当期目录

2021年 第38卷 第5期    刊出日期：2021-09-15

上一期   

论文

大空间孤岛采场覆岩结构演化与区段煤柱合理宽度研究

涂敏, 林远东, 张向阳, 卜庆为, 党家鑫, 赵高明

2021, 38(5):  857-865.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2021.0195

摘要 ( 1676 )  

相关文章 | 计量指标

大空间孤岛采场覆岩结构演化与稳定对区段煤柱的稳定性至关重要，而区段煤柱的稳定性 与煤柱宽度有直接关联。为了提高区段煤柱稳定性和煤炭回收率，应用数理推导的方式研究大空 间孤岛采场覆岩结构演化与区段煤柱的变形和承载特性，基于区段煤柱的极限平衡导出煤柱的合 理宽度，确定影响区段煤柱合理宽度的系统内部参量；采用单因素分析法和函数增减性判别准则 研究系统内部参量对区段煤柱合理宽度的影响规律，并由此提出减小煤柱宽度以提高回采率的措 施。结果表明：大空间孤岛采场区段煤柱的合理宽度由煤层埋深、煤柱高度、工作面长度、煤柱 上方悬臂岩梁长度、煤层到关键层高度、应力集中程度、关键层悬顶距、煤柱内部弹塑性区交界 面的侧压系数及煤岩体交界面的摩擦系数等 9 个系统内部参量共同确定；区段煤柱的合理宽度随 着煤层埋深、煤柱高度、工作面长度、煤柱上方悬臂岩梁长度、煤层到关键层高度、应力集中程 度和煤柱内部弹塑性区交界面处侧压系数的增大而增大，随着关键层悬顶距和煤岩体交界面上摩 擦系数的增大而减小。基于系统内部参量对区段煤柱合理宽度的影响规律，提出控制大空间孤岛 采场工作面长度、爆破或水力切顶以改变覆岩结构、煤柱高强注浆和锚喷支护及提高煤岩体摩擦 系数等措施减小大空间孤岛采场区段煤柱宽度以达到提高回采率的目的。

冲击地压应力流思想及其控制理论初探

齐庆新, 李一哲, 李海涛, 赵善坤, 李云鹏, 赵阳, 魏向志

2021, 38(5):  866-875.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2021.0128

摘要 ( 1546 )  

相关文章 | 计量指标

采动应力在时间和空间上动态演化过程称为煤矿开采的应力流。为了研究煤矿应力流动特 征，分析矿区开采过程中的煤岩结构特征，理论求解缓倾斜单一煤层相邻工作面开采后的应力流 动方向和应力流发生的临界条件。基于义马矿区实际条件，建立 7 种地质因素和开采因素影响下 的邻面开采数值模型，研究不同因素下的应力流主控条件，得到相邻工作面布置原则及最优参数。 结果表明：多采场区域覆岩结构单元包括两近距离工作面范围内的采空区、中间煤柱和未垮落岩 层；缓倾斜单一煤层开采时，先采工作面开采后应力流向中间煤柱，后采工作面开采后应力流向 先采工作面或中间煤柱；义马矿区相邻工作面布置原则应满足：工作面优先布置在煤厚和巨厚砾 岩厚度较小的区域，增大邻面煤柱宽度，减小工作面的倾向长度，增大邻面的垂直错距，增大先 采面的先采长度，后采面朝着靠近先采面采空区方向回采。研究结果可为巨厚砾岩控制下的冲击 地压发生机理和防治提供理论基础。

深部大倾角厚煤层开采能量演化规律与冲击地压发生机理

薛成春, 曹安业, 郭文豪, 刘耀琪, 温颖远, 胡阳, 李许伟

2021, 38(5):  876-885.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2021.0142

摘要 ( 1614 )  

相关文章 | 计量指标

针对某矿大倾角厚煤层高应力区工作面开采期间强矿震事件频发的问题，采用理论分析、 数值模拟和现场实测方法对其开采能量演化规律、冲击地压机理开展研究。建立了倾斜悬顶结构 力学模型，理论分析了工作面顶板能量分布特征，确定了工作面下部端头、中上部为悬顶弯曲变 形能积聚程度高的 2 个重点区域；模拟结果表明，大倾角厚煤层顶板能量积聚于工作面下部端头、 中上部区域，底板能量积聚于工作面下部端头区，能量积聚区域呈明显不对称分布；受下层煤局 部缺失影响，大倾角厚煤层工作面围岩应力、能量峰值分别增高 12.7%，46.2%，能量积聚范围 扩大；基于大倾角厚煤层开采能量分布特征及诱冲机理，提出工作面冲击地压防治思路和重点区 域，制定了顶板定向深孔爆破释能降载防治方案，有效降低了倾斜悬顶应力、能量水平，避免了 大倾角厚煤层高应力区冲击地压的发生，可为类似条件下工作面冲击地压防治提供借鉴指导。

动静组合加载下急倾斜特厚煤层开采煤岩冲击破坏特征研究

王正义, 窦林名, 何江

2021, 38(5):  886-894.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2021.0129

