采矿与安全工程学报

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1. 背斜构造区特厚煤层开采覆岩破断失稳规律及突水压架机理

刘长友, 刘怀东, 陈毅琪, 杨培举, 王晨鸿, 杨敬轩

采矿与安全工程学报 2025, 42 (2): 239-251. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0465

摘要（343）

PDF（pc）（7799KB）（200）

针对我国西部矿区背斜构造带突水压架事故频发问题,以郭家河煤矿1309工作面为工程背景,采用现场调研、物理实验与理论分析等方法深入研究了背斜构造区特厚煤层开采覆岩破断失稳规律与突水压架机理。研究表明:1) 1309工作面突水压架主要发生在起坡角较大、起坡点与轴部落差较大的背斜构造区。顶板宜君组岩层是导致工作面突水事故的关键含水层,煤层之上102.5 m处厚度28.53 m的中粒砂岩为隔水关键层。2) 工作面垮落带高度为65 m,垮落带内破断岩块分布杂乱无章;裂隙带岩层的位移曲线呈单峰状,最大位移点位于背斜构造中下部。隔水关键层断裂后,其上部100.51 m的岩层同步断裂并产生活化,导水裂隙导通宜君组含水层。3) 过背斜阶段隔水关键层断裂步距为32.27 m,断裂角为2.15°。断裂后的隔水关键层与采空区已破断岩块铰接形成砌体梁结构,当承压水压力超过1.02 MPa时,砌体梁结构中的断裂岩梁反向回转继而产生滑落失稳。4) 隔水关键层滑落失稳后,控制顶板所需要的支架阻力达到31 015 kN,超过了支架额定阻力,进而会造成工作面支架压架。避免工作面发生压架事故的关键是保证隔水关键层不产生滑落失稳。

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2. FLAC^3D锚杆(索)拉伸-剪切破断单元的二次开发及数值实现

孟庆彬, 宋子鸣, 刘滨, 李为腾, 王从凯, 辛学奎

采矿与安全工程学报 2025, 42 (1): 180-193. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2022.0688

摘要（341）

PDF（pc）（7341KB）（83）

FLAC^3D内嵌的Cable原始单元不具有拉伸或剪切破断失效属性,高估了锚杆(索)的支护能力及对巷道围岩的控制效果,存在巷道支护失效的安全隐患。为解决Cable原始单元无法实现锚杆(索)破断失效的问题,提出了锚杆(索)拉伸、剪切、拉剪破断判据;基于Fish语言构建了考虑拉伸、剪切及拉剪作用的修正Cable破断单元模型及数值分析流程,完成了FLAC^3D中锚杆(索)3种破断行为数值模拟的二次开发;开展了锚杆(索)破断模拟试验和锚喷支护巷道应用分析,修正的Cable拉伸-剪切破断单元模型的数值模拟试验结果符合预期,所开发的Cable破断单元模型兼有锚杆(索)拉伸和剪切破断的属性,较好地实现了拉剪荷载作用下锚杆(索)破断失效行为的模拟,数值模拟的锚杆(索)力学行为与工程实际更为相符。随着巷道埋深(应力水平)的增加,当锚杆(索)的变形量或受力状态达到其拉伸-剪切破断条件时,锚杆(索)则破断失效而无法再继续控制巷道围岩变形,锚杆(索)均有自身的支护适用性。

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3. 巨厚覆岩诱导的采动效应及冲击地压发生机制

唐忠义, 王睿智, 王桂峰, 闫立恒, 曹安业, 张惟昭, 李宏维, 范志强, 冯淦,

采矿与安全工程学报 2025, 42 (1): 117-125. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0327

摘要（329）

PDF（pc）（21695KB）（81）

从高家堡煤矿盘区开采期间微震活动、地表岩移规律、CT反演采动应力等角度,研究巨厚覆岩关键层下的采动效应,分析巨厚关键层采动诱冲的动静载力源。结合数值模拟,分析采动应力和构造对巷道冲击临近条件的影响,研究巨厚覆岩关键层下冲击地压发生机制。研究表明:巨厚坚硬岩层长期悬跨是导致工作面冲击地压灾害发生的主导因素;随着开采区域面积的逐渐增大,各个顺序回采工作面的煤体应力逐渐升高,尤其是褶曲附近煤体应力增大更为突出;在高静载应力作用下,回采过程中的矿震对围岩应力环境产生较小动载扰动时,就会存在动静载叠加诱发冲击的可能性;细观模拟发现越高的静载应力水平,巷道发生破坏的动载临界条件越低;垂直应力和构造水平应力增大时,较小的动载强度即可诱发巷道瞬间发生冲击破坏,且冲击破坏程度随着动载强度升高而增大。研究成果对指导类似条件下的冲击地压防治和矿井安全生产具有重要意义。

