采矿与安全工程学报

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1. 复合基本顶沿空留巷顶板结构稳定性分析

勾攀峰, 张书军, 范杰, 穆朝元, 赵康, 陈祖国

采矿与安全工程学报 2025, 42 (4): 735-746. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0568

摘要（516）

PDF（pc）（3964KB）（167）

沿空留巷作为回采巷道的布置方式之一,已得到较为广泛的应用,然而,针对具体的煤层赋存条件,特别是在工作面出现大、小周期来压的工况下,沿空留巷巷旁支护阻力的确定并无充足的理论依据。基于切顶技术的应用,将引发工作面大、小周期来压的基本顶定义为复合基本顶,并细分为上位基本顶和下位基本顶,回采巷道沿空留巷布置时预切下位基本顶。据此,构建基于复合基本顶条件下沿空留巷预切顶顶板稳定性力学模型,分析上位基本顶和下位基本顶的结构特征。同时,借助“内外应力场”理论,确定上位基本顶断裂、下沉过程中形成的内应力场大小。研究提出,下位基本顶稳定性是留巷围岩控制的关键。通过分析下位基本顶从工作面前方预切顶形成的悬臂梁结构到留巷采后剧烈影响区简支梁结构的演化过程,建立沿空留巷采后剧烈影响区下位基本顶稳定性判据,并推导出保障下位基本顶稳定的巷旁支护阻力计算公式,为沿空留巷巷旁支护设计提供依据。结合具体工程条件,计算得出沿空留巷巷旁阻力为17.61 MN／m,据此优化确定泵送混凝土巷旁支护参数。现场应用表明,巷道断面收缩率控制在10％以内,围岩控制效果显著。

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2. 液氧瞬态相变爆破流场温度及压力变化规律研究

王雁冰, 赵小艳, 马丹, 王滔, 彭会椿, 刘超, 彭驭涛, 雷振

采矿与安全工程学报 2025, 42 (4): 949-959. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0053

摘要（466）

PDF（pc）（7501KB）（75）

传统炸药爆破存在环境污染和效率低下等问题,而液氧储能破岩作为一种低振、环境友好的气体膨胀致裂技术,具有良好的应用前景。通过高速红外热成像系统和超压监测系统,探究不同液氧量下温度场演变规律及压力场超压衰减特性。研究结果表明:液氧相变膨胀过程中,温度场呈现双峰特征,吸、放热反应交互进行,流场处于动态非平衡状态;液氧量显著影响物相转化效率,且内部能量传递存在平衡点,流场温度并不会持续升高;不同液氧量导致云图中超温发展阶段存在明显差异,进而影响峰值温度的大小;随着液氧量增加,温度曲线的振荡频率和幅度均增强,双峰温度呈现出截然不同的变化趋势;不同测点处的超压峰值及其变化趋势各异,且随着传播距离增加而衰减;温度场和压力场的动态关系决定了爆破流场中的物质转化和能量流动。研究成果为液氧膨胀破岩技术的应用奠定了基础。

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3. 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（461）

PDF（pc）（12161KB）（191）

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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4. 硬岩压裂改性增割高效破岩方法与技术

马丹, 闫璟泓, 侯文涛, 李樯, 刘全辉,

采矿与安全工程学报 2025, 42 (4): 798-806. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0051

摘要（414）

PDF（pc）（25007KB）（103）

当前硬岩破碎以钻爆法为主,但存在连续作业难、损失贫化率高、衍生灾害突出等问题;机械破岩技术则面临截齿磨损严重、破岩效率低的技术瓶颈,严重制约硬岩巷／隧道掘进及战略性硬岩矿产的开采效率,亟须构建高效破岩新方法与新技术。本研究阐明硬岩压裂改性增割原理,通过硬岩水力压裂-机械截割试验,揭示岩石强度对压裂增割效果的影响规律与作用机理,提出“钻-导-压-割-落-运”连续掘进工艺,并通过工程现场应用验证压裂改性增割技术对硬岩破碎效率的提升作用。结果表明:水力裂隙改变了截齿附近岩石的应力状态,降低了截割阻抗;水力裂隙降低了岩石峰值截割力,提升了岩石可截割性;压裂岩石增割效果与岩石强度呈正相关关系;硬岩压裂改性增割技术在岩巷掘进中应用效果显著,截齿损耗量降低72.6％,掘进速度提升58.2％。研究结果可为硬岩连续高效破碎提供理论依据和技术支持。

