采矿与安全工程学报

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1. 深井煤巷围岩采掘活动响应机制及控制技术

王方田, 郝文华, 汤天阔, 何东升, 向永恒

采矿与安全工程学报 2025, 42 (3): 567-578. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0333

摘要（455）

PDF（pc）（31861KB）（87）

相较于浅埋煤巷，深井煤巷面临高地应力与强采掘扰动等高风险因素,巷道维护难度明显增大。为探究深井煤巷围岩在不同采掘扰动影响下的变形响应机制及其控制技术,以城郊煤矿二水平西翼回风大巷为研究背景,通过现场实测分析巷道在实体煤侧单向掘进、采空区侧单向掘进、采空区侧对掘贯通的变形特征,建立巷道围岩结构力学模型,揭示采掘扰动下巷道围岩响应机制。运用FLAC^3D模拟不同采掘扰动形式下巷道围岩应力集中程度、塑性区发育范围、能量集聚程度,并量化表征采掘活动响应强度。结果表明:在上述3种采掘扰动下,巷道煤帮移近量分别为46.24,120.10,147.36 mm,比值为1∶2.60∶3.19;巷道断面收缩比例分别为2.4％,12.1％,23.0％,比值为1∶5.04∶9.58;最大应力集中系数分别为1.31,3.10,3.59,比值为1∶2.37∶2.74；煤帮塑性区深度分别为2 215.2,3 564.4,5 105.3 mm,比值为1∶1.61∶2.30；最大弹性变形能分别为159.4,355.1,458.2 kJ。在时间上，对掘工作面推进增大了工作面前方掘进稳定巷道的收缩比(最大增加10.8％),煤帮塑性区发育(最大增加712.3 mm),巷道周边围岩的应力、弹性应变能向深部转移(最远分别转移1 062.8,1 627.5 mm)且增大(最大分别增加3.44 MPa,70.1 kJ);在空间上,对掘贯通不同程度增大了巷道前后(120 m左右)围岩变形量、塑性区发育深度、应力和围岩能量,并使高应力和能量向深部转移。在实体煤处掘进后，巷道围岩应力和能量向两帮深部转移,巷道收缩,塑性区发展。在采空区处掘进后，护巷煤柱处应力、能量释放并向实体煤侧转移,巷道煤帮塑性区发育较深。基于对掘巷道变形特征，提出对掘贯通处支护优化方案:顶板采用锚网带支护,配合高预紧力高强锚杆、锚索及钢筋网护顶护帮强化支护,有效控制了顶板离层，并抑制了围岩变形,实现了深井煤巷围岩稳定性控制。

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2. 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（428）

PDF（pc）（3964KB）（159）

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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3. 露天煤矿端帮压覆资源回收方法研究现状与展望

周伟, 田涯, 王知乐, 才庆祥, 涂立啸, 李蕊,

采矿与安全工程学报 2025, 42 (3): 497-509. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0432

摘要（407）

PDF（pc）（33090KB）（168）

我国露天煤矿产量现已突破10亿t,约占全国产煤总量的23％,已步入世界露天采煤大国行列。多数露天煤矿开采程序为分区开采,并在采场内进行排土回填，开采方向两侧的端帮边坡随工作帮与内排土场推进而呈现出“形成—掩埋—消亡”的周期性演化规律。端帮下压覆的煤层在被内排土场掩埋后难以二次开采,导致该部分资源永久浪费,国内外学者已就回收端帮压煤做出了积极探索与实践。对靠帮开采、端帮采煤、相邻采区(采场)协调开采这3类主要方法展开综述,介绍了方法形成的背景与发展历程,归纳了方法应用场景,回顾了方法研究成果,讨论了方法所面临的技术难点,提出了靠帮开采与端帮采煤技术的研究方向,并结合国内露天开采行业发展方向,提出了5种端帮压煤回收构想,为资源进一步回收利用提供了研究思路。

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4. 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（359）

PDF（pc）（12161KB）（167）

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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5. 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（347）

PDF（pc）（7501KB）（61）

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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6. 深井厚煤层多分层充填体-围岩协同承载机理

常庆粮, 高乐, 范建国, 张彪, 孙聪, 胡盼

采矿与安全工程学报 2025, 42 (3): 510-520. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0343