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4. 深部厚顶煤巷道矿震诱发冒顶复合灾害机理及其控制

窦林名, 马小涛, 边戈, 刘涛, 王洪涛, 宋金波, 刘彦强, 周坤友

采矿与安全工程学报 2025, 42 (1): 85-96. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0302

摘要（321）

PDF（pc）（16694KB）（106）

随着煤矿开采深度的增加，厚顶煤巷道在强矿震作用下出现了不同于常规冒顶的灾害，即矿震诱发冒顶复合灾害。以陕西某矿301工作面回风巷为研究对象，采用理论分析、数值模拟和现场调研等方法，结合实际地质条件，探究矿震诱发冒顶复合灾害的破坏特征与主控因素，建立此类灾害的机理，并提出合理的控制对策。研究结果表明：矿震诱发冒顶复合灾害发生过程伴随强矿震，但巷道无明显动力显现特征；数值模拟表明动载强度显著影响巷道围岩的应力分布；厚顶煤巷道在强动载作用下，相较于薄顶煤、无顶煤巷道顶板下沉量更大，且受动载影响更为显著；锚杆索+钢带主被动组合支护能够有效提高巷道围岩稳定性，显著增强巷道抗动载能力；基于矿震诱发冒顶复合灾害机理提出“深部断顶-浅部卸压-强化支护”的防治对策。研究成果可为深部厚顶煤巷道矿震诱发冒顶复合灾害的防治提供一定的科学依据。

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5. 巨厚含水砂岩顶板煤层多元灾害协同防控技术研究进展

张吉雄, 黄书翔, 王洪涛, 王海宾, 周楠, 邓雪杰

采矿与安全工程学报 2025, 42 (1): 1-15. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0466

摘要（306）

PDF（pc）（38143KB）（134）

彬长矿区位于陕西省黄陇煤田中段,是全国13个大型煤炭基地之一,矿井的开采处于深埋高应力、高瓦斯、高地温、高自然发火和厚硬洛河组含水层(“四高一硬”)的复杂环境,面临着冲击地压、水害、瓦斯、热害和自然发火等多元灾害问题。当前针对多元灾害多采取分别防控的方法,并没有考虑各灾害之间的互馈关系和灾害防控导致次生灾害的问题。围绕当前彬长矿区巨厚含水砂岩顶板煤层开采面临多元灾害并存的重大挑战,针对彬长矿区多元灾害链互馈机理和多元动力灾害协同防控方法这2个关键科学问题,详细介绍目前取得的最新研究进展,具体包括巨厚含水砂岩顶板煤层开采多元灾害致灾机理、巨厚含水砂岩顶板煤层开采多元灾害链互馈机制、多元灾害防治次生效应和多元灾害链协同防控方法等4个方面的内容。研发的巨厚含水砂岩顶板煤层多元灾害协同防控技术可为我国类似复杂条件煤矿多元灾害协同防控和安全高效生产提供技术借鉴和理论支撑。

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6. 矿震动载效应及冲击地压瞬态触发-连锁破坏机理

王桂峰, 陈烽, 李宏维, 曹安业, 石佳琦, 静涛, 窦林名, 温颖远, 李庚, 冯淦,

采矿与安全工程学报 2025, 42 (1): 194-202. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0380