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5. 深井软岩顶板返修锚索支护设计及控制研究

潘锐, 龚伟, 任明洋, 程桦, 孙茂如, 张旬, 施宗申, 凡元丰

采矿与安全工程学报 2025, 42 (4): 759-767. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0356

摘要（404）

PDF（pc）（7856KB）（82）

针对深井巷道原支护方案返修后顶板稳定性难以维持的工程难题,通过围岩破坏分区探测、理论分析顶板围岩破坏规律及推导考虑锚索长度的支护承载计算公式,提出“注浆加固浅层破碎围岩+加长锚索深部控顶”的返修支护方案并开展现场工业性试验。研究表明:围岩严重破坏区距硐壁平均3.44 m,锚杆全部处于该区域内;中等破坏区距硐壁平均6.04 m,接近锚索长度;轻微破坏区距硐壁平均7.56 m,超出锚索长度。数据表明原方案支护参数不合理。注浆工艺可有效提升岩体力学参数、增加支护阻力,配合合理的锚索长度与间排距设计能充分发挥锚索支护承载能力,提高顶板稳定性。优化确定的9 200 mm长度、160 kN预紧力、800 mm×800 mm间排距锚索支护参数,较矿方原返修方案实现锚索受力均值提升至210 kN以上,支护潜力得到有效发挥,顶板总离层量降低80％以上,平均沉降量减少75％以上,顶板返修控制效果显著。

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6. 围压对锚杆锚固性能影响规律试验研究

董双勇, 高富强, 娄金福, 王晓卿, 卢志国,

采矿与安全工程学报 2025, 42 (4): 747-758. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0074

摘要（384）

PDF（pc）（69771KB）（139）

为探究围压对锚杆锚固性能的影响,借助自主研发的锚杆围压拉拔试验系统,开展不同围压作用下的锚杆拉拔试验。通过试验获取不同围压条件下锚固体的失效模式及锚固界面破坏形态,阐明围压对锚杆载荷位移特征曲线、峰值锚固力、锚固力峰值点位移及残余锚固力的影响机制,揭示围压对锚杆锚固性能的作用规律。研究表明:围压显著影响锚固体失效模式,无围压或低围压时围岩试样易产生径向开裂破坏,高围压下试样外部无明显破坏但内部锚固剂出现剪切破碎;锚杆峰值锚固力及位移值均与围压呈线性增长关系,其中峰值锚固力增速为4.28 kN／MPa,峰值点位移增速为0.09 mm／MPa;围压对锚杆残余锚固力影响显著,二者近似呈类指数增长关系;锚固体失效残余阶段,锚杆载荷-位移曲线出现显著振荡,振荡周期与杆体肋间距吻合,且低围压下曲线振荡幅度更为明显。该研究成果可为深部高应力巷道支护方案的优化设计提供依据。

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7. 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（381）

PDF（pc）（4879KB）（60）

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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8. 多孔水力压裂缝网耦合扩展规律及硬岩巷道快掘工艺优化研究

梁顺, 张渊, 落弘业, 姚强岭, 吴浩, 李学华, 种照辉, 梁耀午

采矿与安全工程学报 2025, 42 (4): 807-822. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0057

摘要（378）

PDF（pc）（67036KB）（117）

巷道掘进效率低是造成煤矿采掘失衡的主要原因，岩巷尤其是大断面硬岩巷道掘进速度慢严重制约煤矿的开拓准备及稳定生产。针对此，提出了以多孔水力压裂技术改造岩体完整性、促进大断面硬岩巷道快速掘进的技术思路。采用PFC颗粒流数值模拟,分析了硬岩巷道掘进工作面水力压裂裂纹扩展规律,探讨了不同地应力、注水压力、压裂孔径、压裂孔间距等压裂参数以及不同注水方式、压裂孔布置形式和岩层组合形式条件下多孔水力压裂缝网耦合扩展规律。结果表明:催生的拉伸、剪切裂缝数量与压裂孔孔径和注水压力呈正相关,拉伸裂缝增长速度显著快于剪切裂缝,水力压裂影响半径约为压裂孔直径的3～5倍。地应力对水力裂缝的扩展起主控作用,压裂裂缝主要沿最大主应力方向延伸;随着σ_h／σ_v增大,拉伸裂缝数量和压裂影响半径均减小,且降幅逐渐衰减。固定注水压力压裂方式最先产生裂缝,而固定注水流量产生裂缝较慢,但随着压裂进行,其裂缝的扩展速度比固定注水压力方式快;压裂孔平行阵列式布置比交错式布置更有利于裂缝扩展,裂缝增长速度更快。对比4种典型“软-硬”岩层组合条件下压裂裂缝扩展及裂缝击穿“软-硬”岩层交界面的力学行为发现：压裂裂缝在由较软岩层进入较硬岩层后扩展速度变慢，且延伸长度减小；主裂缝从软岩进入硬岩时易发生偏转，而从硬岩进入软岩时则更易直接击穿交界面；在软岩中易产生短宽型裂缝，在硬岩中易产生细长型裂缝。结合模拟与工程实践,设计了基于水力压裂“非爆”破岩的硬岩巷道快速掘进作业线,并优化了水力压裂工艺参数,为水力压裂预裂坚硬岩石提高破岩和巷道掘进效率提供了理论支撑与技术方案。

