采矿与安全工程学报

王连国, 陆银龙, 孙小康

2016, 33(1): 1-6.

摘要 ( 2007 )

PDF (312KB) ( 2997 )

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软岩巷道锚注支护设计是一个涉及水文地质、工程地质、开采条件、岩石力学等诸多因素的复杂非线性难题。针对这一难题，将人工智能领域中专家系统技术与煤矿软岩巷道锚注支护领域专家理论研究成果、实践经验相结合，提出了软岩巷道锚注支护设计专家系统结构模型。基于软岩巷道锚注支护工程知识的特点，建立了软岩巷道围岩地质力学性质知识库、软岩巷道锚注支护设计工程案例知识库以及软岩巷道锚注支护设计专家知识库；同时，运用计算模式推理、BP 神经网络推理以及产生式规则推理等 3种推理策略，构建了锚注支护专家系统的核心推理机，实现了对软岩巷道锚注支护方案与参数的优化设计。将该专家系统应用于淮北矿区某矿井软岩巷道锚注支护设计中，显著地提高了软岩巷道锚注支护结构和参数选择的科学性与合理性，有效地维护了该软岩巷道围岩的稳定。

高应力大变形巷道让压锚索支护技术及装置研制

高明仕, 杨青松, 赵一超, 程志超, 权修才

2016, 33(1): 7-11.

摘要 ( 1766 )

PDF (249KB) ( 3088 )

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深部巷道围岩的高应力、大变形特点，要求支护系统具备高强让压的特性。让压装置的变形强度为锚索强度的屈服极限，当锚索承载力达到或接近其屈服极限时让压装置先屈服收缩，产生一定的位移量，释放部分高应力，避免锚索过早超载而提前破坏，实现巷道支护系统的完好性。采用MTS815电液伺服岩石力学性能实验系统，进行了不同规格让压装置单轴压缩力学性能试验，选定了 3种不同规格的让压装置，分别配套 Φ15.24 mm，Φ17.8 mm，Φ18.9 mm这 3 种不同规格和强度的锚索支护系统。工程实践表明，该支护技术和新型让压装置的研制成功，有效保护了锚网支护系统的完好性，提高了深部巷道围岩的支护质量和支护水平。

富水巷道顶板水渗流特征数值计算研究

姚强岭, 陈田, 李学华, 刘凯, 梁顺, 朱晨光

2016, 33(1): 12-18.

摘要 ( 1691 )

PDF (382KB) ( 2817 )

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巷道开挖改变了顶板岩层裂隙水的赋存形态，水作用下顶板岩体强度削弱显著，易于引起顶板的大变形甚至垮冒失稳。现场实测了富水巷道顶板水出水位置和围岩内部结构，利用数值计算方法研究了富水巷道顶板无疏水孔、有疏水孔和有疏水孔且穿过顶板岩层裂隙面 3种情况下，顶板水流动特征、孔隙水压力变化规律及其顶板支护强度对顶板水渗流特征的影响作用。研究表明，富水巷道顶板出水位置位于裂隙发育区域，通过合理布置顶板疏水孔技术参数，有利于顶板水的排放和顶板围岩稳定控制。据此，提出了有控疏水和合理保水的技术原理，并在现场进行了工程应用。

深部巷道围岩协同锚固机理

龙景奎

2016, 33(1): 19-26.

摘要 ( 1727 )

PDF (304KB) ( 2785 )

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针对深部巷道围岩控制过程中遇到的难题，以协同论为理论基础和方法指导，在前期研究和工程实践的基础上，提出深部巷道围岩协同锚固机理。通过分析巷道围岩控制系统的组成因素，介绍协同论对围岩锚固的描述方法，提出结构协同、强度协同、刚度协同、锚固时机协同、预紧力协同、变形协同等协同作用机制，以此初步建立协同锚固机理的研究框架。研究表明，协同锚固系统在宏观整体功能大于各子系统之简单总和，即产生“1+1>2”的协同增强效应，这对于深部巷道围岩稳定性控制来说是最为根本和至关重要的，也更加符合煤矿安全生产的本质要求。

深部软岩巷道锚注支护机理数值模拟研究

孟庆彬, 韩立军, 乔卫国, 林登阁, 李浩

2016, 33(1): 27-34.