摘要（306）

PDF（pc）（17183KB）（70）

由于冲击地压机理复杂、影响因素众多,到目前为止还未真正完全掌握其发生规律和发生机理。通过定量表征巷道围岩震动速度、应力状态和冲击破坏形态,系统研究了矿震动载作用下的巷道围岩动力响应特征和冲击破坏规律,建立了动静载瞬态触发-连锁破坏冲击模型,提出了基于机器学习模型的巷道抗冲能力智能评估技术。研究表明:矿震动载强度、其与巷道的距离、围岩自身静载应力、卸压工程及支护条件等均是影响巷道围岩发生冲击破坏的重要因素。动载强度较小时,巷道震动速度和底板位移小,未发生冲击破坏;动载强度增大到一定值后,巷道瞬间发生冲击破坏,且冲击破坏程度随动载强度增大而升高。采动、构造、煤柱等引发的巷道自身静载应力集中会减小其抗动载能力,相同动载作用下的巷道更容易发生冲击,且水平构造应力的影响更大。当构造导致的水平应力增大至1.5倍时,相同动载作用下的巷道由稳定转变为冲击破坏。围岩支护与卸压均会提高巷道冲击破坏的临界条件,避免巷道在同样动载荷作用下发生冲击。基于机器学习巷道抗冲能力评估模型的样本误差满足正态分布规律,表明模型评价指标选取合理,能够较好地反映巷道动力响应特征,对巷道震动速度和冲击情况预测的准确性高。研究成果在一定程度上促进了冲击地压机理研究,并为冲击地压防控提供了理论基础。

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7. 循环荷载下初始损伤煤岩宏-细观破坏特征及劣化机制研究

李杨杨, 张搏明, 张士川, 郑丹, 任邓君, 陈方明, 蔺成森, 朱凯, 鲁守明, 徐新启

采矿与安全工程学报 2025, 42 (1): 60-72. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0304

摘要（294）

PDF（pc）（23826KB）（101）

为研究循环扰动荷载下蠕变损伤煤岩宏细观破裂演化规律及劣化失效机制,制备了4种不同饱和度的常规煤样和蠕变损伤煤样,利用MTS系列岩石力学伺服试验机开展了单轴循环荷载试验,并结合扫描电子显微镜(SEM)和XTDIC三维全场应变测量系统,对比分析了两种煤样的应力-应变演化规律和宏-细观破坏模式,揭示了蠕变损伤煤样的劣化失稳机制。研究结果表明:蠕变损伤煤样与常规煤样在力学参数演化规律上具有很好的一致性,峰值应变与饱和度增大趋势呈正相关关系,峰值应力与饱和度增大趋势呈负相关关系,相同饱和度下蠕变损伤煤样的力学参数劣化较为明显;煤样加载过程中,随着饱和度增大，蠕变损伤煤样表面裂纹发育愈加丰富,最大主应变相对常规煤样持续升高,加载破坏后,破碎块体增多,分形维数趋近于2,破碎颗粒由大块向中、细块颗粒转化;初始蠕变损伤促进了煤样内部结构破裂,煤样产生大量孔洞和微裂纹,使煤样内部由致密向疏松多孔转变;宏观角度上,初始蠕变损伤导致宏观裂纹继续发育扩展,加剧了煤样内部破裂损伤,削弱了煤样实体承载结构,造成煤样有效承载面积减小,承载能力降低,加速了煤样失稳破坏。

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8. 基于能量耗散的高强度开采覆岩裂断损伤表征方法

杨玉亮, 赵毅鑫, 张村, 马健起, 韩鹏华

采矿与安全工程学报 2025, 42 (1): 203-217. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2022.0680

摘要（283）

PDF（pc）（30331KB）（70）

采用理论分析及数值模拟方法,提出了基于能量耗散的采动损伤量化表征指标,将煤层直至地表的整个覆岩结构视为一个系统,不再考虑覆岩裂断损伤的内部运动及破坏过程,只分析能量耗散区的空间形态及破坏最终状态。首先基于能量守恒定律构建二维平面的能量耗散理论模型,建立覆岩裂断损伤的评价指标体系;其次根据有限差分理论推导了工程岩体开挖的能量耗散的有限差分方程式,采用FISH语言将其应用于FLAC^3D应变软化本构模型;最后将二次开发的能量耗散数值模块应用于布尔台42107工作面,结合损伤度指标量化分析回采工作面开采参数的尺度效应,实现开采工艺参数优化对减损效果的评价。结果表明:覆岩损伤度随工作面长度、采高、埋深及推进速度的增加均呈“S”形发育。最终确定了工作面合理开采参数及推进速度,并通过实测矿压数据进行了验证。研究结果不仅可量化评估工程岩体区域稳定状态及精准判断损伤范围,同时弥补了FLAC^3D软件采用塑性区定性判断地下工程围岩破坏时的不足。

