采矿与安全工程学报

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1. 巨厚关键层对冲击矿压动静载作用机制研究

周坤友, 窦林名, 李家卓, 杨科, 马衍坤, 段敏克, 阚吉亮

采矿与安全工程学报 2024, 41 (5): 908-919. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0255

摘要（328）

PDF（pc）（11076KB）（216）

以陕西某千米深井巨厚关键层下采场冲击矿压显现为工程背景,分析了巨厚关键层矿震发育及采场冲击显现特征,采场第4、5工作面回采时巨厚关键层内矿震发育逐渐覆盖巨厚关键层全厚范围,且巨厚关键层下冲击显现主要发生在第4、5个工作面走向中部区域并监测到高能矿震。研究了巨厚关键层下采场覆岩结构及围岩应力演化特征并揭示了巨厚关键层对围岩动静载应力的作用机制。研究结果表明:巨厚关键层下采场第4、5工作面回采时,巨厚亚关键层和主关键层分别发生破断运动,顶板形成大尺度悬臂-铰接结构,其承担上覆载荷并转移至相邻实体煤区域,导致采场周围煤岩体静载应力显著升高;采动影响下大尺度悬臂-铰接结构发生多岩层协同破断,产生高能矿震动载扰动作用,导致高应力煤体动力失稳,冲击风险显著增加。提出了巨厚关键层下冲击矿压顶板深孔预裂爆破防治方案,实践结果表明该方案能够明显减小工作面顶板来压步距和矿震活动强度,显著降低冲击风险。

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2. 浅埋煤层沟谷区高位关键层破断动载机理及应用

来兴平, 朱浩宇, 郭中安, 顾合龙, 李相通, 赵启生, 单鹏飞

采矿与安全工程学报 2024, 41 (5): 879-888. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0223

摘要（316）

PDF（pc）（8660KB）（407）

针对西部沟谷地形易发生动载矿压的问题,通过相似模拟、理论计算分析、现场实测,对复合关键层下工作面过沟谷区强矿压显现特征进行分析与对比,构建了复合关键层下沟谷区上坡段失稳结构模型,推导了上覆岩层移动过程中高位关键层回转变形与滑落失稳初次破断步距计算公式。研究表明:工作面过沟谷区域高位关键层缺失的上坡段时极易发生剧烈的切顶、压架、台阶下沉等动载现象。沟谷区上坡段先发生回转变形失稳,随后破断块体形成的链式结构发生滑落失稳冲击下部工作面造成强矿压显现。通过构建连续沟谷区高位关键层非均布载荷梁结构力学模型基本单元,计算得出初次回转变形与滑落失稳破断步距分别为27、142 m,与1305-2工作面过第一条沟谷距谷底145 m处发生压架的位置较为吻合。结合高位关键层破断动载机理提出了过沟谷地形动载矿压综合防治措施并应用到朱家峁煤矿开采中,计算得出1305-2工作面过第二条沟谷与1307-2工作面分别于147、126 m处发生剧烈来压,对计算的危险区域采取水力压裂等防治措施,防治效果良好,为过沟谷地形开采时动载矿压防治提供了理论依据。

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3. 深井综采面动压区沿空留巷围岩变形机理及锚索强化支护技术

王方田, 江振鹏, 刘超, 何东升, 郝文华, 屈鸿飞,

采矿与安全工程学报 2024, 41 (6): 1103-1115. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0192