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9. 微生物改性煤基固废充填材料性能及胶结机制研究

李猛, 刘硕, 胡国辉, 张吉雄, 郭仕婕, 霍彬彬, 赵阳

采矿与安全工程学报 2025, 42 (4): 937-948. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0614

摘要（377）

PDF（pc）（42266KB）（100）

微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)方法通过微生物改性煤基固废材料,进而提升充填材料承载性能。提出了微生物改性煤基固废充填材料制备方法,采用巴氏芽孢杆菌(Bacillus pasteurii)改性煤基固废充填材料,研究不同材料掺量下微生物胶结充填材料的力学性能与微观结构特征,揭示微生物改性对煤基固废充填材料的胶结作用。研究表明:通过微生物改性后,充填材料抗压强度显著提升,煤矸石+35％粉煤灰+5％水泥+微生物的抗压强度达2 680.8 kPa,相较于微生物改性前提高了279.1％,充填材料扩展度为230 mm,具有良好的流动性能;微观胶结物形态主要有絮状、条状和颗粒聚合3种结构,在协同作用下填充材料孔隙、连接煤基固废颗粒,提升了微生物改性充填材料整体胶结性能。研究成果可为煤矿胶结充填材料选择及性能优化提供有力支撑。

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10. 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（372）

PDF（pc）（42973KB）（242）

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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11. 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（359）

PDF（pc）（2571KB）（205）

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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12. 不同高比含瓦斯岩-煤-岩组合体力学特性及声发射响应规律

郭鹏慧, 杨科, 李家卓, 池小楼, 刘文杰, 吴向辉,

采矿与安全工程学报 2025, 42 (4): 960-970. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0255

摘要（358）

PDF（pc）（13256KB）（55）

煤层厚度变异及留设煤柱均可引起顶板-煤体-底板组合体结构变化,在瓦斯浸润-劣化作用下,组合体结构内部微裂隙及弱结构充分发育,破坏难以预测。开展气固耦合条件下不同高比岩-煤-岩组合体单轴加载试验,系统分析其力学特性、破坏特征以及声发射响应规律。研究结果表明:瓦斯劣化了组合体整体强度,加强了“界面效应”对于砂岩的弱化作用,减弱了“界面效应”对煤的强化作用;煤岩体阶段Ⅰ (0<σ₀<1／4σ_max),裂纹被压实,声发射振铃计数较少,阶段Ⅱ(1／4σ_max<σ₀<1／2σ_max),声发射振铃计数稳步增加,峰值频率呈高频低幅,阶段Ⅲ(1／2σ_max<σ₀<3／4σ_max),裂隙增生、扩展,峰值频率呈中频中幅,频段由高到低逐渐减少甚至消失,阶段Ⅳ(3／4σ_max<σ₀<σ_max),振铃计数在峰后阶段出现“二次峰值”点后,煤岩发生宏观破坏,峰值频率呈低频高幅;随着煤厚增加,组合体拉伸破坏占比平均值分别为91.92％,83％和76.17％,脆性减弱,塑性增强,裂纹倾角增大,宏观破坏形态由“X”形向“Y”形共轭破坏转变。研究结果为揭示深部含瓦斯煤层灾变失稳机理及防治深部煤岩瓦斯复合动力灾害提供了基础理论指导。

