采矿与安全工程学报

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1. 关退煤矿软岩地下空间压缩空气储能模型试验系统研制及其应用#br#

胡李华, 岳群超, 吴云, 蔚立元, 张凯, 李晓昭, 曾伟, 王磊, 曹雅恒

采矿与安全工程学报 2024, 41 (4): 853-866. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0525

摘要（306）

PDF（pc）（7805KB）（860）

压缩空气储能是关退煤矿地下空间资源具有广阔前景的规模化利用方式,但当前对高气压作用下煤矿软岩储气库复合结构受力和变形规律认识不清,严重制约了其发展。为此,研制了一套模拟煤矿软岩地下空间压气储能的大型模型试验系统,该模型试验系统主要由电液伺服大型真三轴加载平台、高压空气加载控制系统、储能硐室复合结构模拟系统及数据监测系统组成。其中,电液伺服大型真三轴加载平台用以模拟初始地应力;高气压加载控制系统由空气压缩机、高压气罐、控制系统、高压管路、压力阀和压力表等组成,用于精准控制充放气;基于相似理论,储能硐室复合结构模拟系统模拟软岩-配筋混凝土内衬-滑移层-密封层组成的复合结构;数据监测系统包括应变、压力和温度等传感器、光纤线缆及配套的数据采集分析仪器、软件,用于监测试验过程中关键参量的演化信息。针对曹庄煤矿压缩空气储能科研需求,开展了不同地应力组合、循环充放气及高压保持等工况下的模型试验。结果表明,该试验系统可以获得不同工况下压气储能硐室复合结构受力和变形规律,是开展进一步研究的有力工具。

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2. 深井切顶留巷围岩变形机理与分区治理技术研究#br#

华心祝, 李琛, 王仙龙, 祁亚宝, 陈登红, 庞文

采矿与安全工程学报 2024, 41 (4): 655-665. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0189

摘要（301）

PDF（pc）（6950KB）（460）

沿空巷道服务周期长,矿压显现强烈,一次采动后往往造成巷内围岩大变形,难以为下区段工作面开采继续服务。以丁集煤矿1452(1)工作面一次采动结束后留巷修复治理和重新加强支护为工程背景,现场测试留巷断面收缩程度,将其划分为3个不同变形特征的待修复治理区域。理论分析巷内围岩变形机理:切顶高度内的顶板破断、回转及采空区垮落矸石的反复压实造成了顶板的非对称变形;采动引起的高支承压力对煤帮破碎区挤压是造成巷帮变形的主要原因;上覆岩层载荷以实体煤帮和采空区矸石帮为媒介传递到底板引起巷道底板变形破坏。利用极小势能原理得到底鼓随应力集中程度的增加而线性增大的结论,并结合数值模拟分析一次采动后顶底板的最小主应力分布状况,以此反映顶底板的应力集中程度。确定留巷修复治理的最佳时机与修复工艺,基于对留巷围岩变形的分析,提出“围岩结构分级分区主被动协同支护”技术。现场监测结果表明,下区段工作面回采时,巷内围岩变形及恒阻锚索受力稳定,该控制技术能够有效控制巷道围岩变形,所留巷道能够满足复用要求。

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3. 采动地表与输电线塔大板基础协同变形规律研究

赵兵朝, 赵阳, 冯杰, 王京滨, 冯欣怡

采矿与安全工程学报 2024, 41 (3): 472-480. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2022.0430

摘要（288）

PDF（pc）（1577KB）（294）

为保障矿区输电线塔在采动影响下安全运行,通过理论分析和数值模拟探究采动地表与输电线塔大板基础协同变形规律。以某工作面上覆输电线塔大板基础为研究对象,基于基础的破坏形式,建立了大板基础力学模型,结合概率积分法推导得出地表与拉伸区、压缩区及中性区基础的协同变形关系式。理论分析表明:采动基础变形的关键参数有基础弹性模量（Ej）、土体泊松比（μ）、基础根开（bt）、土体弹性模量（E）、电塔自重（P）和基础截面惯性矩（Iy）;基础水平变形εj与Ej和μ呈负相关,与地表水平变形ε、bt和E呈正相关;基础倾斜变形ij与地表倾斜变形i、P和bt呈正相关,与Ej和Iy呈负相关。数值模拟表明:拉伸区基础水平变形>压缩区基础水平变形>中性区基础水平变形。