摘要（306）

PDF（pc）（14312KB）（234）

深井综采面沿空留巷围岩受多重应力叠加作用,冒顶、帮鼓等问题亟待解决。以车集煤矿2611工作面沿空留巷为工程背景,采用理论分析、模拟分析和现场试验监测等方法,探究锚杆、锚杆-锚索、锚杆-锚索-补强锚索等不同支护方式下动压区沿空留巷围岩变形特征。基于顶板回转下沉弯矩叠加理论,构建动压区沿空留巷围岩结构力学模型,创新推导顶板弯曲下沉量计算公式,结合不同支护方案确定巷道顶板下沉量;充分考虑FLAC3D与UDEC软件特点,对比模拟分析切顶与不切顶条件下沿空留巷围岩应力、变形特征,阐明锚杆、锚杆索及补强锚索与围岩相互作用关系,其中补强锚索支护具有强预紧力、长作用距离及应力传递的作用,能有效抑制顶板离层,致使围岩峰值应力向深处转移。现场监测结果表明,沿空留巷补强锚索支护后顶板下沉量为90 mm,保障了深井综采面安全高效开采。

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4. 基于分布式光纤技术的深井工作面覆岩采动裂隙演化规律研究#br#

秦志宏, 赵光明, 孟祥瑞, 程详, 顾清恒, 朱世奎

采矿与安全工程学报 2024, 41 (5): 889-898. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2022.0539

摘要（260）

PDF（pc）（6074KB）（942）

为研究深井坚硬顶板综放开采覆岩裂隙演化规律,将布里渊散射的光频域散射技术(BOFDA)应用于物理相似模型试验。以千米深井信湖煤矿首采综放工作面地质条件为工程背景,在实验室构建采场覆岩模型,通过预先埋设的传感光纤,探究回采过程中覆岩变形与光纤应变的响应特征。设计了2个钻孔并将光纤植入工作面顶板,实现了采场顶板走向65 m、倾向24.5 m、垂高119 m空间范围内覆岩运移破断规律的监测，获得了工作面推进期间采场顶板光纤的应变数据。结果表明:光纤应变曲线与覆岩变形特征存在明显对应关系;覆岩离层、断裂、切落点光纤应变呈现凸峰状,可以表征采场覆岩“横三区,竖三带”边界特征演化过程;光纤应变曲线凸峰范围和峰值大小变化与采场覆岩运移强度发展趋势基本一致;基于光纤应变与覆岩结构演化的响应关系,结合818工作面覆岩岩性组合,分析现场光纤应变数据确定的工作面“三带”高度与模型试验、理论计算数值吻合,符合矿井实际情况,验证了分布式光纤监测技术在深井坚硬顶板覆岩结构演化监测中的可靠性与准确性。试验结果可为类似条件下采场覆岩变形移动规律的研究提供参考。

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5. 沿空留巷超前预裂卸压机理及预裂钻孔布置原则

王晓卿

采矿与安全工程学报 2024, 41 (6): 1125-1133. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0237

摘要（258）

PDF（pc）（4428KB）（161）

为阐明沿空留巷超前预裂卸压机理并指导预裂钻孔布置,建立混凝土支柱沿空留巷卸压数值模型,模拟分析预裂角度和预裂高度对留巷围岩应力与支柱顶面压缩量的影响规律,证实工作面超前预裂对沿空留巷具有卸压减沉效果,揭示沿空留巷超前预裂卸压机理,提出预裂钻孔布置原则,并进行工程验证。研究结果表明:工作面超前预裂对沿空留巷具有显著的卸压减沉效果,卸压效果主要体现在降低留巷周边围岩的应力集中;工作面超前预裂通过人工制造预裂带切断留巷上方侧向悬顶内的厚层坚硬顶板,从而切断采空区上部覆岩载荷传递路径,减小侧向悬顶对留巷的施压,实现留巷卸压;留巷卸压减沉效果与预裂角度或预裂高度之间具有正相关性。预裂钻孔倾角应尽可能大,预裂钻孔长度应使钻孔尽可能多地穿越厚层坚硬顶板,至少应高出垮落带上方第1个基本顶;何家塔煤矿50108工作面采用混凝土支柱沿空留巷技术回采,预裂钻孔倾角为80°,预裂钻孔垂深为29.0 m,超过第2个基本顶,端头支架平均压力相比无预裂降低29%,卸压效果显著,留巷效果较好。

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6. 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（253）

