采矿与安全工程学报

李学华, 梁顺, 姚强岭, 瞿群迪

2012, 29(6): 751-756.

摘要 ( 2603 )

PDF (455KB) ( 2241 )

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针对冲击倾向性围岩条件下沿空掘巷的防冲及稳定性控制问题，从应力控制和支护系统设计两方面入手，在分析巷道诱冲因素和变形特征的基础上，提出了冲击倾向性围岩沿空掘巷的防冲控制原理。即合理设计窄煤柱宽度有效降低围岩应力，人为制造软弱夹层释放围岩应力、吸收冲击能，高性能锚杆支护技术体系强化围岩支护小结构强度。现场实践表明，综合采用上述3方面技术措施后，可实现对冲击倾向性围岩条件下沿空掘巷的有效控制，工作面准备及回采期间没有冲击矿压发生，巷道变形满足安全生产要求。

采场坚硬顶板沿空巷旁柔性充填留巷试验研究

成云海, 姜福兴, 林继凯, 陈清华, 张东, 张峰

2012, 29(6): 757-761.

摘要 ( 2342 )

PDF (515KB) ( 1957 )

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为了实现坚硬直接顶板条件下沿空巷旁柔性充填体（充填矸石）承载留巷，试验得到了袋装矸石体的单轴压缩特征，结合建立的留巷巷旁侧向覆岩结构模型，定量计算了覆岩运动对巷旁充填体的静载荷；采用动力学的方法研究了顶板结构模型的动力效应，定量计算了动载荷。由此设计充填宽度为2 m时，充填体静载荷为816 kN/m，灰岩在煤壁附近断裂时的动载荷为257.3 kN/m，柔性充填体能够满足覆岩静、动载荷支护要求。

深部高应力软岩巷道围岩流变数值模拟研究

孟庆彬, 韩立军, 乔卫国, 林登阁, 范加冬

2012, 29(6): 762-769.

摘要 ( 2367 )

PDF (496KB) ( 2016 )

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针对深部高应力软岩巷道围岩变形量大、变形速率快、持续时间长、流变性强的特点，采用Burgers流变模型，基于FLAC3D进行了巷道围岩流变数值模拟研究，得到了巷道埋深-时间蠕变曲线、侧压力系数-时间蠕变曲线、弹性模量-时间蠕变曲线及黏滞系数-时间蠕变曲线，分析了它们对巷道围岩流变的影响规律。

浅埋煤层房式开采遗留煤柱突变失稳机理研究

王方田, 屠世浩, 屠洪盛, 李召鑫, 陈芳

2012, 29(6): 770-775.

摘要 ( 2256 )

PDF (1029KB) ( 2127 )

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神东煤田浅埋煤层存在大量房式遗留煤柱，受下方煤层采动影响可能突然失稳垮落，造成冲击式动力灾害，遗留煤柱稳定性对下方煤层安全开采具有重要影响。针对乌兰集团石圪台煤矿地质生产条件，基于突变理论建立了房式煤柱稳定性尖点突变模型，分析了浅埋煤层房式开采遗留煤柱突变失稳规律。结果表明煤柱发生突变失稳的必要条件为煤柱单侧屈服带宽度介于煤柱宽度的0.33~0.43倍时将发生突变失稳，现场观测验证了计算结果。

锚喷支护软岩大巷混凝土喷层受力监测与分析

方树林, 康红普, 林健, 张剑

2012, 29(6): 776-782.

摘要 ( 2585 )

PDF (395KB) ( 2109 )

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针对塔然高勒煤矿总回风大巷软弱、淋水、难维护的困难条件，设计了高预应力强力锚喷支护方案，并采用振弦式混凝土应力计对该方案实施于井下后混凝土喷层的受力状态进行了监测。监测结果表明，喷层内部在轴向、径向和切向会产生应力，外部与围岩表面及先喷混凝土层接触会产生接触压力；3个方向的内应力在时间上呈现波动变化并趋向稳定的特点，在空间上呈现拱顶→拱腰→墙腰逐渐增大、墙脚有所降低，左右对称，分布均匀的特点，在大小上以切向应力最大、径向和轴向应力次之，平均应力值分别为0.517，0.043，-0.059 MPa，在性质上轴向应力以受拉为主、径向和切向应力以受压为主；外部接触压力均为压应力，随时间存在一个先逐步增大后保持稳定的发展过程，空间上沿着巷道断面周边从上往下逐渐增大且左右不对称，在大小上喷层与喷层的接触压力比喷层与围岩的接触压力要小，两者平均值分别为0.266，0.648 MPa。巷道掘进期间，喷层受力小于其极限承载能力，混凝土变形有限，说明高预应力强力锚喷支护技术满足塔然高勒煤矿总回风大巷围岩控制要求。