摘要（344）

PDF（pc）（6342KB）（114）

针对千米深井“三下”特厚煤层安全开采问题,采用理论分析、模拟分析和工程实测相结合的方法,构建了顶板动态非均匀组合弹性地基梁力学模型,探究了各分层开采顶板覆岩及充填体移动变形特征与围岩应力演化规律,揭示了深井厚煤层多分层充填体围岩协同承载机理。结果表明:膏体充填开采各分层顶板挠度呈对称分布,挠曲线中部出现明显的“平底”形态,顶板峰值正弯矩在支架后方待充区,峰值负弯矩在前方煤体,两者随上向分层开采逐渐增加;上向分层充填开采顶板重复扰动,下分层充填后顶板下沉量稳定值为上分层开采的起始值;下分层、中分层、上分层充填体压缩量分别为100,340,250 mm;下分层充填后边界煤柱的超前支承压力峰值与中分层、上分层的峰值叠加,使其超前支承压力峰值出现温和异常值;充填面推进距离相同,下分层工作面前方出现了明显的应力集中现象,应力逐渐转移至下分层工作面边界煤柱,且工作面应力增高区和降低区的范围逐渐增大;下分层充填工作面支架工作阻力未出现周期性的波动,支架后方7.0 m的顶板下沉趋于稳定,最大下沉为280 mm,充填体压缩率为2.3％左右,充填体支撑效果良好。

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7. 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（320）

PDF（pc）（7856KB）（74）

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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8. 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（316）

PDF（pc）（42973KB）（235）

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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9. 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（315）

PDF（pc）（69771KB）（118）

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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10. 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（309）

PDF（pc）（25007KB）（83）

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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11. 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（298）

PDF（pc）（67036KB）（111）

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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12. 沟谷地形极近距离煤层群采动规律研究

柴敬, 高靖博, 张丁丁, 马哲, 赵文华, 杨小宁, 张军颖, 姜龙

采矿与安全工程学报 2025, 42 (3): 487-496. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0378

摘要（298）

PDF（pc）（2274KB）（235）

为探究沟谷区域极近距离煤层群采空区下下层煤采动规律,以宁夏白芨沟煤矿0102104工作面为背景,采用理论分析、数值模拟及现场原位测试相结合的方法,对工作面前方应力演化规律、巷道变形特征及山体裂隙演化规律等进行研究。研究表明:极近距采空区导致的层间顶板损伤破坏是造成该范围内采动应力、围岩变形及超前影响区显著较小的直接原因。山体裂隙发育受工作面上覆采空区赋存条件和山体产状共同影响,其发育特征较两者独立作用均有所不同;巷道围岩变形可分为“围岩稳定区—线性上升区”两部分;工作面前方采动应力在采空区影响范围呈“原岩应力—近线性增长”两阶段演化,在单一煤层采动时呈“原岩应力—近线性增长—阶跃式下跌”3阶段演化。研究成果可为类似地质条件下煤炭安全开采提供理论参考。

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13. 特厚煤层孤岛工作面坚硬顶板矿压动力灾害地面区域压裂防控研究

高瑞, 戴祥淋, 于斌, 杨敬轩, 匡铁军, 林永清

采矿与安全工程学报 2025, 42 (3): 532-543. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0336

摘要（295）

PDF（pc）（12213KB）（84）

为实现矿压动力灾害治理的主动超前预控,提出了地面区域压裂卸压技术手段。通过分析孤岛工作面覆岩破断结构特征及其矿压作用,揭示了地面区域压裂控制强矿压机理。以塔山煤矿14 m特厚煤层孤岛工作面为工程背景,设计采用地面水平井分段压裂技术对高位厚硬岩层进行区域压裂改造,压裂缝网宽度200～300 m,缝网高度50～70 m,达到体积压裂效果。现场监测表明:巷道围岩最大变形量不足400 mm,未发生跳跃式／台阶式冲击变形,工作面支架阻力始终保持低值,杜绝了孤岛工作面强矿压动力显现。论文研究成果表明,地面超前区域压裂有望从源头上解决坚硬顶板工作面动力灾害难题,实现矿井的安全高产高效开采,具有实用价值和现实意义。

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14. 钻孔卸压煤岩力学及冲击倾向特性研究与应用

袁红辉, 张玉江, 齐庆新, 李海涛, 李晓鹏, 张良

采矿与安全工程学报 2025, 42 (3): 544-555. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0272