PDF（pc）（7341KB）（55）

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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7. 考虑轴向应力作用的“围岩-支护”相互作用关系研究

刘洪涛, 韩子俊, 韩洲, 杨永松, 梁嘉璐, 张丹丹, 程文聪, 乔钟槿

采矿与安全工程学报 2024, 41 (6): 1116-1124. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0079

摘要（251）

PDF（pc）（6047KB）（219）

以弹塑性理论为基础推导出考虑巷道支护阻力作用的三维应力场下的围岩塑性区近似解。以羊场湾煤矿160206回风巷道为工程背景,采用理论分析及数值模拟的方法,研究支护阻力对巷道围岩塑性区尺寸的影响。研究表明:围岩塑性区形态为“类蝶形”或“椭圆形”时,支护阻力的提高对围岩塑性区的控制效果较为显著;当围岩塑性区形态为“蝶形”时,支护阻力的提高对围岩的控制效果有限。锚杆、索支护的主要作用是将上部破碎岩层悬吊在稳定岩层中,控制围岩的非连续变形。叠加采动影响巷道的稳定性控制思路主要为:调控围岩应力环境、改变支护结构和蝶叶敏感区重点支护。基于该控制理念,对160206回风巷道叠加采动影响区提供加强支护方案,巷道围岩稳定性得到显著提高。

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8. 粗糙裂隙煤岩的分形多场渗流模型及数值模拟

季明, 孙中光, 刘冠男, 范书帝, 高峰, 王春光

采矿与安全工程学报 2024, 41 (5): 1036-1045. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0059

摘要（248）

PDF（pc）（4451KB）（1906）

煤体裂隙分布特性对气体聚集、运移及产出具有至关重要的影响。基于多孔介质分形理论,构建了一种新的跨学科分析模型,定量表征了煤岩裂隙粗糙程度,并将煤岩渗透率定义为它的函数,进而与煤体变形、吸附效应及气体压力耦合,实现了多物理场耦合作用下裂隙粗糙程度及分形行为对气体渗流、煤岩应力和渗透率影响的定量分析。研究表明:提出的4个分形参数能够很好地表征粗糙裂隙数目、长度、迂曲度及粗糙程度;当煤岩物性参数保持不变时,渗透率与裂隙迂曲度分形维数成反比,与裂隙分形维数成正比;相较于其他微观参数,迂曲度分形维数的改变对煤岩渗透率及气体压力的影响最大。研究结果可为相关工程项目提供一种全新的评估抽采率及开采安全性的跨学科方法。

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9. 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（248）

PDF（pc）（16694KB）（90）

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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10. 坚硬顶板特厚煤层采场瓦斯运移规律及抽采参数研究

霍丙杰, 张松涛, 黄宇轩, 靳京爵, 李天航, 李涛, 夏平川

采矿与安全工程学报 2024, 41 (5): 1091-1102. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0435

摘要（245）

PDF（pc）（9885KB）（188）

坚硬顶板特厚煤层采场瓦斯涌出及运移特征具有特殊性,研究其特征是确定瓦斯治理方案、解决工作面瓦斯超限的基础。以大同矿区石炭系坚硬顶板特厚煤层开采为工程背景,运用理论分析、数值模拟及现场实测等方法研究采场瓦斯运移规律、抽采治理技术与参数。研究表明:坚硬顶板采动影响范围广、悬顶面积大,导致瓦斯异常涌出且积聚于顶板悬顶下的无风区域,工作面来压时瓦斯随悬顶垮落挤压进入工作面易引起瓦斯超限;工作面仅通过U型通风方式不能解决上隅角瓦斯超限问题,故提出采用高抽巷作为工作面瓦斯防治技术;首次定义了抽采权重概念,并基于抽采权重的动态调整,确定了高抽巷竖布置层位及抽采参数,高抽巷竖直距离工作面18 m、水平距回风巷15 m,最佳抽采负压为7 kPa,最佳抽采权重范围为0.25～0.5,实现了上隅角瓦斯最高浓度仅为0.63％、瓦斯抽采浓度3.92％、工作面来压期间平均瓦斯抽采率可达80.8％的抽采效果。研究结果对坚硬顶板特厚煤层综放工作面瓦斯灾害治理具有重要的借鉴意义。