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4. 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（279）

PDF（pc）（8660KB）（338）

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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5. 深部资源开采创新成效分析与思考

张家林, 杨帆, 张望, 王浩, 吴爱祥, 申宝宏

采矿与安全工程学报 2024, 41 (3): 450-461. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0349

摘要（273）

PDF（pc）（4300KB）（952）

深部开采是矿产资源开采的必然趋势,提升深部资源开采能力是我国实现“向地球深部要资源”的关键所在,“十三五”国家重点研发计划“深地资源勘查开采”重点专项的设立是解决我国深部资源勘查开采领域技术瓶颈问题的重要举措。简述了深部资源开采亟需重点攻克的瓶颈问题,梳理了“深地资源勘查开采”重点专项在深部岩体力学基础理论、深部建井与提升、深部开采、深部灾害防控等方面的重点任务布局和创新成效,并就后续攻关重点方向进行了展望。此外,就相关重点研发计划项目的管理成效与经验进行了总结,全方位呈现了国家重点研发计划视角下深部资源开采创新成效,同时在项目布局与支持模式等方面提出了建议。

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6. 推进速度影响下的上湾煤矿高强度开采覆岩-地表移动特征#br#

李全生, 任赵鹏, 张村, 马健起, 赵勇强, 何祥, 韩鹏华

采矿与安全工程学报 2024, 41 (3): 437-449. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2022.0459

摘要（272）

PDF（pc）（10408KB）（310）

为了获得上湾矿特大采高(8.8 m)工作面高强度开采的覆岩-地表移动特征,对基岩破断移动、地表下沉开裂以及矿压显现进行了系统观测。观测结果表明:与传统厚硬岩层为主导的高强度覆岩移动特征不同,上湾矿12401工作面采动覆岩移动主要受三层控制层的影响,分别为基本顶、关键层以及顶部厚软岩层(缓冲层),且由于推进速度的影响形成了“两带”和“三带”基岩的破坏模式。下位基本顶和关键层共同决定工作面的矿压显现程度;关键层的破断导致基岩整体剧烈沉降,同时由于缓冲层为厚而软的砂质泥岩,具有较强的膨胀性,对开采覆岩移动传导具有一定的缓冲作用,是基岩形成“三带”的关键因素。通过对覆岩-地表移动规律的分析,提出了基于覆岩控制层的地表裂缝主控机理,获得了推进速度影响下的覆岩-地表移动特征,为预防采动地表破坏和实现减损开采提供了科学依据。

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7. 叠合采动下围岩破坏区非均匀扩展机理及巷道稳定控制#br#

刘洪涛, 韩子俊, 韩洲, 霍天宏, 罗茗, 罗紫龙, 彭佳琛, 张红凯

采矿与安全工程学报 2024, 41 (3): 522-532. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2022.0355

摘要（271）

PDF（pc）（6919KB）（380）

为揭示叠合采动影响下围岩的变形破坏特征,以羊场湾矿160206工作面为工程背景,通过现场监测、理论分析计算、数值模拟和现场工程试验的综合研究方法,研究叠合采动应力场下回风巷围岩的应力场演化规律和塑性区形态分布特征,揭示煤层巷道在叠合采动影响下的非均匀扩展机理。结果表明:上下区段的叠加采动影响导致160206工作面前方回风巷处于高偏应力环境,这是造成回风巷发生非对称破坏的主控因素；叠合采动巷道在高偏应力作用下塑性区呈蝶形形态,且蝶叶向采空区一侧偏转,围岩塑性区形态呈煤壁帮顶板及煤柱帮底板破坏范围大的非均匀扩展特征。据此,提出采用非对称长短锚杆索协调加强支护、超前单元支架及钻孔卸压的联合支护技术,在叠合采动影响区域进行工业性试验,取得良好的效果。