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9. 基于数据驱动的TBM掘进地层岩性识别预测方法

丁自伟, 高成登, 张玲, 张旭, 侯涛, 翟剑平, 王家行, 董云俊

采矿与安全工程学报 2025, 42 (1): 147-160. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0318

摘要（273）

PDF（pc）（18856KB）（41）

随着全断面硬岩掘进机(TBM)在煤矿巷道掘进施工中的广泛应用,地层信息的准确、实时识别已成为保证掘进效率的关键因素。为了研究掘进参数与地层岩性的相互作用关系,以西北矿业高家堡煤矿西区开拓大巷为工程背景,通过对稳定阶段掘进参数的深入分析,建立地层岩性与关键掘进参数之间的“机-岩”感知关系,提出基于数据驱动的TBM掘进地层岩性识别的Stacking集成预测算法,确定与地层岩性预测相关的主要输入特征参数,包括推进速度v、刀盘转速n、刀盘推力F、刀盘扭矩T和贯入度P。训练结果表明,Stacking预测模型在5个输入参数的平衡精度和训练时间下均获得了最佳性能;预测模型多元评价结果显示,Stacking模型的AUC曲线面积指数为0.97,比单一的XGBoost,ANN和SVM模型(0.94,0.94,0.95)预测精度更高,且在处理不均衡数据预测表现出明显的优势。因此,基于本研究的预测模型可以很好地指导现场TBM掘进参数的调整,可有效减少TBM故障停机和刀头的磨损,提高掘进效率。

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10. 浸润作用及动载损伤后砂岩力学性能研究

孔凯, 戚盛名, 李鹏杰, 黄书翔, 崔超超, 方坤

采矿与安全工程学报 2025, 42 (1): 40-49. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0353

摘要（270）

PDF（pc）（18407KB）（204）

为研究深部矿井巷道受强扰动及矿井水作用后围岩再承载能力与稳定性变化，对动载损伤后的砂岩试件开展试验研究，分析其再承载能力和抗冲击强度能力的变化，研究浸润条件下动载损伤砂岩体强度弱化机制。结果表明：随着动载损伤程度增加，砂岩内部结构劣化，与未破碎砂岩试样相比，重度破碎砂岩试样单轴抗压强度减小了36.20%；损伤岩体对动载的抵抗能力明显降低，与未破碎砂岩试样相比，重度破碎砂岩试样破碎耗能占比减小了58.51%；岩体对动载应力波传递的阻抗能力明显降低，透射应力由未破碎时的16.38 MPa上升至重度破碎时的37.31 MPa；浸润与动载损伤叠加将进一步弱化岩体结构，浸润条件下重度破碎岩样单轴抗压强度为21.24 MPa，降低了40.74%。

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11. 水浴冷热循环作用下煤岩损伤特性试验研究

朱存利, 鲁守明, 李百宜, 马军杰, 张金魁, 陈驰, 闫浩

采矿与安全工程学报 2025, 42 (1): 50-59. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0299

摘要（269）

PDF（pc）（22248KB）（73）

为研究采空区储水采热过程中煤岩损伤特性,采用实验室试验和理论分析等方法,探讨了不同水浴冷热循环时间对煤岩纵波波速、质量、导热性、力学强度和细观结构的影响。研究结果表明:随着水浴冷热循环次数的增加,煤岩纵波波速和质量呈先增加后降低的趋势;煤岩细观结构逐渐出现脱落层和张开裂隙现象;煤样矿物成分中蒙脱石等吸水矿物含量因发生水解而出现逐渐降低的趋势;煤岩导热性出现先升高后降低的变化规律。研究成果从宏细观方面揭示了水浴冷热循环对煤岩力学强度的损伤机制。

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12. 远场弱动载触发深部高应力煤层大巷冲击地压发生机制及防控机理

李家卓, 彭瑞, 窦林名, 杨科, 解文豪

采矿与安全工程学报 2025, 42 (2): 371-381. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0309

