采矿与安全工程学报

张向阳，任启寒，涂敏，窦怡川

2016, 33(2): 191-198.

摘要 ( 1229 )

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结合潘一东矿深部煤层开采的具体工程地质条件，运用相似模拟、数值模拟相结合的方法，分析研究了深部煤层上行开采过程中，岩层破坏断裂、裂隙演化及下沉变形特征，进一步分析了岩层下沉变形曲线与岩层断裂、裂隙发育和受力状态的关系。研究表明：下煤层和上煤层开采过程中，岩层裂隙富集区主要分布在切眼向采空区内一定距离斜向上一定距离范围内和煤壁向采空区内一定距离斜向上一定距离范围内的岩层中；采空区正上方岩层经历一个裂隙产生、扩展、闭合的演变过程；下煤层开采时，煤壁处岩层断裂角小于切眼处；上煤层开采时，煤壁处岩层断裂角随两煤层工作面位置不同，经历一个先增大后减小的过程；岩层整体下沉曲线斜率不同区域与岩层裂隙发育情况及受力破坏状态是有密切联系的。

大采高采场覆岩破断演化过程及支架阻力的确定

杨胜利，王兆会，孔德中，程占博，宋高峰

2016, 33(2): 199-207.

摘要 ( 1138 )

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基于煤岩体“强度参数-应力环境-节理弱面”破坏控制条件研究了大采高采场覆岩变形破断特征，并通过室内试验再现采动引起覆岩破断后运动演化过程，最后根据顶板结构形态对支架工作阻力确定方法进行了理论分析。研究表明：覆岩薄弱岩层冒落取决于层间离层裂隙的发育范围，基本顶表现出固支梁变形破坏特征，断裂线位置则取决于剪切错动裂隙的发育范围；软弱岩层中受拉应力区贯通分布，坚硬岩层中呈孤岛式分布，分布形态同离层和剪切错动裂隙的发育范围相关；层间拉伸张开型裂缝则呈小范围正梯形滞后工作面发育，剪切闭合型裂缝呈大范围倒梯形超前工作面发育；大采高采场下位基本顶破断后形成单关键块结构，更高位基本顶可形成静定三铰拱结构，采场顶板控制关键为前者的稳定性；以单关键块结构形成条件为基础给出直接顶范围确定方法，基于能量守恒原理、直接顶性质提出顶板压力确定公式，直接顶力学参数对其影响程度依次为：黏聚力>塑性模量>内摩擦角

大倾角厚煤层综放工作面放煤工艺及顶煤运动特征试验

孙利辉，纪洪广，蔡振禹，张标，杨本生

2016, 33(2): 208-213.

摘要 ( 1102 )

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为研究大倾角工作面放煤工艺及顶煤运动特征，采用相似材料模拟，依据放煤步距、放煤顺序、放煤方式、煤层倾角的不同构建了 15 种放煤模型，对比分析了不同放煤条件下对回采率、顶煤与矸石运动规律的影响。结果表明：工作面倾向采用由下向上单轮顺序放煤、回采方向采用一采一放的组合方式放煤，工作面回采率最高；随着煤层倾角增大，回采率逐渐降低。受煤层倾角影响，放煤漏斗呈非对称圆锥形，由上向下放煤漏斗为倒圆锥，由下向上放煤漏斗为正圆锥；而放煤漏斗轮廓受煤层倾角影响不大。由上向下放煤顶煤有滞留现象，而由下向上放煤则无顶煤滞留现象，下端头可尽可能多放煤，上端头要控制放煤。

深厚表土薄基岩综放工作面地表沉陷与冲击地压联动效应研究

王乃国，朱斯陶，王慧涛，姜福兴

2016, 33(2): 214-219.

摘要 ( 1063 )

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结合新巨龙矿井深厚表土薄基岩综放工作面冲击地压防治问题，开展深厚表土层地表沉陷与冲击地压联动效应的实测研究。研究表明：深厚表土薄基岩首采综放工作面地表沉陷启动距约为 114 m，仅为采深的 1/7，远小于一般采场的启动距（1/4~1/2 倍采深）。当地表进入充分采动阶段后，地表沉降速度与冲击地压存在明显的联动效应：地表沉降速度开始迅速增加时，工作面动压显现强烈；地表沉降速度迅速增加一般超前工作面动压显现。综合分析微震和地表沉陷数据，验证了岩层运动、地表沉陷与冲击地压发生具有一定相关性，可作为冲击地压预警的辅助参考。

关键层的复合效应及其对矿压显现的影响

付宝杰，高明中，涂敏，张平松

2016, 33(2): 220-225.

