程学报 2025, 42 (5): 1105-1115. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0097

摘要（312）

PDF（pc）（26865KB）（112）

随着煤层埋深与开采强度的增大,对工作面产生灾害影响的覆岩高度范围也相应增大,亟需开展全柱状(全地层)覆岩运动的变形规律研究。本文以某个千米埋深冲击地压矿井为研究对象,通过布置地面钻孔并在其内部埋设分布式光纤,从而实现全柱状覆岩运动变形的原位监测。对监测得到的分布式光纤应变曲线进行分析,发现光纤应变断点具有显著分层性,其层位与理论判别的关键层层位具有一致性,原位验证了关键层判别的准确性;另外,还发现分布式光纤应变断点与微震事件能量跃升具有协同变化特征,基于此更精准地确定了全柱状覆岩内部对微震事件能量产生显著影响的关键层层位(距煤层顶板97 m)。采用Back-Propagation (BP)神经网络模型对全柱状覆岩运动的分布式光纤应变断点趋势进行预测,结果表明该模型能够在已知少量光纤断点数据的基础上对后续光纤断点的变化趋势进行准确预测。本方法对全柱状覆岩运动变形特征的研究提供了新思路,同时对煤矿冲击地压等动力灾害事故预警研究也具有指导意义。

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10. 矿用灌注式水泥基全长锚固材料研发与特性表征

项哲, 张农, 谢正正, 穆逢春, 赵剑, 吴向斌, 王广运, 马秀东

采矿与安全工程学报 2025, 42 (5): 1042-1053. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0065

摘要（308）

PDF（pc）（13694KB）（69）

灌注式锚固材料性能是厚层预应力全长锚固作用效果的关键影响因素,为此研发出适用于煤矿巷道二次灌注式全长锚固的水泥基锚固材料,测试可分散乳胶粉在不同添加量下材料的物理力学变化特征,表征其微观结构与官能团变化规律,并对比该锚固材料与常规水泥锚固材料的浆岩界面微观结构,阐明乳胶粉对水泥基锚固材料的物性影响机制与改性机理。物性测试显示,可分散乳胶粉添加能显著提升水泥基锚固材料黏结强度(最大值达3.5 MPa),但会降低抗压与抗折强度,同时延长材料凝固时间、增加流动性及折压比。微观结构与水化产物测试结果表明,可分散乳胶粉添加后形成的乳胶聚合物覆盖于水化产物表面,延缓水泥水化进程,减少水化物生成量,进而延长材料凝胶时间并提升流动性,且胶粉添加显著增加水泥基锚固材料体系内多尺度结构的孔隙量,共同作用导致材料强度降低。界面微观结构测试证实,乳胶聚合物在基体材料表面形成化学键结合,有效增强锚固材料与岩体界面的黏结力。

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11. 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（307）

PDF（pc）（2292KB）（534）

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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12. 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（302）

PDF（pc）（8155KB）（68）

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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13. 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（296）

PDF（pc）（10658KB）（122）

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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14. 残采煤柱下铝土矿柱回采损伤失稳机制

朱卫兵, 李天宇, 郭春雷, 唐煜, 王昊冉, 徐敬民

采矿与安全工程学报 2025, 42 (5): 1054-1063. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0006

摘要（295）

PDF（pc）（10694KB）（83）

以山西吕梁兴县地区煤下铝资源为研究对象,采用理论分析、物理模型试验与数值模拟方法,系统研究了上覆残采煤柱下铝土矿柱的失稳致灾机理及其影响因素。研究结果表明：上覆残采煤柱宽度和煤铝层间距是影响铝土矿柱稳定性的关键因素;当煤铝层间距较小时,因上覆残采煤柱底板集中应力、矿柱应力集中及超前支承应力的叠加效应,铝土矿柱群易发生高应力集中与冲击失稳;当煤铝层间距大于18.5 m或残采煤柱宽度大于40 m时,铝土矿柱的应力集中效应才显著降低,稳定性得以提升,厘清了残采煤柱下铝土矿柱集中应力的动态变化规律。据此,鉴于兴县某矿煤铝实际最小层间距为28.2 m,认为下行开采铝土层是安全的。分析了煤下铝矿柱回采接近至上覆煤柱边界时,若上覆老采空区下的矿柱群无法有效分担载荷,会导致矿柱群链式失稳及层间岩层近45°斜式剪切破坏特征,揭示了残采煤柱下铝土矿柱失稳机制。提出了煤铝共采条件下的安全防控措施,为复杂煤铝叠置资源的安全高效开采提供了理论支撑和工程参考。

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15. 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（286）

PDF（pc）（9793KB）（461）

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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16. 基于深度学习的矿井瓦斯爆炸源强度和位置反演方法

尚晓吉, 杨忠原, 张志镇, 杨维好, 翟成

采矿与安全工程学报 2025, 42 (5): 1204-1213. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0629

摘要（285）

PDF（pc）（4126KB）（64）

针对矿井瓦斯爆炸源反演问题,分别构建了一维循环神经网络(RNN)和二维卷积神经网络(CNN)深度学习模型,对不同测点位置及超压数据下的爆炸源强度和位置进行反演研究。通过分析瓦斯爆炸超压随距离的衰减规律,利用一维RNN模型处理时间序列数据的优势,实现了瓦斯爆炸源强度和位置的反演。将研究扩展到二维空间,进一步设计了可同步处理测点位置与最大超压数据的二维CNN模型,针对已有瓦斯爆炸数据进行了反演。研究结果表明：所构建的深度学习模型在测试工况上表现出显著的反演准确性，测试工况的均方误差值为0.000 3,决定系数(R²)值为0.883 1,误差显著低于基线模型,且反演结果与真实工况结果高度一致。研究成果为巷道瓦斯爆炸事故预防与控制提供了有效的技术支撑。