摘要（263）

PDF（pc）（42267KB）（85）

以陕西某矿一盘区煤层大巷为工程背景,综合采用现场监测、实验室试验和理论分析方法,研究了远场弱动载触发深部高应力盘区大巷围岩的失稳特征及诱冲机理。研究结果表明:大巷围岩力学环境受两盘区工作面回采影响,首先一盘区侧覆岩空间结构呈“F”形,二盘区首采工作面回采后,大巷覆岩空间结构转化为双“F”形,随着两盘区其他工作面回采,大巷覆岩空间结构最终呈“T”形,在此过程中大巷围岩静应力水平持续增加,长期高静应力导致煤体损伤不断累积、强度持续劣化。在此期间,对处于等速蠕变阶段的煤样施加持续扰动,其声发射活动相比无扰动作用的煤样更为活跃,并将提前进入加速蠕变阶段,发生失稳破坏时煤样声发射的幅值、计数、能量相比无扰动作用下更加剧烈,且煤样承受的静应力水平越高,动载扰动对煤样损伤越显著,该损伤煤样再受弱动载扰动后发生非稳态破坏。现场表现为近场长期高静应力和频繁矿震联合作用导致煤岩体发生冲击地压的最小载荷降低,远场矿震衰减后的弱动载与高静载叠加超过了降低后的发生冲击地压时的最小载荷,此时煤岩体内剩余的能量超过发生冲击地压所需的最小能量,引起了大巷发生冲击地压。研究成果可为深部开拓和准备巷道(煤巷)冲击地压监测预警及防控提供理论基础。

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13. 特厚坚硬煤层两柱掩护式超大采高综放液压支架适应性研究

许永祥, 曾明胜, 蔡逢华, 丁维波, 刘俊峰, 韩会军,

采矿与安全工程学报 2025, 42 (2): 252-263. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0111

摘要（260）

PDF（pc）（3595KB）（86）

针对未充分考虑顶板约束反力而造成对两柱掩护式综放液压支架承载特性认识不充分的情况,基于榆神矿区特厚坚硬煤层综放开采实践,提出并采用修正的液压支架承载能力曲线,合理解释了两柱掩护式综放液压支架在特厚坚硬煤层综放开采中承载特性和适应性的优越性。将液压支架顶梁失稳分为承载失稳(滑移失稳)、力矩失稳(旋转失稳)和结构件失效失稳,并用于不同架型结构液压支架承载特性对比分析。对比结果表明:顶板约束反力可有效改善液压支架的稳定状态,将力矩失稳(旋转失稳)向承载失稳(滑移失稳)转变,充分发挥液压支架立柱的额定工作阻力;顶板约束反力对两柱掩护式综放液压支架承载特性的影响远大于对四柱支撑掩护式综放液压支架的影响;考虑顶板约束反力情况下,工作阻力21 MN的ZFY21000／35.5／70D型两柱掩护式综放液压支架承载特性优于26 MN的ZF26000／36／70D型四柱支撑掩护式综放液压支架。顶板约束反力的发挥取决于液压支架顶梁与顶板(顶煤)结构耦合状态及其刚度特征,坚硬完整顶板(顶煤)条件更有利于充分发挥顶板(顶煤)约束反力对液压支架承载性能的提升作用。

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14. 考虑损伤效应的开拓巷道冲击地压发生机理及防控技术体系

李家卓, 闫康行, 王洪涛, 窦林名, 马衍坤, 宋士康, 卢育, 徐振忠, 黎旭博

采矿与安全工程学报 2025, 42 (1): 137-146. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0301

摘要（260）

PDF（pc）（18916KB）（64）

开拓巷道、上下山及其联络巷和巷道内硐室因其服务年限长,长期受到高静载和采掘活动产生的频繁动载影响,常出现远距离采掘引起的冲击地压现象,难以针对性进行防控。以上述巷道为背景,综合采用案例分析、现场监测、实验室试验和理论分析方法,划分诱发开拓巷道冲击地压远-中-近场采掘活动范围,解释远距离采掘活动诱发开拓巷道冲击地压原因,得出考虑损伤效应的开拓巷道冲击地压发生机理及其防控技术体系。研究表明:在工作面采掘活动影响下开拓巷道微震事件频率及震级在增加,根据微震能量密度与开拓巷道和工作面距离定义采动响应指标φ,由采掘活动引起的开拓巷道区域φ值定量阐述煤体损伤与冲击地压危险程度的联系。中-近场采掘活动带来的循环动载使煤体产生不可逆损伤并不断累积,φ值超过冲击临界值，从而中场动载也会成为冲击地压的诱因。结合考虑损伤效应的开拓巷道冲击地压发生机理，提出冲击源头优化-局部精准防控的开拓巷道全生命周期冲击地压防控技术体系。研究结果可为此类开拓巷道冲击地压防控提供理论依据与技术支持。