摘要 ( 1135 )

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为分析相邻关键层组合运动对采场矿压产生的影响，揭示关键层复合效应产生的机理，利用并行电法测试技术系统研究了两关键层临近赋存顶板破坏特征及其破断规律，并通过与该测试段工作面矿压数据相互印证，确定关键层复合效应使采场来压步距呈一大一小周期性变化。由此，建立了该类型采场覆岩的空间结构模型，按该模型中关键块体结构关系计算得出的工作面支架工作阻力值与实测结果基本吻合，这为同类地质条件下采场围岩控制提供依据。

巨厚煤层软弱覆岩分层综放开采覆岩破坏高度研究

韩军，张宏伟，高照宇，荣海，赵象卓，杨发武，王景新

2016, 33(2): 226-230.

摘要 ( 914 )

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为了确定巨厚煤层软弱覆岩分层综放开采条件下覆岩破坏特征，以老虎台矿 55003 工作面为对象，采用数值计算、微震监测和瞬变电磁探测方法对区域分层综放开采过程中覆岩破坏高度进行分析，确定了采出厚度与覆岩破坏高度的关系。研究表明，抚顺矿区巨厚煤层软弱覆岩条件下覆岩破坏高度与采出厚度呈线性正相关，覆岩破坏高度为采出厚度的 8.4 倍。巨厚煤层软弱覆岩的破坏高度比坚硬覆岩综放开采要小。覆岩破坏主要受到油页岩和绿色页岩组成的岩层结构的制约，同时受到 F7-1 断层和 F7 断层的影响。

深井断层破碎带穿层软岩巷道锚网索耦合控制对策

郝育喜，王炯，王浩，孟志刚，郭志飚

2016, 33(2): 231-237.

摘要 ( 981 )

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旗山矿开采深度近千米，随着开采深度的增加，在高地应力、特别是在水平构造应力和断层切割条件的影响下，巷道围岩出现顶沉、帮缩和底鼓等大变形破坏现象，其中顶沉及帮缩量最大处超过 1 100 mm，原有支护很难控制巷道围岩稳定性，严重影响和制约了煤矿的安全生产。基于此，以旗山矿千米深井断层破碎带穿层软岩巷道为例，详细分析了巷道破坏特征及主控因素，得出了高应力膨胀型软岩巷道的破坏力学机制，提出了注浆+非对称锚网索+底角锚杆耦合支护控制对策，实现支护体与围岩在强度、刚度和结构上的耦合，从而达到控制深部软岩巷道稳定的目的。上述成果在现场进行了应用，监测结果表明耦合支护对深部高应力断层破碎带穿层巷道的稳定性起到很好的控制效果。

充填回收房式煤柱采场煤柱稳定性分析

安百富，张吉雄，李猛，黄鹏

2016, 33(2): 238-243.

摘要 ( 872 )

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为了提供充填回收房式煤柱采场围岩稳定性分析的理论依据，采用理论分析和数学推导对充填体-煤柱共同支撑下的围岩力学结构进行了研究，发现煤柱区域弹性地基系数 k p 、充实率 φ、顶板抗弯刚度 EI、覆岩载荷 q 是影响煤柱稳定性的主要控制因素。基于弹性地基梁理论建立了顶板岩梁的挠度方程，提出了煤柱区域及充填体的弹性地基系数计算方法，推导出了充实率对煤柱受力、顶板下沉量、采场应力分布特征的计算方程组，并建立了煤柱稳定性的评价公式。

特厚倾斜复合顶板巷道破坏特征与稳定性控制

苏学贵，宋选民，李浩春，原鸿鹄，李本奎，杜献杰

2016, 33(2): 244-252.