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8. 不同倾角断层滑移失稳机制试验研究

谭彦, 郭伟耀, 王浩, 谭云亮, 赵同彬, 张东晓, 方恒宇

采矿与安全工程学报 2024, 41 (4): 749-758. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2022.0591

摘要（270）

PDF（pc）（4473KB）（254）

提出了断层摩擦滑移室内试验方法,研究了不同倾角断层摩擦滑移过程中应力、应变、声发射、温度场等演化规律,探讨了断层倾角影响下断层滑移失稳的能量机制。研究结果表明:随着断层倾角增加,断层面阻滑特性及摩擦破坏程度均减小;在断层滑移失稳之前,断层面不同位置应变均产生分化现象,其中垂直断层面应变产生分化现象早于平行断层面,但随着断层倾角增大,断层面不同位置应变在滑移失稳之前协同性增强。声发射信号强度随着断层倾角增大而减小,尤其在滑移失稳阶段声发射b值随着断层倾角增大而显著增加,大尺度微破裂减少;随着断层倾角增大,断层滑移过程中释放的热量及滑移失稳阶段温度增幅均显著减小。大倾角断层不利于积聚能量,但易发生滑移且多次释放能量,易诱发断层煤体结构失稳型冲击地压,而小倾角断层利于积聚能量,单次失稳滑移释放能量更多,更易诱发断层强动载扰动型冲击地压。

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9. 矿震诱发巷道冲击地压力学机制及判别准则研究

朱小景, 潘一山, 齐庆新, 肖永惠, 李海涛

采矿与安全工程学报 2024, 41 (3): 493-503. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0139

摘要（265）

PDF（pc）（4532KB）（490）

针对目前矿震诱发巷道冲击地压机制不清晰、理论研究不完善的问题,建立圆形巷道弹塑性软化力学模型,基于巷道围岩软化区能量和矿震波能量,提出矿震诱发巷道冲击地压的软化区能量极值判别准则。将软化区外边界矿震波能量与临界软化区能量之比定义为统一能量指数,并作为矿震能否诱发巷道冲击地压的判别依据,当统一能量指数小于等于1时,表明没有多余能量推动软化区煤体冲向巷道内,即矿震不会诱发巷道冲击地压;当统一能量指数大于1时,表明有多余能量迫使软化区煤体冲向巷道内,即会诱发巷道冲击地压。冲击地压发生时,用巷道快速收缩位移表征冲击地压破坏程度,且巷道快速收缩位移随着围岩临界软化区能量呈指数下降,随着软化区外边界矿震波能量呈线性上升。通过相似模拟试验和数值模拟,验证了理论分析的合理性和正确性。

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10. 深井大煤柱沿空掘进工作面侧煤爆机理与防治

张明, 杨世纪, 涂敏, 刘同达, 年宾, 杜岩, 王德振, 常春锋, 吴晓军, 李杰

采矿与安全工程学报 2024, 41 (4): 688-698. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0555

摘要（264）

PDF（pc）（2690KB）（588）

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11. 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（257）

PDF（pc）（14312KB）（228）

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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12. 急速卸压条件下构造煤体应力释放规律试验研究

蒋静宇, 史孝宁, 程远平, 沈润生, 马建军, 王成浩

采矿与安全工程学报 2024, 41 (3): 634-644. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0134