摘要（293）

PDF（pc）（19531KB）（81）

钻孔卸压是最常用的局部防冲措施,但钻孔煤岩的力学和冲击倾向特性研究尚不充分。论文开展钻孔试样单轴压缩试验,分析孔径对钻孔煤岩力学性能、冲击倾向特性及声发射特征的影响,得到的合理卸压参数于内蒙古某矿强冲击倾向煤层进行应用验证。研究表明:孔径试样宽度比增大,试样峰值强度线性降低,弹性模量几乎不变,软化模量先快速下降后趋于平缓,模量比呈抛物线型降低;引入塑性影响弱化系数,修正钻孔卸压煤岩峰值强度影响模型;剖析力学和冲击倾向特性影响因素,基于AE特征、力学和冲击倾向特性变化规律确定合理的孔径试样宽度比为0.16;合理钻孔卸压参数能显著降低工作面煤体的冲击危险性。研究可为冲击倾向性煤层卸压参数确定提供依据和技术支撑。

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15. 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（293）

PDF（pc）（42266KB）（74）

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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16. 不同断裂模式下层理方向对页岩断裂特性的影响

李勇, 胡双杰, 陈结, 桂辉高, 孙传猛

采矿与安全工程学报 2025, 42 (3): 684-695. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0454

摘要（285）

PDF（pc）（12457KB）（51）

脆性岩石断裂失稳一直是岩石力学领域科学研究和工程应用的热点。为研究层理方向对含预制裂纹页岩断裂特性的影响,对不同断裂模式(以预制裂纹角度α表示)和含不同层理倾角(β)的页岩开展半圆盘三点弯曲静态加载破坏试验,揭示了层理方向对试件峰值载荷、断裂特性及临界起裂角的影响规律。结果表明:试件强度、断裂韧度和破坏模式随着断裂模式和层理倾角的改变而表现出差异性,裂纹扩展方向和试件断裂模式受层理倾角影响,当β=0°时,试件裂纹均沿着贯穿层理的方向扩展,随着β的增大,试件裂纹由垂直于层理扩展逐渐偏向沿层理方向扩展;当断裂模式相同时,临界起裂角θ_m随着β的增大而普遍增大,且随着断裂模式的改变,即α由0°变化为54°,β对θ_m的影响程度加剧;最大切应力(MTS)断裂准则可作为试件起裂的判断准则。

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17. 采动巷道围岩结构稳定性影响因素及演化规律研究

范磊, 常聚才, 王卫军, 袁超, 吴海, 齐潮

采矿与安全工程学报 2025, 42 (3): 589-600. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0527

摘要（281）

PDF（pc）（16050KB）（109）

采动巷道围岩控制一直是采矿领域面临的一大难题。受工作面回采的影响,采动巷道围岩结构演化具有显著的时空差异性。采用破坏应力比作为巷道围岩结构稳定性的表征参量,给出围岩非稳定状态的判定依据,并深入分析围岩力学性质、区域应力场、支护强度及断面形状等因素对巷道围岩结构稳定性的影响。最后,以实际现场工程为背景,对采动作用下回采巷道围岩结构的演化规律展开研究。研究结果表明,采用破坏应力比来表征巷道围岩结构的稳定性具有较高的灵敏性,所划分的围岩结构状态与实际工程情况具有较强的一致性。研究还发现,围岩力学性质和区域应力场的分布特征对巷道围岩结构稳定性状态的影响极为显著,且当巷道侧压系数远离1时,围岩非稳定区的分布形态经历由圆形到椭圆形再到蝶形的演化过程。然而,支护强度和断面形状对巷道围岩结构稳定性的影响有限。当巷道侧压系数大于1时,工作面回采扰动会致使巷道内帮围岩结构的稳定性急剧变差,而对巷道外帮的影响相对较小。

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18. 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（278）

PDF（pc）（20648KB）（71）

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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19. 不同条件下膏体充填体-围岩接触面剪切特性演变规律与机理

方坤, 于奇龙, 张云, 王云搏, 黄鹏

采矿与安全工程学报 2025, 42 (3): 521-531. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0457

摘要（277）

PDF（pc）（14834KB）（89）

从实验角度研究了不同侧限压力、温度及酸根离子浓度条件下的膏体-围岩接触面的剪切强度演变规律,并采用一系列微观实验揭示了不同因素对接触面强度的影响机理,研究发现温度对接触面强度的提升主要是通过促进胶凝材料水化反应实现,而高养护压力能够增大排水条件下膏体充填体的有效应力和基质吸力,酸根离子对接触面的影响体现在减缓水化反应和增加膏体围岩接触面积两个方面。研究结果对于建立膏体-围岩接触面本构模型以及后期的充填配比优化都具有重要意义。

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20. 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（272）

PDF（pc）（4879KB）（49）

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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