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15. 彬长矿区矿井涌水量与开采参数关联性分析及预测研究

王海宾, 贾传伟, 张思华, 孙文亮, 陈德峰, 张同俊, 张士川, 杨华帅, 张搏明, 李杨杨, 刘英锋, 樊敏

采矿与安全工程学报 2025, 42 (1): 73-84. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0311

摘要（258）

PDF（pc）（2540KB）（73）

针对彬长矿区巨厚含水层的复杂地质环境,为揭示涌水量与开采参数之间的关联性并提高预测的可靠性,分别从静态和动态角度分析了工作面顶板涌水量与推采长度、工作面斜长、采高、回采面积之间的关联性。基于灰色关联度理论和SPSS多元回归分析模型,探究了各主控因素的影响权重,构建了回采过程中稳定涌水量的预测模型,并将其分别与数值模拟预测值和现场实测值进行了对比分析。研究结果表明:从动态角度,涌水量与推采长度之间具有显著的时变关联性,工作面斜长与涌水量首次突增位置具有联动性,采高影响显示出明显的时空滞后特性,涌水量与回采面积呈幂函数关系,关键因素在不同开采过程及参数下呈现动态变化;从静态角度,斜高比与稳定推采比的整体分布规律相似,各主控因素对稳定涌水量的影响存在耦合关系。推采长度影响权重最大,同时各预测值的检验结果表明所建立的预测模型准确性高,研究成果可为彬长矿区水害预防提供一定的参考。

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16. 考虑拱效应的高阶段充填体下采空区顶板跨度和厚度计算模型

程爱平, 杜澳宇, 楚立申, 王平, 陈国兴

采矿与安全工程学报 2025, 42 (1): 218-228. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2022.0678

摘要（254）

PDF（pc）（5240KB）（45）

考虑拱效应和开采边界影响,结合薄板理论,构建高阶段充填体下采空区顶板力学模型,提出考虑拱效应的高阶段充填体下采空区顶板跨度和厚度计算模型;将该模型应用于大冶铁矿狮子山采区-180 m水平矿体开采,并利用FLAC^3D数值模拟软件进行验证。研究结果表明:不同开采边界可以将高阶段充填体下采空区顶板力学模型简化为3类薄板模型,不同薄板模型下采空区顶板应力分布差异明显,固支边对应力分布影响更显著;结合大冶铁矿工程实例,采用本文模型计算确定的采空区顶板跨度为7.5 m,厚度为2 m,与K.B.鲁别涅依他公式法得到的参数相比更小;基于FLAC^3D数值模拟结果验证了其采空区顶板稳定性,验证结果表明将本文模型运用于高阶段充填体下采空区顶板参数设计中是合理可行的。

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17. 巨厚含水层大流量疏降应力扰动及诱冲机理

贺虎, 董近兴, 乔伟, 程香港, 刘强, 张军, 窦林名, 张惟昭

采矿与安全工程学报 2025, 42 (1): 108-116. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0316

摘要（248）

PDF（pc）（7092KB）（64）

以黄陇煤田彬长矿区高家堡煤矿为工程背景,建立了含水层大流量疏降覆岩应力扰动力学模型,得到了水位下降与下部煤岩体应力增量之间的关系,给出了疏水应力扰动计算方法。建立了高家堡煤矿采区三维数值模型,研究了疏水降压过程中区域应力演化规律。结果表明:疏水过程中,降落漏斗边缘出现应力集中,且距离漏斗边缘越近,应力集中越明显;单位体积的岩体水头下降1 m,洛河组底界弹性释水应力约为0.01 MPa;大流量疏降水状态下,大巷区域由于弹性释水引起的垂向应力增量可达2.7 MPa。现场监测揭示了高能量震动事件发生前,观测孔水位突然下降,验证了大流量疏降对于冲击地压发生具有显著的促进作用。研究结果对于揭示巨厚含水层条件冲击地压发生机制提供了新思路,可为类似条件下煤层开采冲击地压危险预测与防控提供借鉴作用。