摘要 ( 1476 )  

相关文章 | 计量指标

针对急倾斜特厚煤层开采冲击地压灾害，基于动静组合加载相似模拟试验研究了急倾斜特 厚煤层开采煤岩动力响应及其冲击破坏特征。结果表明：急倾斜煤层工作面顶底板两侧煤体受力 状态和冲击破坏均呈现非对称性，同一分段顶板侧煤体采动应力峰值、动力损伤程度和动态变形 均大于底板侧煤体，该冲击显现属于整体失稳型冲击地压类型，以顶板侧煤体动力破坏为主。煤 体中声发射事件最大幅值可作为煤岩冲击的表征量，具有对应冲击破坏的突变性和敏感性。冲击 发生时顶板侧煤体动态位移瞬时达到峰值且未有明显波动，其加速度在一次波动后便快速衰减， 位移、加速度特征参数以及煤岩声发射活动性参数均显著突增，揭示出急倾斜煤岩冲击的瞬时性 和较大破坏性。现场冲击现象验证了试验结果，并从降低冲击动静载力源的角度提出了防治对策。

冲击地压的三参量能量致冲准则及多场监测预警和动态防治技术

王桂峰, 刘阳, 曹安业, 窦林名, 巩思园, 蔡武, 袁晓园, 李庚

2021, 38(5):  895-901.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2021.0135

摘要 ( 1297 )  

相关文章 | 计量指标

针对目前冲击地压监测分析、预警能力不足，难以确定危险区域及其演变趋势，不能开展 针对性的卸压工程，导致冲击地压频繁发生实际问题。从能量角度研究冲击地压产生机制，提出 冲击地压的三参量能量致冲准则，分析能量场和应力场耦合监测预警原理，建立基于多场耦合监 测的危险性评价和防冲技术，开展采掘过程中动态监测和调控防冲实践，进行了效果验证。研究 表明：冲击地压发生的累积不稳定能量 E、压制能力 RE、启动扰动强度 DI 等 3 个参量相互联系、 协调作用而诱发冲击地压，累积足够的不稳定能量 E 是冲击孕育的首要条件。应力场 CT 反演和 能量场密度空间解析技术的结合，可以有效识别不稳定能量 E 的积聚过程，共同形成冲击地压危 险区域精准识别关键技术，进而可以根据危险区域识别结果实施针对性卸压、解危措施，阻断不 稳定能量 E 的积聚过程，防止其超过临界值 E0。工程应用表明，冲击地压的多场耦合监测预警与 动态防治技术的应用，有效避免了监测与治理的盲目性，取得了很好的防冲效果，为探索冲击地 压内在机制及其预警理论和方法提供了新思路、新方法。

壁式连采连充保水采煤技术及实践

马立强, 王烁康, 余伊河, 都海龙

2021, 38(5):  902-910.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2021.0160

摘要 ( 1189 )  

相关文章 | 计量指标

针对极薄阻隔层条件下保水采煤难题，提出一种壁式布置、负压通风和全采充填的连采连 充保水采煤技术。该技术将壁式体系采煤法和房式连续快速采煤法相融合，建立了“多支巷布置、 采充并行”的开采模式，将充填材料密实充入始终受到保护的采场支巷约束空间内，在能满足保 护浅表生态水资源或维持含水层稳定性的同时，高效采出极薄阻隔层条件下的煤炭资源。开采块 段按正常壁式采煤工作面布置回采巷道，设置 2 个及以上安全出口，并形成负压通风系统。按照 旺格维利式布置采场支巷，对采场支巷进行多阶段间隔开采，块段内始终保持一条或多条采场支 巷采煤与充填同时作业的高效开采模式，直至开采并充填完毕所有采场支巷。为了提高采煤效率， 研发了高强度、大排距和低成本的大断面采场支巷快速支护技术，研制了以工业固体废渣为基础 的多元化高水膨胀充填材料，发明了内置排气管的受约束空间内充填材料主动密实接顶技术，并 结合快速采煤与连续运输技术，形成了“采装运支充”一体化高效采煤工艺及作业线。建立了基 于壁式连采连充的覆岩变形结构力学模型，得出了包括隔水层在内的采场上覆各岩层变形计算公 式，确定了能够保证安全开采的采场支巷最大空巷数目、最大滞后充填距离等关键开采参数。研 究成果在煤矿现场进行了工业性试验，实现了极薄阻隔层条件下水资源保护性采煤。

极近距离煤层下位厚煤层综放煤矸放落流动规律及放煤工艺参数确定

张宁波, 刘长友, 陈宝宝, 朱传奇, 周劲锋

2021, 38(5):  911-918.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2021.0174

摘要 ( 1142 )  