摘要 ( 1890 )

PDF (361KB) ( 2813 )

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自主研制了破裂岩样承压注浆试验设备，开展了破裂岩体注浆加固力学特性试验，分析了破裂岩样注浆加固前后的力学特性与微观结构。提出了“锚注加固体等效层”概念，采用 FLAC3D 数值模拟研究了深部软岩巷道锚注支护机理，揭示了“锚注加固体等效层”厚度、弹性模量、内聚力、内摩擦角对巷道围岩位移及塑性区的影响规律，即随着“锚注加固体等效层”参数的提高，巷道围岩位移及塑性区随之降低，体现了注浆可提高破裂岩体的完整性与强度，为锚注支护参数优化设计奠定了基础。

上下盘开采顺序对断层煤柱采动应力的影响

代进, 蒋金泉

2016, 33(1): 35-41.

摘要 ( 1567 )

PDF (273KB) ( 2681 )

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回采巷道沿断层边界布置时，采用基本顶断裂岩块铰接平衡理论研究了先采断层上盘或先采断层下盘 2种开采顺序下，工作面采空区基本顶荷载在断层两侧的传递规律和差异性；现场实测了 2种条件下断层煤柱及相邻回采巷道的矿压显现特征。研究表明：断层上盘先行开采时，断层的载荷传递系数较大，上盘断层煤柱压力小，下盘煤体压力较大。断层下盘先行开采时，断层的载荷传递系数与断层角度有关，当断层角度较大时，下盘采空区覆岩载荷可以传递给断层上盘，下盘断层煤柱压力小，上盘断层煤体压力大；当断层角度较小时下盘覆岩载荷难以传递给断层上盘，下盘断层煤柱压力较大，上盘煤体压力相对较小。为此，断层上、下盘开采顺序不同时应留设不同的断层煤柱。

不同含水率条带煤柱稳定性研究

杨永杰, 赵南南, 马德鹏, 张福俊

2016, 33(1): 42-48.

摘要 ( 1622 )

PDF (658KB) ( 2597 )

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煤层的富水性明显影响高应力作用下条带煤柱的稳定性，为研究含水率对条带煤柱蠕变特性的影响，首先对不同含水率的煤样进行蠕变试验，结果表明，含水率对煤样蠕变特性具有明显的影响，含水率越大，煤样的蠕变变形量越大，其蠕变门槛值、蠕变强度及蠕变系数越低。蠕变试验拟合结果表明，采用改进的 Burgers 模型能够较好地描述煤的蠕变力学特性。以蠕变试验结果为基础，采用 FLAC3D 数值模拟软件对不同含水率条带煤柱的蠕变特性及稳定性进行了模拟分析。随含水率增大，应力峰值距煤壁距离增加，煤柱塑性区增大；同时，煤柱垂直应力变小，蠕变变形量增大，其承载能力降低，煤柱进入长期稳定状态的时间加长。数值模拟结果表明，在其他条件相同的情况下，煤柱含水率为 0.78%，1.07%及 1.36%时，煤柱塑性区宽度分别为 10，12， 16 m，其进入长期稳定状态的时间分别为 18，24及 36个月。

极近距离煤层下位巷道变形机理及控制

于洋, 神文龙, 高, 杰

2016, 33(1): 49-55.