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18. 矿山功能充填采热结构传热规律及其相变行为

刘恒凤, 王九红, 翟勃, 周楠, 李百宜, 高峰, 史振, 马丹

采矿与安全工程学报 2025, 42 (1): 28-39. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0321

摘要（245）

PDF（pc）（38816KB）（64）

相变充填体大体积和高蓄热密度特性为矿山低品位热能的高效开发提供了新思路,研究采热结构传热规律及其相变行为是实现矿山地热能高效开发的重要基础。采用自主研制的矿山相变蓄热功能充填采热结构传热试验系统,开展采热结构传热试验及数值模拟,揭示了矿山功能充填采热结构相变蓄热机理。研究表明:岩层初始温度、采热流速和采热周期的增加及采热温度的降低有助于提高采热量;岩层初始温度直接决定相变充填体是否发生相态变化,采热流速越大、采热周期越长、采热温度越低则有越多的相变充填体凝固放热;相变充填体的存在会维持传热通道路径及传热热量大小,而不同因素则会影响采热结构发生相态转变的时机、改变传热通道路径。研究成果丰富了矿山功能充填采热结构传热特性研究,为矿山低品位地热能的高效开发提供了试验基础。

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19. 基于数字钻进的层状岩体界面及岩石强度识别试验研究

岳小磊, 岳中文, 马文彪, 李杨, 闫逸飞

采矿与安全工程学报 2025, 42 (2): 440-451. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0416

摘要（243）

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准确预测岩石性质是保证巷道施工安全的重要影响因素之一。近年来,快速发展的数字钻探技术为预测岩体力学特性提供了更多的便捷方法。为揭示层状岩体旋切钻孔过程中机岩相互作用关系,提出一种基于机器学习和数字钻探技术的岩体强度及界面预测方法,开展不同强度等级岩石组合层状岩体数字钻孔试验,分别采用BP神经网络、SVM和CatBoost三种机器学习算法进行岩石地层界面识别和强度预测。结果表明:机器学习方法可以实现层状岩体界面位置、岩层厚度及岩石强度的准确识别,界面识别均衡准确率和F1-Score均超过95％,预测误差在5％以内,预测精度较高;预测的岩石强度参数与实测结果总体误差在10％以内,其中BP神经网络对每种岩石强度的识别精度都较高,模型预测效果最佳。研究结果为实现煤矿巷道岩体动态原位探测提供了借鉴。

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20. 高构造应力区顶板深孔爆破裂纹扩展机制与应用研究

曹安业, 郝琪, 崔玉江, 黄书翔, 彭雨杰, 高振, 高红兵, 李东, 高峰

采矿与安全工程学报 2025, 42 (1): 97-107. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0308

摘要（239）

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彬长矿区受高构造应力环境和上覆坚硬岩层影响,冲击风险显著,深孔预裂爆破是降低该区域冲击地压风险的有效手段。在高构造应力区开展深孔预裂爆破,其裂纹扩展形式尚不完全清楚。因此,采用LS-DYNA数值软件模拟分析了高构造应力环境、倾向与走向爆破孔倾角对爆破裂纹扩展的影响,基于模拟结果优化了现场爆破设计。结果表明:在最大水平主应力为主导的高构造应力条件下,裂纹扩展优势面总是沿着垂直于最小水平主应力方向的平面。水平应力差对爆破裂纹的扩展起到主导作用。增大水平应力差,爆破裂纹扩展的程度越高,且越利于爆破裂纹沿着炮孔所在平面扩展。不同的倾向爆破倾角下爆破裂纹扩展的差异性显著,而不同走向爆破倾角下裂纹扩展基本无变化。倾向爆破孔倾角大于75°时,爆破裂纹扩展程度高且裂纹扩展优势面沿着炮孔倾角所在平面。优化了现场爆破设计,现场试验后工作面大能量微震发生的次数与层位显著降低,波速异常系数峰值明显降低,爆破优化有效。

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