二次沿空留巷关键块的稳定性及巷旁充填体宽度确定

李迎富, 华心祝

2012, 29(6): 783-789.

摘要 ( 2208 )

PDF (533KB) ( 2117 )

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为了解决高瓦斯采煤工作面上隅角瓦斯积聚和超限的难题，在现有沿空留巷技术的基础上，提出了二次沿空留巷技术。根据二次沿空留巷上覆岩层的活动规律，建立了工作面端头关键块的力学模型，分析了关键块与二次沿空留巷围岩的相互作用机理，引入了关键块的稳定性系数K1，K2，确定了关键块的稳定判据，并推导出巷旁支护阻力计算式。研究结果表明，当K1>1时，关键块发生挤压变形失稳；当K2>1时，关键块发生滑落失稳。以淮南谢一矿512(5)工作面机巷作为工程实例，基于关键块的稳定判据，确定了合理的巷旁充填体宽度，并对关键块的稳定性影响因素进行敏感性分析。实例分析表明，充填体1的终凝强度及其宽度、采高对关键块的稳定性影响较大，提高充填体1的终凝强度、选择合理的充填体1的宽度至关重要，在大采高工作面中进行二次沿空留巷较为困难。

砌碹巷道失稳机理及加固技术研究

徐营, 柏建彪, 武增荣, 冯金生

2012, 29(6): 790-796.

摘要 ( 2013 )

PDF (506KB) ( 2262 )

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为了保证已失稳砌碹巷道的长期使用，采用理论分析和工程实践的研究方法，对其失稳机理及加固技术进行了研究。结果表明：由于受超挖、动压、地下水侵蚀等因素的影响，砌碹巷道容易产生拱顶壁后空洞或拱肩壁后空洞。当空洞发展到一定程度，砌碹结构与围岩的相互作用可使砌碹结构在局部产生大于砌碹抗压强度的弯曲压应力，进而导致砌碹巷道失稳。另外，基于改善砌碹结构受力状况、提高围岩强度和增大支护阻力所提出的壁后充填、围岩注浆和锚杆支护的综合加固技术对失稳砌碹巷道的控制效果良好。

近距煤层同采巷道优化布置研究

鲁岩, 高杰, 刘长友, 马立强, 王业常

2012, 29(6): 797-801.

摘要 ( 1915 )

PDF (383KB) ( 1919 )

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根据刘东矿西三采区近距离煤层的地质赋存条件，首先采用理论分析的方法确定近距煤层采用下行垮落法同采，回采巷道采用外错布置；然后采用数值模拟优化近距离煤层同采巷道间距，得出该采区上下煤层巷道的合理间距为15 m。最后在37102面与37202面进行了应用，应用结果表明：在37102面回采影响期间，37202面下巷两帮移近量为131 mm；顶底板移近量为61 mm；影响范围为工作面前方15 m和后方25 m的范围内。实践证明，近距煤层同采巷道布置合理，巷道围岩变形得到了较好控制。

沿空留巷下位顶板破断规律与控制机理研究

郭建伟, 赵家巍

2012, 29(6): 802-807.

摘要 ( 2320 )

PDF (442KB) ( 2106 )

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沿空留巷下位顶板的破断位置决定着上位顶板的破断位置和巷道围岩的稳定性，其破断位置一般在煤帮附近或巷旁支护体外侧，受控于巷旁支护和巷内支护强度。基于极限分析和力学平衡理论，分别对2个不同破断位置的下位顶板建立力学模型，得到巷旁支护阻力与下位顶板破断位置的关系，并且分析了顶板破断后的扰动效应。结果表明下位顶板在巷旁支护体外侧破断，有利于维护巷旁支护体和煤帮。进而，从提高顶板岩层抗弯能力、增大顶板岩层抗拉强度和改善应力环境3个方面分析了顶板进行合理锚杆支护后，可使下位顶板破断更趋向于采空区侧。

特厚煤层合理放煤工艺研究

张益东, 张付涛, 季明, 高林生, 金志远, 程亮, 巫林平

2012, 29(6): 808-814.