摘要 ( 1655 )

PDF (718KB) ( 2726 )

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为了解决极近距离煤层下位巷道围岩维护的难题，以山西蒲县北峪煤矿工程地质条件为背景，通过数值计算研究了极近距离上位煤层采空区下底板岩层的应力分布规律及下位煤层巷道变形破坏特征，确定了下位巷道顶板控制原则，并对不同顶板控制方式进行了现场测试；在此基础上，提出了基于水力膨胀锚杆全长锚固和顶板超前插管法的三维联合控顶技术，并依据力学计算和现场测试结果确定了关键参数。工业性试验表明，研究开发的控制技术对极近距离煤层下位巷道围岩的控制作用显著，巷道整体维护状况良好，给类似条件下的巷道围岩控制提供了有益的参考。

沿空留巷围岩受力变形特征及支护对策

姜鹏飞, 张, 剑, 胡, 滨

2016, 33(1): 56-62.

摘要 ( 1753 )

PDF (497KB) ( 2765 )

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以贺西煤矿 3311工作面沿空留巷为背景，采用 FLAC3D有限差分程序计算分析了不同工作面回采阶段沿空留巷围岩、充填墙体及煤柱中的应力、变形分布特征，提出了沿空留巷合理的支护对策。研究结果表明：沿空留巷直接顶内的垂直应力和水平应力变化剧烈程度明显大于基本顶；围岩及充填墙体受力变化受 3311 工作面回采滞后采动应力作用明显，且主要对垂直应力的变化产生影响；3313工作面二次采动阶段，巷道围岩的变形受采动影响的敏感性远大于受力，即在充填墙体和巷道围岩应力增加很小的情况下，巷道变形增幅却相对较大，且主要表现为底鼓和两帮移近。井下试验表明，采用锚杆锚索与充填墙体联合支护后，通过优化现场施工工艺，沿空留巷满足了回采工作面的通风需求，降低了巷道掘进成本，实现了回采工作面快速推进。

动力扰动下含软弱夹层巷道围岩稳定性数值分析

唐礼忠, 高龙华, 王春, 蒋锋

2016, 33(1): 63-69.

摘要 ( 1540 )

PDF (486KB) ( 2759 )

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为了研究动力扰动下不同厚度 a、位置 h 和倾角θ的软弱夹层对巷道围岩稳定性的影响，利用有限元软件 ABAQUS 对含有夹层巷道受到采场爆破作用下围岩的力学响应进行数值分析，并结合冬瓜山铜矿深部出矿巷道实际提出支护优化方案。结果表明，动力扰动下：1) 巷道顶板和两帮应力、位移与夹层厚度 a或位置 h呈非线性变化关系，围岩的稳定性随着 a或 h的增加先减小后增大，说明了厚度a或位置h对围岩次生静应力和动力扰动衰减的影响程度的相对变化； 2) 随着软弱夹层倾角θ增大，夹层对动力波的衰减作用增大，夹角较大时，对动力波的衰减作用更显著；3) 软弱夹层对冬瓜山铜矿出矿巷道围岩的稳定性起重要作用，支护措施和技术参数优化可有效控制围岩变形，验证了上述研究的正确性。

基于RBF模糊神经网络模型的深厚冲积层立井冻结压力分析与预测

姚亚锋, 程桦, 荣传新, 黎明镜, 蔡海兵, 宋健

2016, 33(1): 70-76.

摘要 ( 1657 )

PDF (371KB) ( 2853 )

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针对丁集矿井壁冻结压力进行不同监测水平的现场实测，发现冻结压力随时间和环境而变化，受层位深度、岩土含水率、冻结壁平均厚度和平均温度等因素的影响，具有明显的不确定性，以变异系数表征其不确定程度。在此基础上优化传统的 RBF神经网络，把变异系数引入模糊中心值和权值学习策略中，建立深厚冲积层井壁冻结压力预测模型。该模型以层位深度、含水率、冻结壁平均厚度和平均温度为输入信息量，区分黏土层与钙质黏土层，采用两淮地区 7 只井筒 33 个监测水平的样本数据进行训练学习，最后通过口孜东矿井壁冻结压力预测分析进行模型验证。结果表明：现场实测值与预测值拟合度好，模型算法高效，精度合理，为两淮地区深厚冲积层立井冻结压力的分析与预测提供可靠依据。

围岩力学参数对巷道变形与破坏影响的正交数值模拟试验研究

秦忠诚, 于鑫, 李青海, 张培森, 黄冬梅, 文志杰

2016, 33(1): 77-82.