摘要 ( 841 )

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大倾角特厚复合顶板巷道因其围岩原位强度低、层间黏结力弱，在复杂应力作用下巷道围岩具有非对称破坏特征。结合具体工程实例，采用相似模拟试验、FLAC 3D 数值模拟和工程测试等方法，分析不规则梯形与拱形巷道在常规对称支护和非对称强力支护条件下围岩应力、位移等变化规律，揭示特厚倾斜复合顶板巷道的非对称破坏机理。研究表明：受岩层赋存特征影响，巷道围岩结构和应力分布的非对称性是造成巷道非对称性破坏的根本原因；复合层状岩层结构面法向约束力减小与钝角部位应力集中直接导致弱面剪切滑移失稳；采用拱形巷道与非对称强力支护能有效改善围岩应力状态、减小围岩变形，提高巷道支护体系的平衡承载能力。

急倾斜松软煤层巷道变形特征与控制技术

马振乾，姜耀东，杨英明，张科学，马植胜，蔡来生

2016, 33(2): 253-259.

摘要 ( 1012 )

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为了解决急倾斜松软煤层巷道的支护难题，采用数值计算方法研究了急倾斜煤层巷道围岩应力和位移分布特征。研究表明：急倾斜煤层巷道开挖以后，巷道顶部形成的自然平衡拱逐渐沿煤层倾斜面向上扩展，与巷道顶部垂直应力的分布形态相似，巷道顶部煤体及煤帮是支护的关键部位。基于以上研究，提出以锚、带、网、索主动支护为基础，配合高强度拱形梁的综合控制技术，旨在充分调动围岩的自承能力，使支护体系与围岩形成承载整体。现场应用表明，提出的支护方案可有效控制巷道稳定，巷道两帮变形量不足 40 mm，为类似条件急倾斜煤层巷道支护提供了一定的借鉴。

TBM 施工煤矿深埋硬岩巷道围岩稳定性分析及工程应用

唐彬，程桦,，姚直书，王晓健

2016, 33(2): 260-264.

摘要 ( 1212 )

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针对首次立井煤矿 TBM 掘进硬岩巷道工程应用实际，进行了巷道围岩稳定性分析和施工信息化监测，并采用 ABAQUS 有限元数值软件研究了巷道围岩位移场、应力场和塑性区的分布规律，分析了拟定支护方案的巷道围岩稳定性。结果表明，巷道顶部的最大下沉量为 33.26 mm，巷道围岩的塑性区范围为 0.8~1.2 m。确定支护方式为锚网支护。在试验巷道掘进过程中，进行了围岩内部裂隙发育情况、巷道收敛变形和锚杆受力监测。巷道顶板围岩破损深度达 1.5 m，两帮最大收敛量为 12 mm，锚杆轴力变化范围为 43.1~65.1 kN。TBM 施工硬岩巷道月进尺达 404 m，相比传统的钻爆法和综掘法单进提高 5~10 倍，工程应用表明，该工法安全高效。

随机节理岩体巷道再生顶板失稳机理与控制研究

王同旭，马文强，曲孔典

2016, 33(2): 265-270.

摘要 ( 905 )

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为研究随机节理岩体巷道再生顶板失稳机理及控制方法，基于龙口某矿油页岩上分层巷道节理参数统计结果，结合蒙特卡罗模拟方法，采用 UDEC 软件内置 FISH 语言编写了随机节理模拟程序，建立了随机节理岩体巷道数值模型，对随机节理岩体巷道再生顶板的失稳破坏过程及支护方式进行了模拟，并通过工程应用对数值模拟进行了验证。结果表明：再生顶板巷道开挖后预留护顶中小的易冒块体首先沿节理面滑落，之后关键块体在上部破碎岩块压力作用下沿节理面滑动下沉，当关键块体一端滑离巷帮节理面时，关键块体失稳，发生冒顶；再生顶板下预留护顶掘进巷道合理支护方式为锚索-架棚联合支护，可有效控制巷道顶板变形并防止顶板破碎块体冒落。

掘进巷道顶板岩层随钻识别研究

陈加胜，邓海顺，高明中，成云海，王传礼

2016, 33(2): 271-277.