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11. 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（244）

PDF（pc）（7799KB）（175）

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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12. 煤体应力随钻监测响应特征及智能感知技术研究

王桂峰, 张崟峰, 王忠宾, 静涛, 窦林名, 曹安业, 胡非凡, 刘心强, 冯淦

采矿与安全工程学报 2024, 41 (5): 1069-1077. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0469

摘要（243）

PDF（pc）（8014KB）（921）

由于冲击地压灾害的复杂性、突发性及形式多样性等特点,灾源准确感知与预警、应力场精准调控等问题迫切需要解决,数字钻探
被认为是定量测量岩体力学信息的原位测试新方法。通过自主研制的三轴高应力加载钻进全过程模拟实验系统,开展不同应力、钻进工况条件下钻进敏感性试验,研究不同应力、钻进工况对随钻扭矩、推力、排屑量等信息的影响规律,建立煤体应力随钻感知力学模型,揭示煤体应力与随钻响应信息关联机制,提出基于BP神经网络的煤体应力多参量融合智能识别方法,并开展了工程应用。研究表明:随钻响应信息(扭矩、推力等)与加载应力呈正相关关系,其增长趋势与钻进排屑量随应力增加的趋势相同,而钻进速度、转速是影响随钻响应信息的重要因素;基于BP神经网络的随钻应力识别模型拟合程度好,模型预测准确率达到95％;井下工程验证发现主动CT反演的应力异常区和随钻反演应力具有较好的一致性,验证了随钻感知煤体应力的准确性。研究为实现煤体应力原位数字钻探技术提供了科学依据,有利于破解冲击地压危险源智能感知与预警行业性难题,促进防冲技术向高效、智能化方向发展。

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13. 不同粒径分布多孔介质的幂律流体渗透注浆机制

张华磊, 徐保杰, 王开伟, 束云龙

采矿与安全工程学报 2024, 41 (5): 1025-1035. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0441

摘要（241）

PDF（pc）（3666KB）（1048）

以分形理论与幂律流体在多孔介质中的渗流运动方程为基础,推导出不同粒径分布因素的多孔介质幂律流体渗透注浆理论模型,通过室内试验与COMSOL Multiphysics软件对理论模型进行验证,同时使用并行电法仪对浆液扩散范围进行监测,开展不同注浆压力与多孔介质孔隙率条件下的模型试验与数值仿真分析。结果表明:激励电流可以较好地指示浆液的渗流路径,视电阻成像分析可对浆液扩散范围进行宏观监测,幂律流体在考虑不同粒径组成多孔介质中的渗透扩散半径小于不考虑不同粒径组成多孔介质中的扩散半径,二者相差的均值为11.77％,且考虑不同粒径组成多孔介质模型得到的扩散半径更接近实测值,且注浆压力与多孔介质孔隙率越大,越不能忽略不同粒径分布因素对浆液扩散的影响,采用该理论模型更能反映幂律流体在不同粒径组成多孔介质中的渗透扩散规律。将该理论模型成功应用于顾北矿南二采区1512(3)工作面预注浆加固,取得了良好的工程实践效果。

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14. 特厚煤层综放工作面厚硬顶板深孔爆破初次放顶技术研究

赵铁林, 侯公羽, 邵耀华, 张洪伟, 薛吉胜

采矿与安全工程学报 2024, 41 (6): 1179-1189. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0569