摘要 ( 1631 )

PDF (344KB) ( 2801 )

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选取内摩擦角、黏聚力、泊松比、抗拉强度和弹性模量 5个因素，采用正交数值模拟试验方法，研究了围岩力学参数对巷道变形与破坏的影响。试验结果表明：对巷道表征变形量影响大小次序依次为黏聚力>抗拉强度>弹性模量>内摩擦角>泊松比；对围岩塑性区体积影响大小次序依次为黏聚力>内摩擦角>弹性模量>泊松比>抗拉强度。该试验结果较好地反映了理论分析结果，表明该方法不失为研究巷道变形与破坏的一种有效方法。

基于数值模拟和 Mindlin 解的煤矿井塔纠偏研究

曾卫, 马金荣, 文凯, 朱坤朋, 何亚, 杨翰

2016, 33(1): 83-87.

摘要 ( 1544 )

PDF (405KB) ( 2533 )

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基于 Mindlin 应力解的桩筏基础、土钉墙、岩石锚杆等的理论计算及应用较多，但是对与煤矿井筒刚性连接的井塔进行纠偏处理在实际工程中比较少见。应力解除法在房屋纠偏中得到了良好的运用而在井塔纠偏中还无先例。应用有限元数值模拟和弹性力学 Mindlin 解 2 种方法对井塔应力解除纠偏进行验证。通过考虑土体开挖卸荷比对 Mindlin 解影响而对其进行修正，得到的结果与有限元数值模拟结果一致，可以验证：应力解除法能够有效运用于井塔纠偏；增大应力解除区宽度、减小应力解除孔到井筒的距离、适当增加应力解除孔深度和增大应力解除孔孔径可以有效提高纠偏效果。

工作面端头三角区沿空巷道强矿压显现与应力转移分析

杨敬轩, 刘长友, 于斌, 吴锋锋

2016, 33(1): 88-95.

摘要 ( 1700 )

PDF (527KB) ( 2653 )

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大同矿区同忻煤矿 8105工作面 5105沿空巷超前支护段矿压显现明显，来压强度大，巷道变形与单体支柱折损严重，严重影响了回采巷道的正常使用。在分析工作面沿空巷强矿压显现特征的基础上，得到了巷道强矿压主要影响因素，提出对工作面顶板进行双向应力转移以降低端头三角区集中应力的方法。研究表明：工作面端头双向支承压力将形成端部三角区高应力集中，对工作面沿空巷超前支护段的强矿压显现具有重要影响；采用改变形式的三参数威布尔函数对双向支承压力进行理论分析，得到了工作面端头三角区高应力大小及区域分布特征；提出了双向应力转移的方法，降低了沿空巷超前支护段围岩应力。现场实践中，通过对工作面 5105 沿空巷及顶回风巷顶板采取水压致裂技术后，工作面 5105 巷超前支护段强矿压显现得到明显改善，巷道变形量明显降低，保证了工作面的正常生产。

膏体充填综采底板破坏规律与实测研究

常庆粮, 唐维军, 李秀山

2016, 33(1): 96-101.