摘要 ( 2305 )

PDF (639KB) ( 2326 )

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为了解决特厚煤层放出率问题，针对担水沟煤矿大倾角特厚煤层的复杂地质条件，通过实验室散体实验分析大倾角厚煤层条件下，放煤步距对顶煤采出率的影响，得到不同放煤步距的顶煤的放出率与含矸率，两采一放的顶煤放出率最高，含矸率最低，用PFC数值软件研究了大倾角厚煤层综放开采不同放煤方式顶煤的放出率。确定了合理的放煤工艺，即两采一放双轮顺序放煤、放煤步距为1.6 m。工业性试验表明采用优化后的放煤工艺能够显著提高顶煤的放出率，统计得出9101工作面的顶煤放出率达到87.62%，采出率达到87.12%。

外部环境对矿区合理生产能力影响的研究

孟宪锐, 李海峰, 董明磊, 温星星, 李彬

2012, 29(6): 815-820.

摘要 ( 2014 )

PDF (426KB) ( 1716 )

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为了确定矿区的合理生产能力，引入了环境修复成本的概念。由于矿区环境有自我修复能力，在自我修复的弹性能力范围之内，煤炭开采吨煤环境成本是一定的，一旦超出环境承载能力，则环境的修复成本将会产生剧增，此成本剧增点所对应的煤炭年产量即为环境能够承载的煤炭产量；为此，需要一系列的生产统计及环境质量评价。每年对矿区进行一次环境质量评价，若评价合格，取当年煤炭年产量X及吨煤环保成本进行分析；根据多年的数据，在考虑煤炭价格的影响下，计算得出吨煤环保成本与吨煤价格的比值Y，并作出Y与X的曲线图，曲线的陡增拐点所对应的煤炭年产量X，即为矿区环境能够承载的合理生产能力。以汾西矿区为研究背景，得出了该矿区外部环境能承载的煤炭合理生产能力，对该矿区环境友好的可持续发展具有一定指导意义。

高性能注浆材料研究与围岩改性试验

刘彦伟, 程远平, 李国富

2012, 29(6): 821-826.

摘要 ( 2002 )

PDF (483KB) ( 2051 )

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为满足矿井工程高压突水及加固治理的需求，研制一种新型高性能注浆材料。根据注浆材料强度影响因素试验成果，优化设计高性能注浆材料配比。通过改装的固结仪进行注浆材料膨胀力、膨胀率、侧限条件下应力-应变关系试验以及渗透试验，结合试验结果分析新型注浆材料用于巷道围岩改性增强的可行性。结合工业性试验进一步验证高性能注浆材料在巷道围岩增强改性以及涌水封堵治理上的实用性与优越性，研究结果表明新型注浆材料能够满足防渗、防水、动压和变形的要求，为潮湿环境下矿井软岩巷道壁后填充和围岩注浆加固技术的实施提供了有效途径。

开采布局不合理引发冲击危险的研究

王毅, 曹安业, 窦林名, 郭晓强, 杜斌斌, 刘辉, 朱亮亮

2012, 29(6): 827-832.

摘要 ( 2173 )

PDF (523KB) ( 1840 )

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在井工开采中，常由于地质条件复杂及生产接替需要造成开采布局不合理，以致各种煤柱中应力集中而发生冲击矿压，威胁到人员及生产安全。为此，应研究其原因及预兆和防治方法，故本课题立项是正确的。文章以某矿区四水平南17层14区1段为工程实例进行研究，研究方法是：1）根据该区近3个月微震监测系统测定数据的时序分析，总结其时间信息熵Qt值以及Z值趋势图与冲击事件的关系；2）对此区域的应力分布情况进行数值模拟，找出具有冲击危险的煤柱应力升高区域；3）对冲击矿压的影响因素，包括煤柱、停采线及煤层群的开拓开采顺序不合理处进行分析。本文的分析监测数据是实际采集的，是可靠的，足够的；数据整理方法及以参数Qt，Z值来表征冲击危险是合理的；在数值模拟中采用的模型是符合实际的，为类似条件下改进开采合理布局提供了参考。

两体岩石结构冲击失稳破坏的数值模拟

邓绪彪, 胡海娟, 徐刚, 李晓婷, 陈凤英

2012, 29(6): 833-839.