摘要（251）

PDF（pc）（4332KB）（467）

为研究构造煤在急速卸压条件下的应力释放规律,开展了不同卸围压速度条件下的型煤试样三轴试验,对比分析了构造煤在不同应力路径下的应力-应变曲线和力学特性演化特征,并通过数据拟合分析了急速卸压条件下的应力释放规律。结果表明:卸围压速度越快,构造煤破坏时的变形程度和峰值应力越小。卸围压降低了煤体的内聚力,劣化程度为14.02％～21.95％,卸围压速度越快,劣化作用越强。卸围压降低了煤体变形模量和泊松比,表明卸围压加剧了煤体损伤,降低了煤体抵抗变形的能力。当卸围压速度趋近于急速时,峰值应力的劣化程度为17.84％,内聚力的劣化程度为21.95％,表明急速卸压条件下构造煤更易失稳破坏,应力释放控制瓦斯膨胀能的非稳态释放,从而导致构造煤突出的连续发展。

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13. 深部强动压巷道底鼓控制机理及技术研究

肖同强, 王泽源, 刘发义, 代晓亮, 赵帅, 余子豪

采矿与安全工程学报 2024, 41 (4): 666-676. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2022.0614

摘要（244）

PDF（pc）（4902KB）（512）

在深部强烈采动应力作用下,巷道底板变形控制难度极大。针对深部巷道底鼓控制难题,以1103盘区大巷为研究背景,采用理论分析、实验室试验、数值模拟和现场试验等方法,研究深部强动压巷道底鼓控制机理及控制技术。结果表明:围岩强度低、采动应力高、支护-围岩关系不耦合是造成底鼓的主要原因,巷道底角出现大面积塑性破坏,底角是底板控制的关键部位;提出以“适度卸压”和“强化支护”为核心的底鼓控制技术,即采用“底角开槽”适度卸压与“卸压槽浇筑强化、锚索束强力支护、分层高效注浆和强韧筑层封闭硬化”多层次耦合加固技术,形成与底板应力及变形相适应的多层次卸固耦合强力承载结构,有效控制底板的变形和破坏;确定底板卸固耦合控制技术参数,并在深部强动压巷道底鼓治理中得到成功应用。

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14. 基于钻孔成像的结构面智能化识别系统

刘灿灿, 郑西贵, 王术龙, 王济宇, 李鹏, 郭晓玮, 许文杰

采矿与安全工程学报 2024, 41 (4): 720-729. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0090

摘要（243）

PDF（pc）（4778KB）（406）

巷道顶板岩层裂隙分布特征是影响安全开采的重要因素,目前钻孔成像法是裂隙探测的主要方法,但钻孔成像法缺乏裂隙智能识别系统,传统人工观察法速度慢,只能定性分析裂隙特征。针对上述问题,在多个矿区进行钻孔成像,形成丰富的岩层裂隙识别数据库,并将数据库分为训练集和测试集。基于卷积神经网络搭建结构面识别网络,网络(1)训练时的像素类别分为背景像素、结构面像素和干扰像素;网络(2)训练时的像素类型分为背景像素和结构面像素。提出裂隙区划分方法,设计裂隙区内结构面数量自动计算程序,优化传统的霍夫变换算法，可实现裂隙区内多个结构面准确识别,并开发结构面参数自动输出程序。研究结果表明:将干扰像素划分为一种类别可以有效改善结构面识别效果。网络(1)对结构面的识别率为76.70％,通过开发的程序使得识别率达到90.20％。对于结构面的起点和终点位置预测误差主要集中在5 mm内,倾向预测误差主要集中于20°范围内,倾角预测误差主要集中于10°范围内,裂隙宽度的平均误差为5.07 mm。该研究工作促使钻孔成像技术由人工观察的定性分析向智能化的定量分析转变,为煤矿智能化发展提供了重要的地质保障技术。

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15. 基于CT扫描技术的煤试件力学特性及裂隙扩展规律研究#br#

弓昊, 李地元, 李铮, 胡皓宇

采矿与安全工程学报 2024, 41 (3): 611-622. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2022.0443