摘要（239）

PDF（pc）（14369KB）（96）

为揭示复合坚硬顶板深孔爆破组合放顶规律与机制,基于弹性力学理论,建立了“四周固支”“三端固支、一端简支”和“混合形式”顶板简化力学模型,分析了不同支撑形式和参数下顶板的变形破坏规律;基于同忻煤矿8210工作面实际地质条件,提出了“开切眼+两巷”深孔爆破组合切顶方案,设计了组合切顶技术参数,并开展了现场工程验证。结果表明:厚硬顶板的厚度对顶板完整性影响很大,尤其是对于地层中存在较厚坚硬顶板或复合顶板的条件下,采用单一开切眼切顶并不一定能实现顶板断裂,还要辅助巷道侧向切顶才能有效断顶。“开切眼+两巷”组合爆破切顶能有效减小厚硬顶板悬顶面积,基本顶初次垮落步距控制在了40 m左右,相较于以往工作面缩短了50％以上,实现了厚硬顶板大面积悬顶的有效治理。该研究可为同类地质条件下工作面顶板灾害的治理提供理论基础，为厚硬顶板下煤层的安全开采提供技术指导。

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15. 构造应力影响下软岩巷道围岩破坏机理及控制技术研究#br#

武瑞龙, 车驰远, 王超群, 都书禹, 张云, 赵长政, 严金全

采矿与安全工程学报 2024, 41 (5): 971-981. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0291

摘要（237）

PDF（pc）（4233KB）（1452）

针对构造应力影响下软岩巷道持续变形难控制的问题,以发耳煤矿50104运输巷为研究对象,采用现场实测、理论分析和数值模拟等方法,从巷道围岩岩性和应力环境的角度,探究其破坏机理及控制对策。结果表明:低强度软岩加剧了岩体损伤,构造应力孕育了蝶形塑性区,软岩诱发了蝶形塑性区恶性扩展,支护设计缺乏针对蝶叶区域的控制。提出了基于蝶形破坏特征的软岩巷道围岩控制对策—蝶形塑性区靶向加固。其基本科学内涵为支护手段精准介入蝶叶区域,各支护构件协同作用控制蝶形塑性区扩展,提高围岩承载能力;技术关键为锚索与JSMZ20-22新型锚注装置配合使用,实现全长锚固。构建了以“锚网喷+锚注式锚索全长锚固”为核心的蝶形塑性区靶向加固巷道围岩修复方案。现场监测结果表明:顶底板最大移近量为158 mm,两帮最大移近量为121 mm,蝶叶塑性区未出现进一步扩展,巷道围岩变形破坏得到了有效控制。

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16. 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（237）

PDF（pc）（17183KB）（63）

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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17. 软弱缓倾层状岩层隧道围岩结构变形与失稳机制试验研究

李元海, 赵万勇, 朱茂国, 刘德柱, 于恒

采矿与安全工程学报 2024, 41 (6): 1148-1157. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0110

摘要（234）

PDF（pc）（89129KB）（87）

为探究软弱缓倾层状岩层隧道围岩结构变形与失稳机制,通过大比例相似模型试验,采用自主开发的岩土计算机视觉量测系统 PhotoInfor进行围岩变形时空演变过程观测分析,并通过建立围岩结构力学模型探讨围岩失稳机制。研究结果表明:软弱缓倾层状隧道围岩变形的空间分布特征是首先在拱顶处产生裂纹,随着围岩荷载增加,左右拱肩出现垂直于层理面方向的裂纹并与层理面及拱顶裂纹贯通,进而形成剪切楔并最终塌落导致围岩失稳;缓倾层状岩体存在顺层偏压现象,在荷载作用下围岩结构变形明显左右不对称,在时间演变特征上表现为经历顶板断裂、拱肩失稳和隧道坍塌3个阶段;根据试验现象观测,提出可将隧道围岩顶板与拱肩岩层处分别简化为受均布荷载的简支梁、悬臂梁和受非均布荷载的简支梁力学模型,以此揭示了软弱缓倾层状隧道的围岩结构变形与失稳机制。

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18. 地应力作用下聚能爆破煤体损伤特征试验研究

杨帅, 刘泽功, 常帅, 张健玉, 傅师贵, 乔国栋, 张鑫

采矿与安全工程学报 2024, 41 (5): 1078-1090. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0499