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17. 巨厚土层覆盖区特厚煤层采动覆岩破坏规律及保水开采方法研究

孙强, 赵瑞, 张吉雄, 陈梁, 李鹏杰

采矿与安全工程学报 2025, 42 (5): 1129-1140. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0022

摘要（274）

PDF（pc）（29407KB）（77）

以榆树湾巨厚土层覆盖区特厚煤层保水开采为背景,研究了近场薄基岩与远场巨厚土层采动覆岩破坏及稳定性规律,并通过数值模拟分析了不同采动条件下远近场覆岩应力场演化及下沉规律。结果表明:巨厚土层整体协调下沉及采动应力恢复“滞后”是工作面差异性矿压显现的主要原因;煤层开采厚度为5.0 m时,导水裂隙带发育高度为117.80～138.90 m,裂采比为23.56～27.78;巨厚土层采动裂隙易压实闭合,表现出显著的隔水性能自修复现象。基于此,提出了分层开采顶板再生、分层与充填协同开采、放顶煤或大采高、隔水层注浆再造4种保水采煤方法,并通过物理相似模拟研究了覆岩导水裂隙发育规律及高度。研究结果为特厚煤层保水开采提供了理论依据和工程参考。

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18. 多孔爆破岩石破坏机制及起爆方式选择

阚吉亮, 窦林名, 周坤友, 杨科, 李家卓, 李许伟, 刘明洪

采矿与安全工程学报 2025, 42 (5): 1175-1187. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0009

摘要（273）

PDF（pc）（14840KB）（101）

针对多孔爆破岩石破坏机制及起爆方式选择问题,建立了多孔柱状装药爆破应力传播叠加及岩石累积损伤力学模型,对比分析了不同起爆方式下岩石损伤破坏及爆破震动效应,并在新疆某矿开展了5种起爆方式下顶板深孔爆破工程试验,对爆破震动响应特征进行了监测分析。结果表明:所构建的力学模型能够实现多炮孔柱状装药同时起爆所激发的爆炸应力波叠加传播过程的定量求解,揭示了顺序起爆方式下岩石在多轮爆炸应力波作用下累积损伤破坏机制,数值模拟结果验证了该力学模型的正确性;多孔同时起爆方式下岩石爆破损伤破坏程度和范围均更大,随着起爆炮孔数量和装药量的增加,爆破所诱发的煤岩体震动强度逐渐增强;新疆某矿同时起爆一组扇形孔(4个)时所诱发的爆破微震震源能量达到1.1×10⁶J,接近临界安全值,并且强烈爆破震动诱发煤体瓦斯瞬间涌出,易导致巷道瓦斯浓度超限。综合考虑爆破防冲效果、爆破震动控制和施工效率,确定了该矿合理的顶板深孔爆破起爆方式。

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19. 深立井钻井法凿井超高强钢筋RPC井壁力学特性

姚直书, 方玉, 程桦, 许永杰, 王佳奇,

采矿与安全工程学报 2025, 42 (5): 1029-1041. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0405

摘要（273）

PDF（pc）（25868KB）（53）

为解决我国西部地区深立井钻井井筒“一钻(扩)成井”的支护难题,提出采用新型超高强钢筋活性粉末混凝土(RPC)井壁结构。首先,基于量纲分析法推导超高强钢筋RPC井壁结构模拟试验相似准则;搭建井壁模型三轴加载与测试系统,并以C70高强钢筋混凝土钻井井壁为对照组,开展标准养护和蒸压养护制度下的相似模型试验,研究该新型井壁的力学特性与破坏特征。结果显示,超高强钢筋RPC井壁的混凝土环向应变较C70钢筋混凝土钻井井壁增加82.97％～119.02％,呈现典型延性压剪破坏特征,且在外荷载作用下RPC抗压强度提高系数达到1.226～1.339。然后,利用Bresler八面体应力理论建立超高强RPC强度准则及抗压强度提高系数计算公式,结合量纲理论与回归分析法构建新型井壁极限承载力计算公式。最后,结合因素定量分析发现,钢筋配筋率对新型井壁极限承载力提高贡献有限。同等条件下,采用新型超高强RPC140筑壁材料较C70高强混凝土,钻井井壁承载力提高69.3％、支护深度增加65.1％。研究结果对实现我国西部地区深立井钻井井筒快速施工具有重要工程应用价值。

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20. 采动应力场下巨厚覆岩层分区水压致裂关键技术

张晓悟, 徐金海, 曹悦, 温双武, 许志军, 台连海, 孙垒

采矿与安全工程学报 2025, 42 (5): 1076-1089. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0502

摘要（270）

PDF（pc）（77413KB）（69）

针对巨厚覆岩层导致采场矿山压力大,矿压显现明显的问题,采用数值模拟和相似实验方法,分析了不同回采阶段巨厚覆岩层内各关键岩层采动应力场分布特征,对比研究了正常回采和预制裂隙回采条件下采场巨厚覆岩层破断运移特征,提出了基于定向钻孔的采动应力场下巨厚覆岩层分区水压致裂关键技术。研究表明:回采期间,受采动支承压力影响,巨厚覆岩层内垂直应力逐渐超过水平应力;在巨厚覆岩层应力集中区和原岩应力区进行水压致裂能够分别制造竖直和水平水力裂隙;预制裂隙能够改变巨厚覆岩层破断形式,增加上覆岩层垮落高度。工程实践表明,采动应力场下巨厚覆岩层分区水压致裂能够有效减小工作面来压步距,降低工作面支架阻力,为工作面安全生产提供保障。

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