摘要 ( 1724 )

PDF (975KB) ( 2523 )

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针对承压水上煤炭资源安全开采的难题，以河南焦煤集团朱村煤矿承压水上膏体充填开采为工程背景，采用理论计算、数值模拟分析和现场实测的方法，研究了膏体充填开采底板破坏规律及演化特征，并对膏体充填开采底板破坏范围和突水性进行了预测研究，揭示了膏体充填开采控制底板破坏的力学机理。研究表明：煤矿底板破坏深度随采高的增加而逐渐增大，但当增加到一定高度(1.8 m)后，底板破坏深度趋于某一相对稳定值；膏体充填综采可使得底板破坏深度由垮落法开采的 12.0 m左右，减小到 2.0 m左右，突水系数由 0.19 ~ 0.56减小到 0.08 ~ 0.20；实测表明：膏体充填综采完整区域底板最大破坏深度约 4 m，断层影响处底板最大破坏深度范围为 10.0 ~ 12.0 m，膏体充填综采过程中未出现突水灾害。膏体充填综采相当于降低了煤层采高，相对增加了底板隔水层厚度，有效提高矿井开采的安全保障度。

近距离煤层开采对卸压区采场围岩应力演化过程研究

刘增辉, 娄嵩, 孟祥瑞, 高召宁

2016, 33(1): 102-108.

摘要 ( 1739 )

PDF (1076KB) ( 2683 )

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为了研究近距离煤层开采围岩应力演化特征，以淮北海孜煤矿的 8煤层 762工作面和 9煤层首采 962工作面的地质和开采条件为研究背景，建立了三维数值计算模型，对 762和 962工作面开采造成的围岩应力相互影响进行了研究。结果表明：762 工作面开采对底板卸压应力基本是以线性降低，在 962工作面下平巷形成卸压; 762工作面长度缩短对 962工作面的解压效果降低，同时 762工作面侧向底板集中应力和 962工作面的超前支承压力相互叠加；通过在回采巷道内测试煤岩体的电磁辐射脉冲数，验证了采动影响下围岩应力演化。

基于实测地应力的综放工作面采动应力分布及演化特征研究

刘钦节, 杨, 科, 陈, 贵, 成荣发, 史厚桃

2016, 33(1): 109-115.

摘要 ( 1560 )

PDF (1059KB) ( 2560 )

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基于地应力对综放工作面煤岩体变形破坏、动力灾害防治、采动应力场演化等的重要影响，在朱仙庄煤矿南翼地应力实测的基础上，开展了基于多目标约束的矿井应力场最优化反分析，获得了矿区最优边界荷载和地应力分布规律。利用 FLAC3D 建立数值模型，探讨了最大主应力与工作面推进方向夹角 α、侧压系数 λ 及水平应力非均匀系数 ζ 等因素对综放工作面采动应力场的影响规律。结果表明：不同地应力对综放采场内各采动应力场分布及演化特征具有显著影响。针对该矿井某一实际工作面的地应力分布特征、煤岩物理力学参数及开采技术条件，分析了综放面采动应力场的分布规律及其随工作面推进的演化特征。研究结果可为综放工作面的顶底板管理、巷道支护等提供重要借鉴。

极近距煤层矿压显现强度的间距影响规律研究

王孝义, 宋选民, 陈春慧

2016, 33(1): 116-121.

摘要 ( 1521 )

PDF (230KB) ( 2488 )

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为分析浅埋近距煤层下工作面在通过上层采空区和遗留煤柱时矿压显现机理，合理确定支架支护阻力，对浅埋深、近距条件下煤层开采矿压显现强度变化规律与工作面支架阻力确定问题进行了探讨。结果表明：随着层间距的增大，支架阻力逐渐减小；当层间距小于 15 m 时，层间距变化对该工作面矿压显现变化影响较大；当层间距大于 15 m 时，层间距变化对该工作面的矿压显现变化影响较小。在采空区、煤柱与实体煤层下矿压显现呈现不同规律：采空区下来压步距 9.8 m，最大工作阻力 10 920 kN，动载系数 1.3；煤柱下来压步距 10.8 m，最大工作阻力 11 065 kN，动载系数 1.35；实体煤下来压步距 12.2 m，最大工作阻力 10 742 kN，动载系数 1.39。

浅埋煤层开采顶板切落压架灾害的突变分析

杨登峰, 陈忠辉, 洪钦锋, 张闪闪

2016, 33(1): 122-127.