摘要 ( 892 )

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为了在巷道掘进过程中随时识别顶板岩层，提出一种通过检测锚杆钻机液压系统的压力和流量来探测巷道顶板岩层的方法；推导出顶板岩层随钻探测的钻进参数计算公式；研制了顶板岩层随钻识别试验系统，并将随钻识别试验数据与单轴抗压强度试验数据进行比较分析。研究表明： 1) 当检测到锚杆钻机液压系统中的压力和流量发生阶跃响应或脉冲响应时，可以判断钻头通过了顶板岩层分界面或软弱夹层；2) 实验测得钻头穿过软弱夹层时，钻进速度的最大值与最小值之比为 12.4，表明钻进速度在几种钻进参数中是最敏感的；3) 通过检测锚杆钻机液压系统的压力和流量可以推算出顶板各岩层强度和层位。

邻近层同采工作面动压巷道失稳机理及错距优化研究

马海峰，殷志强，李传明，郭峰，李家卓

2016, 33(2): 278-283.

摘要 ( 863 )

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针对邻近层同采工作面回采巷道受多次采动影响变形量大的问题，采用理论分析、数值模拟和现场实测的方法对邻近层同采工作面在走向和倾向上的不同错距进行了研究。结果表明：1) 邻近层工作面同采过程中，上下两工作面间岩层受多重采动影响经历了连续—似连续—非连续— 散体的过程；2) 走向错距不同时，邻近层工作面支承压力峰值、围岩破坏范围和破坏程度由大到小依次为错距 20 m、错距 0 m、错距 50 m、错距 60 m；3) 受多重采动影响，下工作面运输巷位移随工作面的临近呈现台阶式增加，经历了 2 次逐渐增加—明显增加—稳定的过程。采区设计应考虑邻近层工作面同采产生的多重采动影响，设计并优化得出合理的走向错距和倾向错距，改善工作面回采时采场围岩尤其是回采巷道围岩的力学状态。

矿柱结构体解构及其稳定性计算

陈庆发，牛文静

2016, 33(2): 284-289.

摘要 ( 983 )

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定义了矿柱模型和矿柱结构体模型基本概念。以选定矿柱模型区域相关巷道结构面调查数据为基础，利用 GeneralBlock 程序的块体计算功能初步解构出矿柱结构体。根据矿柱结构体真实性分析结果，结合几何方法，精确解构出矿柱结构体空间禀赋形态。基于结构体破坏形式建立力学模型，计算出固定结构体的最小固定面面积。运用力学与集合方法分析矿柱真实结构体的移动机制，推导出结构体稳定性系数计算公式。

大体积高性能混凝土冻结井壁水化热温度场实测与分析

张涛，杨维好，陈国华，黄家会，韩涛，张驰

2016, 33(2): 290-296.

摘要 ( 870 )

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大体积高性能混凝土井壁水化热温度场发展规律对于研究井筒温度应力、提高井壁质量极为重要，为获得实测资料，对国内井筒直径和井壁厚度均最大的冻结井壁开展了早龄期温度场实测研究与分析。设置 4 个监测层位，实时监测获得了一次浇注厚度达 2.5 m 的 C60 高性能混凝土井壁温度场的分布规律及井壁内径向各点的温升规律，获得不同厚度和标号井壁的最高温度达 61.4~73.1 ℃、最大温升 39.6~48.8 ℃、内部最大温差 24.3~33.0 ℃。拟合得到了较符合现场浇注井壁内最高温升与龄期的双指数关系式。并结合工程实践，从混凝土材料、水化热温升、降低约束和养护条件等方面分析了大体积混凝土井壁预防开裂的技术措施。实测数据为冻结井壁设计与施工提供宝贵的基础资料，为工程建设提供借鉴。

考虑土性参数不确定性的多圈管冻结温度场分析

王涛，周国庆，阴琪翔，夏利江，刘宇翼

2016, 33(2): 297-304.

摘要 ( 876 )

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为了深入研究土性参数空间变异性对环形多圈管冻结温度场的影响规律，将土体传热区域的导热系数、体积比热容及相变潜热模拟为随机场，基于随机场局部平均理论，建立了土性参数由点特性过渡到平面平均特性的方差计算方法。采用 Neumann 随机有限元法，自行研制了随机有限元程序，计算得到多圈管冻结温度场统计分布规律。结果表明：随机场及其局部平均理论能合理考虑土性参数空间上的不确定性；二维随机场三角形单元局部平均法能与三角形单元有限元法完美结合，随机场单元与有限元单元对应关系清晰，易于程序的编制；土性参数的随机性导致了冻结温度场分布的随机性；在本文条件下，形成的稳定冻结壁平均温度为-22.6 ℃，平均厚度为 10.5 m，相应的变异系数均为 0.224，井帮平均温度为-12.8 ℃，相应的标准差为 2.4 ℃。

风积沙区超大工作面开采生态环境破坏过程与恢复对策

卞正富，雷少刚，刘辉，邓喀中

2016, 33(2): 305-310.