摘要（243）

PDF（pc）（12012KB）（141）

我国中东部矿区相继进入深部开采阶段,随着构造应力的增大与开采扰动效应的增强,工作面煤体内部裂隙发育程度逐渐升高,导致煤壁失稳现象频发。为研究煤体在高地应力环境下的力学特性及裂纹扩展规律,基于CT扫描技术实现煤试件内部各组分的精准识别,建立煤试件三维重构模型和精细化数值模型,并结合单轴压缩试验研究煤试件内部各组分空间分布特征对试件变形参数、峰值强度和裂隙扩展路径的影响。结果表明:原生裂隙倾角越大,试件初始模量值Ei降低,试件容易发生纵向劈裂破坏;原生裂隙倾角越小,试件峰值强度σc降低,试件容易发生拉剪混合破坏;高密度杂质体积占比越大,煤试件弹性模量值Et增大,试件所呈现的脆性特征越强;原生裂隙体积占比越大,试件应变硬化特征明显,且试件压缩破坏后的裂隙体积占比与复杂程度也明显增大。煤试件裂隙的扩展路径主要沿着原生裂隙横向扩张和纵向延伸,由于裂隙的快速扩展,常常伴随着分叉裂隙的产生,且原生裂隙的倾向分布越复杂,产生分叉裂隙的数目就越多;当原生裂隙未经过高密度杂质时,裂隙扩展路径往往会绕过其位置扩展;当原生裂隙经过高密度杂质时,裂隙的扩展路径会贯通其位置扩展。数值模拟结果与室内试验结果吻合程度较高,数值模型微裂隙的扩展模式与CT扫描所得的裂隙扩展路径一致,验证了精细化数值模型的可靠性。

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16. 基于微震多维信息融合的冲击地压全时空预测方法

杨旭, 刘亚鹏, 曹安业, 刘耀琪, 王常彬, 赵卫卫

采矿与安全工程学报 2024, 41 (3): 511-521. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0453

摘要（240）

PDF（pc）（3404KB）（290）

为解决当前冲击地压时间与空间预测协同难、微震数据时空特征挖掘不充分的困境,结合深度学习相关理论与方法,提出了基于微震多维信息融合的冲击地压全时空预测方法,该方法主要包括微震时空特征指标、时间预测以及空间预测3个模块,设计了基于主成分分析和核密度估计的微震时空特征指标构建方法,在此基础之上,构建了基于深度循环神经网络的冲击地压时间预测模型,提出了基于长短期时间窗融合的冲击地压空间预测方法,从而实现了冲击地压时间-空间协同的全时空预测。此外,为了评估所提方法的有效性,在内蒙古鄂尔多斯矿区某冲击危险工作面进行了工程应用测试,测试时间段共出现13条大于105 J的大能量微震事件,在时间预测方面,对于大能量事件的时间预测结果为10个强危险、3个中等危险,并且整个测试阶段模型误报率仅为0.133。在空间预测方面,对于大能量事件的空间预测结果的分布区域为6个强危险、3个中等危险、4个弱危险。实验表明该方法可满足工程应用的需求,研究成果可为冲击地压监测预警提供参考与借鉴。

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17. 硬厚致灾岩层预裂爆破防冲参数优化及工程实践

郝琪, 曹安业, 王常彬, 郭文豪, 彭雨杰, 宋士康, 冯海龙

采矿与安全工程学报 2024, 41 (3): 481-492. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0118