摘要 ( 2184 )

PDF (621KB) ( 2243 )

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两体结构是冲击地压和煤与瓦斯突出的基本结构，采用FLAC3D模拟软件中的硬化软化模型，较为全面地探讨了各力学几何参数对两体岩石结构破坏的影响。首先，利用塑性剪切应变等值线图，模拟首次呈现了两体结构冲击失稳过程中的弹性回跳和应变局部化现象。模拟结果表明，强度差异是发生冲击失稳破坏的必要条件，硬体变形模量的增加使其冲击能量减弱。其次，模拟研究了一体两介质和两体结构单轴压缩失稳破坏的区别，发现增加界面强度可以减缓两体结构的冲击性。最后，不同的高度比及高径比的模拟表明，两体岩石结构的冲击失稳只在一定的高径比范围内发生（硬体＞0.05，软体＞0.5），且在相同的软体高度下，动态破坏时间随高度比的增加而减小，即破坏的突然性增加。

基于应力及能量条件的岩爆发生机理研究

兰天伟, 张宏伟, 韩军, 宋卫华, 吴恒, 蔡忠超

2012, 29(6): 840-844.

摘要 ( 1956 )

PDF (393KB) ( 1800 )

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为了研究深井硬岩巷道岩爆发生的机理，结合大台井玄武岩区岩爆工程实践，分析了区域构造应力场特征，研究了区域内煤岩体的弹性潜能分布特征。从构造应力和能量的角度出发，分析了具有岩爆倾向性的巷道围岩产生岩爆时应具备的应力条件和能量条件。研究结果表明，在具有岩爆倾向性的岩体中掘进巷道，岩爆的产生应同时具备所需的应力条件和能量条件，岩爆的位置和剧烈程度与最大主应力方向有关。研究成果将对大台井岩爆防治，深部开采的水平大巷布置和巷道支护等提供理论依据。

基于岩体结构特征分析的可崩性分级研究

何昌盛

2012, 29(6): 845-851.

摘要 ( 2076 )

PDF (466KB) ( 2008 )

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为了全面评价矿岩的可崩性，用于指导矿山的自然崩落采矿法设计，根据工程地质调查揭露的地质条件，考虑各种因素的相互影响，采用多因素综合评判的方法，对影响矿岩可崩性的指标进行了研究。结果表明，综合考虑岩体结构特征指标的分布规律，能更好地的反映矿岩的可崩性。结合实例，对某矿区的矿体可崩性进行了分级，得出该矿区的可崩性处于中等—较好水平，为矿山的后续工作提供了重要的指导作用。

考虑温度效应的泥岩损伤特性试验研究

张连英, 张树娟, 茅献彪, 李天珍, 刘瑞雪, 郭晓倩

2012, 29(6): 852-858.

摘要 ( 2030 )

PDF (530KB) ( 2219 )

相关文章 | 计量指标

利用MTS 810电液伺服材料试验系统以及与之配套的高温炉MTS 652.02进行单轴压缩实验，研究泥岩在常温～800 ℃高温作用下，变形特性与强度特性随温度的变化规律。尽管实验结果有一定的离散性，但仍具有明显的总体规律。泥岩的弹性模量及峰值强度在常温～400 ℃内，随温度升高呈上升趋势；当T > 400 ℃后，弹性模量及峰值强度均急剧下降。依据岩石损伤力学与统计强度理论，结合高温作用下泥岩的力学性能，构建了考虑温度效应的泥岩损伤演化方程和本构模型，并针对所测泥岩岩样的力学特性，给出了相应的损伤本构方程具体参数，本构模型与试验结果具有很好的印证性。

采动岩体裂隙分维演化规律分析

王国艳, 于广明, 于永江, 路世豹, 康寅

2012, 29(6): 859-863.