摘要 ( 1496 )

PDF (328KB) ( 2643 )

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针对浅埋煤层开采周期来压过程中顶板沿煤壁台阶下沉导致顶板切落压架灾害的问题，根据直接顶岩体在支承压力作用下破坏失稳的非线性变化特征，建立了由基本顶-直接顶-支架-矸石组成的系统力学模型。利用突变理论研究了荷载作用下系统的失稳机制，获得了系统失稳的充要条件及直接顶岩体的变形突跳量表达式，分析了系统失稳的主要影响因素。结果表明：直接顶的失稳破坏，导致了顶板的切落，系统失稳除与支架和直接顶岩体的刚度比及材料参数有关外，还与所受载荷及基本顶周期来压步距相关。结合工程实例，验证了理论推导的合理性，并给出了工程建议。

含纵向裂隙砂岩的强度劣化与加载速率效应

尹乾, 靖洪文, 苏海健, 赵洪辉

2016, 33(1): 128-133.

摘要 ( 1575 )

PDF (472KB) ( 2631 )

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裂隙岩石力学行为是地下工程稳定性分析的基础。在基于西部浅埋巷道顶板受力特征分析的基础上，对单轴压缩压缩作用下含纵向裂隙砂岩的强度劣化特征及加载速率效应进行了试验研究。研究结果表明：裂隙偏移量较小(0~6 mm)时试样以劈裂破坏为主，而偏移量较大(12~24 mm) 时试样出现劈裂和斜剪混合破坏，但斜剪是导致最终失稳的决定因素；随着偏移量的逐渐增大，试样承载力呈现先增大再减小后又逐渐增大的趋势，偏移量在 6~12 mm 之间出现一个明显的突变区域，这与试样破坏形态息息相关；随着加载速率的增大，裂隙试样承载力逐渐增大，而劣化系数逐渐减小，且表现为先剧减后平缓的分段式特征。

沙漠浅滩地表径流保水煤柱留设生态意义及方法

李涛, 王苏健, 李文平, 陈通, 高颖

2016, 33(1): 134-139.

摘要 ( 1507 )

PDF (398KB) ( 2638 )

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生态脆弱矿区地表径流保护煤柱的留设直接影响流域生态环境演变。以陕北神南矿区为研究背景，通过野外地质调查、取样测试，查明了沙漠浅滩矿区流域生态承载特征，在导水裂隙带发育规律研究的基础上，剖析了传统保安煤柱留设的局限性，从地下水动力学角度，提出了基于采动分水岭的保水煤柱留设方法。结果表明：沙漠浅滩地表径流承载了干旱缺水矿区绝大多数生态、生活、生产用水，而沙漠浅滩地表径流 91.33%的流量源自砂层潜水补给，研究区地表流域附近首采煤层导高预计发育为 40.4~69.2 m，采动造成采空区上方砂层潜水位消失，而基于分水岭的煤柱留设方法避免了地表径流向采空区反向渗流。实践计算证明研究区内常家沟保水煤柱 62 m，大于传统保安煤柱 34.8 m。

复杂地质条件下的突水疏放试验及水文地质意义

齐跃明, 李民族, 许进鹏

2016, 33(1): 140-145.

摘要 ( 1608 )

PDF (362KB) ( 2607 )

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为了克服以往对突水过程认识和利用上的不足，通过综合分析突水点附近背景场及风险评估，利用山西某矿井巷道突水在复杂地质条件下的流场进行了疏放实验。结果显示，矿井突水在一定条件下可作为疏放试验来加以利用，可用来确定补给水源、记录突水量变化过程、获取含水层水文地质参数、揭示岩溶介质条件及突水原因等。该方法的实施，获取了常规方法难以获取的水文地质信息，为进一步分析突水原因、合理高效处置突水灾害提供了重要的科学数据。

深部工程模型试验的边界条件及其模拟方法探讨

范鹏贤, 王明洋, 方向

2016, 33(1): 146-151.