摘要（239）

PDF（pc）（5319KB）（562）

针对彬长矿区某矿硬厚粗粒砂岩致灾层预裂爆破效果不佳的问题,采用数据分析、数值模拟及工程试验等方法研究了预裂爆破关键参数,模拟分析了岩石抗拉强度、炸药装药密度、不耦合系数及爆破孔间距对预裂爆破效果的影响,优化了针对粗粒砂岩层的爆破参数。结果表明:开展预裂爆破工程时,应当考虑爆破参数与岩层抗拉强度相适应,避免炸药能量浪费在破碎区、削弱裂隙区裂纹扩展尺度;较小炸药装药密度下,增大装药密度明显促进爆破裂纹扩展,而较大装药密度下促进作用不明显,易导致破碎区范围明显增大,浪费炸药能量;不耦合系数的最佳区间为1.42～1.58,此区间外裂纹扩展尺度较小,爆破效果不理想;增大炮孔间距,孔间裂纹贯通趋势减弱,爆破效果变差,较优的炮孔间距为10 m。优化了粗粒砂岩层的爆破参数,现场试验后工作面来压步距与支架阻力明显降低,大能量微震事件总能量与事件数占比显著降低,卸压效果较好。研究结果可为硬厚岩层预裂爆破参数设计提供参考。

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18. 高地应力下岩体控制爆破机理与损伤演化特征研究

傅师贵, 刘泽功, 张健玉, 乔国栋, 张鑫, 杨帅

采矿与安全工程学报 2024, 41 (4): 867-878. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0268

摘要（237）

PDF（pc）（5412KB）（554）

为研究高地应力作用下深孔控制爆破损伤情况及裂隙演化规律,以淮南潘三矿深孔松动控制爆破瓦斯增透为工程背景,通过对控制孔导向、应力波传播及地应力下控制孔周围岩体应力理论分析和数值模拟,结合岩石爆破裂隙分形维数,探讨了高地应力对岩体控制爆破裂隙的演化影响。结果表明:控制孔对爆生裂纹的扩展有一定的定向效果,但深部矿区处所受高地应力会影响该定向效果。当控制孔与爆破孔的连线方向与最大主应力方向一致时,爆破定向效果达到最佳;刚起爆时,控制孔为爆破孔提供自由面,降低最小抵抗线;随着地应力的影响,裂纹扩展方向沿最大主应力方向进一步促进爆破孔与控制孔之间的岩体损伤。最后,通过分析不同地应力状态下爆破裂隙的演化情况和分形维数,建立了裂纹分形维数D与损伤量w的预测模型,能较好地预测高地应力下岩体的损伤程度。

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19. 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（228）

PDF（pc）（6074KB）（660）

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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20. 考虑矿井水流速和时效影响的煤矿地下水库储水系数计算模型#br#

汪北方, 周铎, 蒋嘉祺, 梁冰

采矿与安全工程学报 2024, 41 (4): 778-789. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2022.0543

摘要（220）

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选取神东矿区拟建地下水库22614工作面为研究背景,利用工作面开采相似实验和矿井水浸砂岩加载实验,模拟采场覆岩运动规律和应力分布状态,分析采空区覆岩结构特征,建立考虑矿井水流速和时间效应影响的煤矿地下水库储水系数计算模型。研究结果表明:模型工作面开采基本顶初次垮落步距46 cm,基本顶周期垮落步距7～16 cm;采空区覆岩仅存在裂隙带和垮落带,垮落带岩块间存在大量非完全接触的空洞、空隙及欠压实裂缝,是煤矿地下水库最主要的储水空间;采空区岩体承载应力沿走向基本呈“∩”形分布,最大应力趋于1.5 MPa,覆岩位移以走向中心线为对称轴呈“∪”形变化,最大位移为-2.5 cm。基于采空区覆岩关键层运移轨迹构建其底面下沉曲线函数方程,数学量化采空区垮落带体积、垮落带岩体空隙量和吸水量,建立包含岩石碎胀系数等参数构成的煤矿地下水库储水系数计算模型,通过明确砂岩碎胀系数与矿井水流速和时间的数学关系,进一步完善煤矿地下水库储水系数计算模型,并对模型进行实例计算和实验验证,模型计算储水系数0.196 5,实验测定储水系数0.210 4,证明了计算模型的准确性,可为煤矿地下分布式水库库容设计和储水调度提供重要理论依据。

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