摘要 ( 2043 )

PDF (385KB) ( 2063 )

相关文章 | 计量指标

采用岩石破裂过程RFPA数值分析系统研究了具有初始裂隙的采动岩体裂隙演化过程和破坏模式，利用数值试验成果基于分形几何理论分析了采动岩体裂隙分形维数随开采宽度、初始损伤量的演化特征，揭示了采动岩体裂隙分维演化规律。分析证明，与采动岩体裂隙分布的分形维数存在明确对应关系的应为初始损伤量，而不是初始裂隙倾角，不同的初始损伤量对应不同的分形维数，在开采末期，采动岩体裂隙分维随初始损伤的增加而呈线性增加，回采结束时，初始损伤量越大，采动岩体裂隙分布的分形维数越大。研究结果为进一步探索裂隙随机分布时采动岩体分维演化规律提供参考依据。

厚煤层开采地表裂缝发育规律及其形成机理与危害性分析

胡青峰, 崔希民, 袁德宝, 邓绪彪

2012, 29(6): 864-869.

摘要 ( 2073 )

PDF (498KB) ( 1996 )

相关文章 | 计量指标

结合8104工作面上方观测线的实测资料及其地质采矿条件，揭示了其地表裂缝发育过程，指出8104工作面下平巷上方地表没有产生明显裂缝的原因是8104和8103工作面间的护巷煤柱被压垮；走向方向地表裂缝发育周期规律与直接顶的周期破断规律基本一致；上平巷上方倾向观测线附近地表裂缝在压缩变形区发育比较明显；8104工作面覆岩显著特点为厚基岩薄松散层，厚硬基岩对采动引起的应力应变传递有较强的消弱作用，能够有效的减缓应力应变的释放，进而减缓地表裂缝与台阶下沉的剧烈发生。根据该矿区的地质采矿条件，针对矿区人们的生产和生活方面，研究分析了地表裂缝带来的主要危害，即容易衍生地质灾害、给矿井的安全生产造成威胁以及危害矿区生态环境。

基于Micromine-FLACD耦合技术的金属矿采矿扰动影响分析

房智恒, 王李管, 熊张友

2012, 29(6): 870-875.

摘要 ( 2293 )

PDF (673KB) ( 2558 )

相关文章 | 计量指标

为了较为合理、定量地分析地下金属矿山采矿扰动影响范围及采矿扰动对地面构筑物的影响程度，结合花岭沟铁矿工程实例，提出了运用Micromine创建地质体真三维模型，采用六面体离散技术对地质体模型进行网格划分，通过耦合技术采用C语言编制转换程序，在FLAC3D中实现了地质体数值模型的重建，在此基础上分析了地下采矿扰动影响范围及对地表尾矿坝安全稳定性影响。研究结果表明：1）采用耦合技术能够创建出较为复杂的地质体三维力学计算模型；2）采用数值计算方法能够较为准确地圈定采矿影响范围；3）采用此项技术能够从定量的角度分析地下采矿扰动对地表构筑物的安全性影响。

衡山石膏矿老采空区地表沉陷的ANFIS预测

贺桂成, 丁德馨, 刘永, 张志军

2012, 29(6): 876-881.

摘要 ( 1973 )

PDF (508KB) ( 1948 )

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采用FLAC3D对已塌陷的衡山县石膏矿的地表沉陷进行了模拟，对该矿不同采场结构参数的采空区地表沉陷进行了模拟，分析了影响采空区地表沉陷的因素；建立了采空区地表沉陷预测的ANFIS模型，分析了其拟合性能和预测性能，对衡山某石膏矿的采空区地表沉陷进行了预测，同时还对其进行了实测。研究结果表明：FLAC3D对已塌陷的衡山县石膏矿地表沉陷的模拟精度达到97%以上；在矿岩力学参数不变的条件下，矿柱跨度、矿房跨度及采空区高度是影响采空区地表沉陷的关键因素；所建立的采空区地表沉陷预测的ANFIS模型的拟合精度和预测精度分别达96%和97%以上；采用该模型预测的衡山某石膏矿的采空区地表沉陷值与实测结果吻合良好；矿房跨度为10，矿柱跨度为4 m是该地区石膏矿最合理的采场结构参数。

基于加卸载响应比理论的爆破动力露天矿边坡稳定性分析

胡军, 刘兴宗, 钟龙

2012, 29(6): 882-887.