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13. 侏罗系富水煤层采动裂隙演化及涌水特征研究

肖猛, 巨峰, 何泽全, 王栋

采矿与安全工程学报 2025, 42 (4): 890-903. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0529

摘要（355）

PDF（pc）（20648KB）（77）

侏罗系富水煤层具有富水性强、涌水量变化显著等特点,传统针对煤矿顶、底板涌水机理的研究难以适用于此类煤层,严重制约了矿井的安全高效生产。以鄂尔多斯煤田小纪汗煤矿为研究对象,设计了富水煤层相似材料配比,提出了富水煤层物理相似模拟方法及系统,构建了富水煤层开采的物理相似试验模型,揭示了开采过程中覆岩应力及涌水变化特征,并结合数值模拟分析了采动裂隙演化及涌水规律。结果表明:所研发的富水煤层相似模拟材料具备耐水、抗崩解、抗软化特性,其强度和渗透系数适用于榆横矿区富水煤层的物理模拟;采用预制块模拟富水煤层,可实现煤层开挖模拟并实时监测涌水量变化;物理模拟与数值模拟均表明,随着涌水点与工作面距离减小,顶板应力呈现“增长-降低-稳定”的特征,涌水量则先缓慢减小,在距离工作面10～20 m时出现突增波动现象。研究结果为我国侏罗系富水煤层高强度安全开采提供了科学依据。

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14. 近浅埋厚煤层开采覆岩失稳破断规律研究

武兆鹏, 梁运培, 万志军, 赵米真, 王力, 李其罡, 刘思辰, 申飞

采矿与安全工程学报 2025, 42 (4): 868-878. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0148

摘要（350）

PDF（pc）（12100KB）（75）

基于龙华煤矿20202工作面地质条件,通过无人机定点航拍明确了研究区地形典型特征,以多点、多组、多区域煤岩体力学参数表面-跨孔原位测试结果作为细观界面参数,建立了平缓、沟谷地形下的PFC^2D数值模型,基于覆岩结构分析、位移场演化、关键层应力演化和力链分布特征揭示了近浅埋厚煤层开采覆岩结构失稳破断规律。研究结果表明:复合基本顶以“非对称三铰拱”和“斜台阶岩梁”的结构发生破断,破断步距、覆岩载荷传递幅度和来压强度受多关键层破断模式的影响,多关键层“同步破断”模式矿压显现剧烈程度显著大于“近同步破断”模式;沟谷地形黄土覆盖层的厚度和坡角直接影响覆岩的破断步距,工作面过沟谷沟底时覆岩破断形成贯通断裂线的夹角与黄土覆盖层的厚度和坡角正相关。所得覆岩结构失稳破断结果与现场实测支架工作阻力特征基本一致,证明基于原位测试方法综合确定的细观界面参数所建立的颗粒流数值模型准确性和可靠度较高。

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15. 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（341）

PDF（pc）（27130KB）（87）

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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16. 不同裂隙倾角NPR锚固岩体力学特性对比研究

缪澄宇, 崔力, 孙晓明, 谭雨泽, 李志虎,

采矿与安全工程学报 2025, 42 (4): 779-788. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0373

摘要（336）

PDF（pc）（18286KB）（76）

裂隙岩体锚固力学特性是围岩支护设计的基本依据。针对新型负泊松比锚索(NPR)的支护效能,通过相似物理模型实验,对比研究不同预制裂隙倾角下NPR锚固体与普通(PR)锚固体力学特性差异,分析锚固体强度特性、变形破坏特性和声发射特性。随着裂隙倾角的增大,锚固体应力-应变曲线形态由双峰值逐渐向单峰值演变,锚固体弹性模量先增大后减小,峰值强度不断增大,NPR锚固体弹性模量和强度均明显高于PR锚固体。考虑岩体峰值强度时,NPR锚索最佳支护倾角为60°～90°,而PR锚索仅在支护倾角90°时达到最优支护效果。2类锚固体均呈现拉剪复合破坏特征,但NPR锚索未破断,锚固体完整性好,而PR锚索发生破断,锚固体完整性差。NPR和PR锚固体内部分别在预制裂隙倾角为75°和45°之前产生剪切破坏,超过此角度后则转变为张拉破坏。NPR锚固体自由面变形小且较为均匀,局部位移差较小,而PR锚固体自由面变形较大且不均匀,局部位移差较大。声发射特征显示,由于NPR锚索的持久约束作用,锚固体振铃计数更为均匀,而PR锚固体振铃计数较大值则集中在应变初期锚索破断时刻。