摘要 ( 1681 )

PDF (272KB) ( 2855 )

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随着岩石工程埋深的逐渐增大，地质力学模型试验的边界问题逐渐成为制约深部岩体模型试验科学性的关键因素之一。柔性加载技术的出现，实现了模型边界应力的均匀加载，但是仍然未能实现模型边界条件的严格相似。依据弹塑性理论，分析了硐室开挖前后实际围岩边界处的应力和位移的变化情况，揭示了现有加载边界条件模拟深部围岩赋存环境时的主要误差来源以及难以适应深部环境模拟的原因，提出以等效弹簧加载装置来模拟深部岩体试验模型边界条件的设想。根据位移和应力的等效推导了加载板等效弹簧刚度的计算公式，并讨论了该方法的优缺点。

基于Morris 法的单裂隙岩体温度场参数灵敏度分析

刘波, 金爱兵, 高永涛, 邓富根

2016, 33(1): 152-157.

摘要 ( 1699 )

PDF (311KB) ( 2980 )

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通过数值模拟(3DEC)的方法，建立深部单裂隙岩体水流-传热模型，再结合 Morris 全局敏感性分析法，通过一次只改变一个参数的取值方法轮流计算各参数的“基本影响” ，并计算它们的均值 μ 和方差 σ，根据 μ 和 σ 的大小判断各参数对模型温度值输出影响情况，并分析 μ 和 σ 的时空变化规律。结果表明：裂隙开度(b)、水岩热交换系数(h)、岩体热传导率(KT )、岩体比热容(Cs)、流体比热容(Cf)对模型温度值的输出影响较大，且岩体热传导率(KT )、岩体比热容(Cs)、裂隙开度 (b)与其他参数产生较大的相互作用；μ和 σ随着时间步的增加大致可以分为 3个阶段，即快速增加阶段、缓慢增加阶段和稳定阶段；沿着裂隙流体流动方向与裂隙法向方向，各参数的 μ和 σ呈现减小的趋势；岩体比热容(Cs)对温度值的影响是正作用关系，裂隙开度(b)、流体比热容(Cf)是负作用关系，水岩热交换系数(h)、流体速度(u)、岩体热传导率(KT )根据位置不同，既有正作用关系，又有负作用关系。

基于HJC本构模型的煤岩 SHPB 实验数值模拟

李成武, 王金贵, 解北京, 孙英峰

2016, 33(1): 158-164.

摘要 ( 1685 )

PDF (868KB) ( 2855 )

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利用有限元软件 LS-DYNA，采用岩石的 Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型，对煤岩霍普金森压杆(SHPB)实验进行数值模拟，再现了煤岩在冲击实验过程中的应力波形、应力波的震荡现象及试件的损伤过程，通过对比发现模拟结果与实验实测结果具有较好的相似性，HJC本构模型可以合理地再现煤岩受冲击破坏的动态过程。研究发现：1) 试件均在周边开始破坏，破坏形式以沿轴向方向的劈裂破坏为主；2) 当冲击速度为 3 m/s 左右时，煤岩的破坏受压缩和拉伸共同作用；当冲击速度为 9 m/s左右时，煤岩的破坏主要受冲击压缩的作用；3) 煤岩的破坏与应力峰值并不同步，当动载较低时，试件的破坏滞后于应力峰值；而动载较高时，试件的破坏超前于应力峰值。

平行钻孔-套筒致裂法测试地应力试验研究及工程应用

荣传新, 彭世龙, 程桦, 黎明镜, 程帅, 袁小永

2016, 33(1): 165-171.