摘要 ( 2231 )

PDF (487KB) ( 2076 )

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以某金属露天矿最终开采境界的岩质边坡为工程背景，采用FLAC3D软件，通过强度折减法，计算边坡在自然条件下的强度储备安全系数；针对不同的强度折减系数下的边坡计算条件，将实测数据以法向压应力的形式于坑底施加爆破动载荷。将加卸载响应比(LURR)理论引入边坡爆破动力稳定性分析中，建立边坡在爆破载荷作用下的加卸载响应比模型，以边坡特征部位爆破附加应力的周期性变化作为加卸载量，以相应特征点的变形量作为响应参数，进而确定在爆破载荷作用过程中的边坡特征点的加卸载响应比。计算结果得出边坡进入极限状态前，特征点的LURR值在1附近波动，而接近极限状态后，LURR值呈持续增长的趋势。不稳定和稳定时，特征点的加卸载响应比规律，说明以加卸载响应比作为爆破边坡稳定性的判断依据是可行的，此方法拓展了动力载荷作用下的强度折减法分析功能，是值得推广和具有较好理论意义的方法。

地下开采扰动下露天转地下高陡边坡稳定性研究

徐帅, 李元辉, 安龙, 杨宇江

2012, 29(6): 888-893.

摘要 ( 2350 )

PDF (638KB) ( 2182 )

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针对露天转地下过程中境界下矿体上向进路充填方案，采用数值分析方法，开展地下开采方案对露天边坡稳定性影响研究，完成了离散元大变形数值模拟、有限元静力、爆破动载荷下边坡稳定性计算。计算结果显示垂直矿体走向布置，采高4 m采宽4 m的进路式回采，采用隔一采一的回采顺序，C20素混凝土及时充填进路的开采方案，当露天边坡的安全系数为1.50时，在距离边坡最近的采场进行生产作业，塑性区尚未贯通，未产生贯通的滑移带。在爆破动载荷下，距边坡最近点坡脚处产生的震动速度为3.2 cm/s，小于边坡安全允许规程。离散元计算结果显示，境界下矿体回收后边坡安全系数虽下降到1.453，但边坡仍属于一级边坡。截至2011年5月，境界下矿体回收充填完毕，边坡工程稳定性良好，未出现滑坡、坍塌、下沉等工程灾害。

含瓦斯煤体爆破裂纹扩展规律试验研究

褚怀保, 侯爱军, 杨小林, 余永强, 梁为民

2012, 29(6): 894-898.

摘要 ( 2040 )

PDF (469KB) ( 2522 )

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为进一步研究含瓦斯煤体爆破作用机理，从理论上分析了含瓦斯煤体爆破裂纹的形成与扩展机理，并设计了含瓦斯煤体爆破裂纹扩展规律测试试验，利用探针法对含瓦斯煤体中的爆破裂纹扩展速度进行了测试，并对其中的爆炸应变波进行了测试。理论分析与试验结果表明：含瓦斯煤体爆破裂纹扩展经历了爆炸应力波作用下的快速衰减阶段、爆生气体与瓦斯气体共同作用下的缓慢衰减和近似匀速扩展3个阶段，瓦斯气体的存在有利于爆破裂纹的扩展，可以在裂纹扩展的后期阶段小幅度的增大裂纹的扩展速度。

构造逐级控制模式下开滦矿区瓦斯分布

王猛, 朱炎铭, 陈尚斌, 李伍

2012, 29(6): 899-904.

摘要 ( 1938 )

PDF (615KB) ( 2154 )

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通过对开滦矿区10对生产矿井瓦斯地质特征的研究，分析矿区瓦斯含量、压力和涌出量实测数据，总结开滦矿区瓦斯地质规律，提出开滦矿区瓦斯赋存的构造逐级控制模式，向斜轴部有利于瓦斯赋存，逆断层、地下水径流和岩浆岩分布均控制着瓦斯异常区分布特征，区域构造奠定瓦斯赋存的构造背景，矿区级别构造控制着开滦矿区瓦斯赋存，各向斜构造中瓦斯分布存在分异性，矿井范围构造控制了矿井瓦斯的赋存。

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