摘要 ( 987 )

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风积沙区超大工作面开采具有所处生态环境脆弱、开采强度大等显著特点，由此引起的生态环境损伤不同于传统开采方法或高强度开采在东部矿山引起的生态环境损伤特征。将风积沙区超大工作面开采生态环境破坏过程划分为岩层破断、地表沉降、地表动植物生境变化与土地利用变化以及矿区生态系统随时间推移演替等 4 个过程；分析了风沙区超大工作面开采后地裂缝、土壤水、地下水位、植被覆盖与生物多样性等关键生态环境要素的变化规律；提出风积沙区生态环境恢复的对策应是保护与修复并举、自我恢复和人工修复并重，具体需要结合生态环境要素的受损伤程度及生态修复目标确定生态恢复对策。

巷道围岩预注浆防突水技术研究

曹胜根，程正刚，张云，姜海军，王琛

2016, 33(2): 311-317.

摘要 ( 1008 )

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在对焦作矿区和中马村矿井地质资料调查、整理的基础上分析了巷道突水水源及突水原因；根据岩土有效应力原理建立了巷道突水区围岩本构模型，探讨了巷道围岩保持稳定而不发生突水的基本思想是增加围岩有效应力，减小孔隙水压力。在此基础上对浆液的流变性、流动规律及扩散方式进行深入分析研究；针对中马村矿井现场实际条件，对巷道围岩预注浆技术进行了方案设计和注浆参数的确定；通过现场工程实践检验了巷道围岩预注浆设计方案的合理性，取得了良好的堵水效果，满足了矿井安全生产的需要。

采动底板导水破坏深度滞后煤壁二次加深规律探测

李海龙，白海波，马丹，许静，钱宏伟，田成东

2016, 33(2): 318-323.

摘要 ( 1044 )

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率先明确探测并提出底板采动导水破坏深度滞后煤壁二次加深的观点，并先后选择晋城、榆林、鄂尔多斯多个煤矿工作面做了验证，利用现场测试条件，在煤壁推过测点后，仍对底板采动破坏规律实施注水试验与底板岩层应变连续性探测。探测结果表明：1) 底板岩层首次破坏发生在工作面刚推过测点的应力集中区；2) 工作面推过测点 15~20 m，即过测点后的第 1 次周期来压时，测点位置的底板导水破坏深度出现二次滞后加深，破坏加深程度一般在 1~2 m；3) 工作面推过测点 2~4 个周期来压后测点位置底板岩层变形状态趋于稳定；4) 工作面推过测点后第 1 次周期来压到第 4 次周期来压之间(工作面推过测点 15~60 m)这段距离为底板滞后突水高风险区域；5) 底板注水试验与岩层应变探测试验的探测结果一致性很高。

高压压水试验渗透系数的求取

梁德贤，姜振泉，曹丁涛

2016, 33(2): 324-328.

摘要 ( 989 )

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从紊流非达西流角度出发，利用压水孔水压、压水段长度、观测孔水压和流量等参数，推导出高水压条件下岩体渗透系数计算公式。结合某矿下组煤底板压水试验成果，分析了不同水流状态下计算的渗透系数的差异性，得出水流状态对岩体渗透系数计算的结果影响巨大，水压的变化引起岩体渗透性的剧烈变化。本文建议的渗透系数计算公式为裂隙岩体紊流状态下的非达西流渗透系数的计算提供了一种有效的方法。

变形历程对破碎岩体水沙渗流特性影响试验研究

陈家瑞，浦海，肖成，刘桂宏

2016, 33(2): 329-335.