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17. 基于广义Hoek-Brown准则的圆形巷道围岩弹塑性解析

王红英, 张强, 吴培楠, 韩立军, 韩贵雷,

采矿与安全工程学报 2025, 42 (4): 789-797. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0506

摘要（329）

PDF（pc）（1209KB）（74）

Hoek-Brown屈服准则广泛用于巷道围岩弹塑性分析,然而广义Hoek-Brown屈服准则为非线性函数,导致静水压力条件下圆形巷道围岩弹塑性位移的解析解无法获得。基于广义Hoek-Brown屈服准则和非关联流动法则,推导圆形巷道围岩应力理论解;利用变量代换方法,将巷道塑性区围岩位移解表达式中以对数函数为底数的指数积分项转化为幂函数与指数函数的乘积形式;进一步借助级数展开方法,将其转换为一系列幂函数之和的积分项,最终获得塑性区围岩径向位移的解析表达式。通过5种典型理想弹(脆)塑性岩石算例,将解析解与数值积分解、近似理论解进行对比,验证了文中解析解的正确性,可为广义Hoek-Brown屈服地层中圆形巷道的弹塑性分析提供理论基准。

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18. 深部高压冻结冰卸围压条件下力学特性及宏细观破坏机制研究

张雨, 杨维好, 杨志江, 丁莹, 张宸毅, 孙培鑫, 王宝生, 于庆博, 邹成

采矿与安全工程学报 2025, 42 (4): 915-924. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0063

摘要（327）

PDF（pc）（22444KB）（53）

随着人工地层冻结工程施工深度和极地冰盖钻探深度的不断增大，早期无压冻结冰力学性质研究成果与现场实测数据之间的偏差逐渐增大。为探究卸载条件下深部高压冻结冰力学特性，开展了10，20，30和50 MPa冻结压力下冰试样卸围压试验研究，并对其宏、细观变形破坏机制进行了观测与分析。研究结果表明：卸围压条件下，各工况冰试样偏应力轴向应变曲线均表现出较长的屈服平台，峰值偏应力与残余偏应力随冻结压力呈先增大后减小的趋势，20 MPa冻结压力具有临界特性；宏观层面，随着冻结压力的增大，冰体韧性增强，变形破坏后试样由裂纹交错状转为高透明状；细观层面，微裂纹和动态再结晶是冰体卸围压变形破坏后的两大典型组构特征，变形破坏过程随冻结压力的增大逐渐由微裂纹发育主导转化为动态再结晶主导。研究成果可为深部人工冻结工程中冻结壁设计和极地巨厚冰盖钻探工艺改进提供理论依据。

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19. 润湿硬岩截割产尘规律与岩巷掘进压裂注液源头抑尘技术研究

李樯, 张显成, 俎在兴, 张文豪, 马丹, 刘全辉,

采矿与安全工程学报 2025, 42 (4): 823-831. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0048

摘要（326）

PDF（pc）（18911KB）（47）

硬岩巷(隧)道掘进及战略性硬岩矿产开采过程中产生的粉尘对作业人员健康和机械设备构成严重威胁,硬岩注液润湿是从源头减少粉尘的有效方法。通过测定硬岩表面润湿剂接触角、利用低场核磁共振测试润湿剂扩散特征,筛选适用于硬岩的润湿剂,探究润湿硬岩的截割产尘规律,并在岩巷掘进现场开展注液抑尘试验验证其可行性。试验结果表明:SAS润湿剂可有效降低硬岩表面液滴的表面张力,增强硬岩润湿能力,其最佳质量分数为0.5‰,而低场核磁共振测试显示,润湿剂主要通过增加吸附孔隙中的水含量来提升硬岩润湿性;润湿剂能降低硬岩达到最佳抑尘含水率所需的压力和时间;润湿性差的岩石截割产生的粉尘中呼吸性粉尘占比更高,而随着润湿程度提高,总尘和呼吸性粉尘含量均明显降低。研究提出适用于岩巷掘进抑尘的“钻孔水力压裂+保压扩散”方法,验证了硬岩巷道注液源头抑尘的可行性。研究成果可为硬岩掘进和硬岩矿产绿色开采源头抑尘提供理论试验基础与科学指导。

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20. 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（326）

PDF（pc）（3596KB）（122）

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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