摘要（232）

PDF（pc）（7855KB）（1834）

为研究地应力影响下聚能爆破对煤层的损伤情况及裂纹扩展规律,以聚能爆破作用机理和地应力下爆破孔环向应力分布规律为理论基础,通过相似模拟试验和数值模拟与分形维数相结合的方法,探讨了地应力作用下聚能爆破煤体裂纹扩展规律。试验结果表明:相对于无地应力条件,3组对照试验1^＃测点的应力大小和动载作用时间均减少,证明地应力对聚能爆破存在抑制作用。聚能爆破受地应力的影响会减少裂纹发育的长度,但依然能够保证裂纹的定向发育。当聚能方向平行于最大主应力方向时,聚能方向裂纹会得到延长;反之,裂纹长度将会减少。通过ANSYS／LS-DYNA对不同侧压系数(k)下煤体聚能爆破进行模拟,结果表明:k越大对聚能方向裂纹发育抑制越明显;k越小则对聚能方向裂纹发育起促进作用。同时,通过线性拟合得到损伤量w和分形维数D之间的函数关系,建立了煤体损伤预测模型。

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19. 不同粒径煤颗粒孔隙特征及动态润湿行为

胡千庭, 郑雪雯, 李全贵, 张跃兵, 宋明洋, 邓羿泽, 刘继川, 赵政舵, 余长君, 胡良平

采矿与安全工程学报 2024, 41 (5): 1058-1068. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.20230109

摘要（229）

PDF（pc）（2683KB）（1518）

为揭示煤尘润湿机理和改进抑尘效果,研究了粒径影响下煤颗粒的动态润湿行为。将煤样破碎筛分为5种不同粒径的煤颗粒,通过低温液氮法和压汞法联合表征煤颗粒孔隙特征,分析不同粒径煤颗粒孔隙分形特征,借助低场核磁共振(LF-NMR)技术从时间和空间尺度分别描述水在润湿煤颗粒过程中的状态变化及动态润湿过程。结果表明:粒径减小,过渡孔、微孔孔径占比增多;粒径过大或过小时,过渡孔、微孔的分形特征不明显;低场核磁共振T2谱图反映了润湿过程中煤颗粒孔隙吸附的水、煤颗粒表面吸附的水和流动的自由水3种状态,定量分析水的时空演变特征,将润湿煤颗粒过程分为煤表面扩散、润湿表面孔隙及持续扩散3个阶段。润湿阶段的明确为提高煤尘润湿效率提供了参考。

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20. 基于多重分形理论的花岗岩岩爆试验声发射信号特征研究

祁浩, 李春晓, 李长祺

采矿与安全工程学报 2024, 41 (5): 934-945. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0145

摘要（229）

PDF（pc）（7974KB）（330）

运用声发射系统采集不同中主应力条件下花岗岩岩爆试验过程中的声发射信号,分析岩爆破坏过程和岩爆时刻竖向应力及声发射振铃计数水平,运用多重分形理论分析竖向应力快速加载至岩爆结束过程中声发射振铃计数在时域上的分布特征。研究结果表明:中主应力水平越高,岩爆破坏越剧烈,岩爆时刻竖向应力水平趋于稳定,竖向应力快速加载阶段的累计声发射振铃计数有所提升;竖向应力不断提升,声发射振铃计数多重分形谱形态呈现宽—窄—宽的变化趋势,多重分形谱宽总体呈先降后增,提取谱宽平滑曲线中先降后增的转折点进行岩爆预警,发现中主应力越高,岩爆预警时间越长,岩爆突发性有所下降;越接近岩爆,广义分形谱的非线性逐渐减弱,在岩爆发生阶段又有所凸显,且中主应力越高,声发射振铃计数在时域上的分布越均匀。该研究表明高中主应力和竖向应力快速增加可提高岩爆过程中裂纹连续扩展行为的活跃度。

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