摘要 ( 1050 )

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为研究破碎岩体变形历程对其水沙渗流特性的影响，设计了一套水沙渗透系统，在 MTS816 系列电液伺服岩石力学试验机上进行了配径碎岩在 2 种不同变形历程下的渗透试验。研究表明：破碎岩石变形历程对其水渗流特性无明显影响；破碎岩石的孔隙率在一定范围时，水沙渗流过程中，其孔隙率会由于滤沙作用而降低，导致渗透率降低；有蠕变经历的破碎岩石在水沙渗流过程中更易于过滤沙粒，滤沙量较大，而溃沙量较小；破碎岩体初始孔隙率相同时，水压梯度的增加会导致滤沙量减少，溃沙量增加。给出了一个描述破碎岩体初始孔隙率与水压梯度对滤沙量综合影响的表达式，为破碎岩体突水溃沙的风险预测评估提供指导。

单斗挖掘机窄采掘带倒堆工艺研究

陈树召，才庆祥，刘福明，尚涛

2016, 33(2): 336-341.

摘要 ( 937 )

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针对拉斗铲倒堆工艺存在的投资大、适应性差等问题，提出了一种适用于最下部薄及中厚矿层开采的倒堆剥离工艺。单斗挖掘机站立于煤层顶板将剥离物倒堆排弃至内排土场揭露煤层顶板，同时布置一台液压反铲站立于内排土场平台上进行二次倒堆揭露煤层台阶坡面，完成倒堆剥离作业。与单斗—卡车间断工艺相比，该工艺不仅可避免费用高昂的卡车运输，同时有利于缩短整个露天矿的剥离物内排运距，即使重复倒堆率达 100%时采用该工艺在经济上仍是合理的。实例研究表明，安家岭露天煤矿 11 # 煤层采用单斗挖掘机倒堆开采可节约剥离费用约 1 400 万元/a。

级配饱和破碎岩石压缩变形与分形特性试验研究

郁邦永，陈占清，吴疆宇

2016, 33(2): 342-347.

摘要 ( 828 )

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综合利用 MTS816.03 试验系统与自制的破碎岩石压缩装置进行了不同岩性饱和破碎岩石的压缩试验，分析了岩性、轴向应力、粒径配比和加载速率 4 种影响因素下试样的压缩变形与分形特性。得出以下结论：1) 矸石、泥岩和砂岩试样的压缩过程相似且可分为 2 个阶段，即为 0~4 MPa 的快速变形阶段和 4 MPa 后的缓慢变形阶段；而灰岩试样的压缩过程变形速率均匀。2) 在相同粒径配比条件下，随着轴向应力的增大，砂岩分形维数单调增大，岩石颗粒破碎程度加剧。轴向应力与分形维数之间关系可用指数函数拟合。3) 在试样压缩过程中，Talbol 幂指数越大，试样轴向位移越大；加载速率越大，试样轴向位移越小。4) 在 12 MPa 轴向应力下，Talbol 幂指数越大，试样压缩后的分形维数增量越大，被压碎的岩石颗粒越多；加载速率越大，试样分形维数越大，破碎程度越低。

充填膏体蠕变宏观硬化试验研究

陈绍杰，朱彦，王其锋，刘小岩，曹俸玮，尹大伟

2016, 33(2): 348-353.

摘要 ( 912 )

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为探索煤矿充填膏体的长期强度特征，采用水泥、粉煤灰、煤矸石等材料按照 1∶4∶6 配比制成充填膏体试件，对其进行了单轴压缩与蠕变试验。基于试验结果，分析了充填膏体试件的物理特性、蠕变瞬时变形模量等参数变化规律。研究表明：充填膏体致密性差、可压缩性强，在缓慢加载过程中试件趋于均匀、致密；蠕变试验过程中，在破坏前的各级应力水平上，随着应力水平提高和变形增加，充填膏体试件的瞬时变形模量增大，增长率为 1.77×10 5 %；同时，每级应力水平下弹性应变阶段的应变率随应力水平提高而逐渐减小；充填膏体蠕变强度大于单轴抗压强度，平均蠕变系数为 1.09，充填膏体在蠕变过程中强度发生了宏观硬化。

采动影响下逆冲断层“活化”特征试验研究

赵善坤

2016, 33(2): 354-360.