摘要 ( 1555 )

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针对套筒致裂法测试深井地应力存在的技术瓶颈，改进了套筒致裂法测地应力的套筒膨胀管装置；综合单孔套筒致裂法和控制致裂法的特点，提出了可操作性更强的平行钻孔-套筒致裂法地应力测试技术，通过试验对原有的单孔套筒致裂法和控制致裂法地应力计算公式进行了合理修正。由试验结果可得，单孔套筒致裂的修正系数为 0.78，控制致裂的修正系数为 0.83。现场地应力测试结果表明：朱集东煤矿-965 m轨道大巷最大主应力为 23.16 MPa，东西水平方向；中间主应力为 21.04 MPa，铅垂方向；最小主应力为 13.01 MPa，南北水平方向。

屈曲型岩爆的发生机制及其时效性研究

翁磊, 李夕兵, 周子龙, 刘科伟

2016, 33(1): 172-178.

摘要 ( 1640 )

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为分析深部巷道围岩层裂薄板结构的形成机制和屈曲型岩爆发生的力学机理，采用数值模拟方法对深部巷道开挖过程中围岩主应力的分异演化规律进行了研究。基于三参量黏弹性本构关系，以屈曲型岩爆的层裂薄板结构为力学模型，推导出了二向受力下屈曲型岩爆的压屈时效方程，探讨了不同应力状态下屈曲型岩爆的时效特征。结果表明：在以垂直应力为主导的巷道在掘进过程中，巷道顶部和底部的主应力水平在逐步减小，岩体能量逐步释放；而巷道两侧边墙的主应力出现严重的分异现象，切向应力变大而轴向应力减小，岩体能量向两侧转移并大量积聚。以水平应力为主的巷道在掘进过程中，围岩应力状态的演化过程及能量积聚特征与此相反。围岩层裂薄板结构形成后，在切向应力和轴向应力的二向应力作用下发生蠕变弯曲变形，经过一段时间，当变形达到某一限值时，层裂薄板结构就会发生屈曲失稳破坏并释放岩体内积聚的弹性变形能，产生延迟岩爆现象。

基于HHT的粉砂岩破裂声发射信号频率特性研究

张艳博, 梁鹏, 孙林, 刘祥鑫

2016, 33(1): 179-184.

摘要 ( 1697 )

PDF (547KB) ( 2710 )

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通过对粉砂岩进行单轴加载声发射实验，基于 HHT 分析方法，研究岩石破裂过程的声发射信号频率特性。研究结果表明：HHT 是一种基于主成分分析的信号时频分析方法，可以确定信号的主次成分，用瞬时频率来精确描述信号的时频特性；粉砂岩破裂过程中声发射信号的时频分布有 3个阶段，即初始区、波动区、沉寂区；粉砂岩破裂过程中声发射信号的主频与所处的应力水平有关，在岩石破裂前，随着应力水平的提高，主频逐渐降低；粉砂岩破裂过程中，从裂纹稳定扩展到不稳定扩展，直到岩石破裂，高能量声发射信号由高频率向低频率转移，且持续的时间增加；粉砂岩破裂过程中声发射信号适宜监测频段为 20~120 kHz。

弧形顶板垮落对上隅角瓦斯扰动的研究

付明明, 张英华, 黄志安, 高玉坤, 冯彩云, 肖善林

2016, 33(1): 185-190.

摘要 ( 1554 )

PDF (506KB) ( 2560 )

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通过对弧形顶板平衡状态下的受力分析，确定了影响其平衡的 4 个主要因素，且将 4 个关键因素简化在不规则三角体模型中，推导出弧形顶板垮落前后空间体积变化量的计算公式。这一体积变化量与工作面内部及下隅角在来压时的体积变化量的三者之和，再减去向采空区的漏风风量，即为来压期间从上隅角位置涌出气体的增大值。分析4个矿井工作面上隅角 CH4体积分数监测记录，得出来压期间上隅角瓦斯体积分数的变化规律。上隅角瓦斯的涌出受其正上方弧形顶板的影响最为严重，伴随弧形顶板周期垮落，上隅角处气体涌出量周期明显增大。根据康城矿和云驾岭煤矿来压期间上隅角附近风量监测数据，得出来压期间上隅角风量的增大值。将实测增大值与理论值比较分析，两者误差小于 5%。

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