摘要 ( 948 )

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以义马矿区的 F16 大型逆冲断层为背景，结合断层影响下 5 个矿井的地质钻探和井下揭露情况搭建相似模型，在考虑断层面的分形特征和断层面两侧覆岩赋存特征的基础上，综合运用声发射监测、采场覆岩位移和采场应力监测系统，研究采动影响下断层“活化”前后的覆岩运动特征、矿压显现规律和动力响应特征。研究表明：受逆冲断层南北两侧地层覆岩结构复杂和构造运动影响，断层“活化”前后工作面覆岩运动特征、矿压显现规律和动力响应明显不同。断层“活化”前，工作面覆岩“三带”特征明显，底板应力基本不受采动应力影响，声发射信号较弱。进入断层影响区后，顶板离层量呈跳跃式增长，采动应力诱发断层“活化”，底板应力达到最大值，声发射的总事件数和能率发生突变增加。当推过断层一段距离后，随着上盘关键岩层悬臂岩梁长度增加，工作面煤壁发生屈曲破坏，底板应力增加，待岩梁垮断挤压应力释放后，底板应力随之下降，伴随着工作面上方“短砌体梁”结构发生切落且沿断层面滑动，产生大量声发射信号。

断层破碎区域煤岩体动压影响范围确定

来兴平，郑建伟，蒋新军，常博，单鹏飞，刘彪

2016, 33(2): 361-366.

摘要 ( 939 )

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断层破碎区域的巷道极易发生变形，随着回采工作面的推进，工作面前方会造成应力集中且加剧断层的活化或者运移，诱发矿区动力学灾害。为了确定断层区煤岩体动压影响范围，以屯宝煤矿缓倾斜煤层 1193 工作面为研究背景，联合现场实测和理论分析，通过现场布置煤壁应力计和锚杆应力计来收集围岩内部的应力分布信号。以巷道表面变形测量为基础，结合内部应力变化的综合考量，从整体上分析可以确定断层发育区域的动压影响范围为 34 m，峰值位置为 5 m。动压影响范围的科学确定可以为巷道的合理支护提供支撑，从而保障屯宝煤矿 1193 综放工作面在断层区域的安全高效生产。

不同应力路径下岩石峰前卸荷破坏能量特征分析

戴兵，赵国彦，杨晨，董陇军

2016, 33(2): 367-374.

摘要 ( 1197 )

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基于岩石能量交换原理和 3 种不同卸荷路径下试验，研究了卸荷条件下岩石轴向吸收应变能、环向扩容消耗应变能、弹性应变能以及耗散能的演化特征与演化速率。研究结果表明：3 个方案中，岩石轴向吸收的应变能主要转化为环向扩容消耗应变能，扩容程度方案 III>方案 I>方案 II，而转化为耗散能较少，只有在临近破坏时耗散能才明显增加。初始围压对轴向应变能、环向扩容消耗应变能及弹性应变能的影响程度明显大于卸载路径，且都随着初始围压的增大呈近似线性增加。同一初始围压下，岩样临近破坏时存储的弹性应变能大小方案 II>方案 I>方案 III，岩石发生破坏时，方案 II 发生岩爆的可能性最大。卸载路径和初始围压对耗散能有显著的影响。3 个方案中应变能的演化速率均随着初始围压的增大而增加，初始围压对应变能演化速率的影响与卸载路径有关。

冲击载荷作用下煤岩破碎与耗能规律实验研究

张文清，石必明，穆朝民

2016, 33(2): 375-380.

摘要 ( 1037 )

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为了探索煤岩在冲击过程中的破坏特征和能量耗散规律，利用 Φ75 mm 霍普金森压杆 (SHPB)实验装置，对煤岩试件进行不同应变率条件下的冲击压缩实验，分析了冲击加载速率对煤岩破碎耗能和块度分布的影响。实验结果表明：在实验应变率范围内，随着子弹速度的提高，应变率和应力波携带的能量均呈线性增长，而煤岩破碎耗散能则呈指数上升。通过对实验碎块进行块度分维，发现随着应变率的提高，试件的耗散能密度快速增大，煤岩碎块的分形维数就越大，块度越细，破坏的程度越剧烈。分形维数与应变率及耗散能密度之间呈对数增长的关系，即分形维数增大的趋势变缓。

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