相关文章 | 计量指标

在上薄下厚极近距离煤层联合开采条件下，上位薄煤层开采对两煤层间岩层造成不同程度 的破坏，同时其直接顶和老顶垮冒后成为破碎介质和块裂介质，因而下位厚煤层综放开采顶煤顶 板为破坏程度不同、破断块度大小不一的不同介质属性岩层，将对顶煤的放落回收产生很大影响。 因此，采用二维离散元 PFC 数值模拟软件对极近距离煤层联合开采在不同破断块度条件下的顶煤 放出过程及煤矸流动规律进行了模拟分析。研究表明，下位煤层的顶板块度与顶煤块度差异较大 时，放煤过程中易出现窜矸等现象，导致顶煤回收率较低；优化确定了放煤工艺为一刀一放上行 顺序放煤。研究成果在现场进行了应用，实测分析了放煤工艺及回收率，取得了良好的技术效果。

急倾斜特厚煤层水平分层大采高充填膏体与 煤体协调承载特性研究

常庆粮, 冷强, 袁崇亮, 周华强, 张彪

2021, 38(5):  919-928.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2020.0364

摘要 ( 1275 )  

相关文章 | 计量指标

为了研究窑街三矿特厚急倾斜煤层水平分层膏体充填工作面煤壁的稳定性，首先基于压杆 稳定力学模型，给出最大临界力 Fct 计算公式，进一步导出临界应力 σct 与分层高度的关系曲线， 并给出了挠曲方程计算公式；其次建立 FLAC3D 数值计算模型，通过垮落法与充填法对比分析工 作面前方煤壁的支撑压力、煤壁塑性区范围以及水平位移量与推进距离的关系；最后模拟分析了 随着采充平行作业的推进，不同分层高度与工作面煤壁前方的支撑压力、煤壁塑性区范围以及水 平位移量的关系。结果表明，当分层高度为 4，5，6 m 时，煤壁分别在距离底板 3.12，3.9，4.46 m 位置处挠曲最大，煤壁最大位移量分别为 19，24，27 mm，且煤壁发生失稳片帮的临界应力分 别为 6.6，4.4，2.6 MPa，根据窑街具体情况，当分层高度为 5 m，膏体充填工作面前方煤壁的最 大支撑应力为 3 MPa，未超过临界应力，即便煤壁向采空区最大移动 24 mm 也不会在工作面推进 过程中发生煤壁片帮，且理论分析与数值计算结果基本一致，对窑街三矿特厚急倾斜煤层水平分 层膏体充填开采具有借鉴意义。

注浆对深部井巷交错区支护结构稳定性影响研究

纪洪广, 权道路, 苏晓波, 付桢, 陈东升, 魏玉海

2021, 38(5):  929-936.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2020.0522

摘要 ( 1215 )  

相关文章 | 计量指标

深竖井井筒连接硐室群围岩稳定性差，工作面预注浆使其支护结构受力愈加复杂。通过测 力锚杆、振弦式混凝土应变计对皮带道平巷预注浆期间马头门支护结构及与马头门相连的井壁进 行应力、应变现场监测，获得垂深达 1 418.1 m 的新城金矿新主井深部井巷交错地带支护结构在 预注浆条件下的受力、变形发展规律，并对注浆期间支护结构的稳定性进行分析。测力锚杆监测 结果显示，深部地层皮带道平巷注浆期间，马头门支护结构受力处在波动状态，与马头门相连的 井壁受力可分为 3 个阶段：稳定阶段、波动阶段和再稳定阶段。应变监测结果显示，支护结构交 错连接处在注浆期间呈现拉剪破坏趋势，此位置是注浆期间的“薄弱环节”。值得注意的是，注 浆使得混凝土支护结构受力不均，局部产生较大的拉应力；马头门支护结构 3 号测点最大拉应力 为 4.2 MPa，支护结构交错连接处(4 号测点)最大拉应力为 8 MPa，建议采用掺入仿钢纤维的 C40 混凝土以满足注浆期间井壁支护需求。无论是马头门，还是与马头门相连的井壁，都出现了受力 “陡增”现象，2 个注浆孔同时注浆是井壁受力“陡增”的主要原因。监测分析成果可为类似条 件下的井筒支护设计优化提供参考，指导深竖井井筒施工。

极软煤层动压巷道围岩大变形特征及全锚索支护技术研究

孙利辉, 张海洋, 张小建, 穆彦鹏, 王坤, 杨贤达, 杨本生, 蓝成仁

2021, 38(5):  937-945.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2021.0123

摘要 ( 1211 )  

相关文章 | 计量指标

极软煤层回采巷道巷帮变形破坏严重，传统锚网索支护无法有效控制巷道稳定，常常出现 前掘后修的问题。以郭二庄矿 22311 工作面回风巷煤帮强烈变形问题为背景，分析极软煤体物理 力学特征及破碎机理，研究巷道煤帮强烈大变形规律，提出巷道短锚索支护+长锚索补强的全锚 索加固技术。结果表明：煤体表观上结构致密，实则其内部孔隙由大量的黏土矿物填充，致使煤 体极易发生崩解破坏，煤体原始强度及开采扰动后残余强度均较低；煤样在外载荷作用下内部会 形成竖向贯通性 X 型裂隙，巷帮煤体在该裂隙扩展中形成由外向内的渐进性滑移破坏线，导致巷 帮部分锚杆失效、锚索破断；巷道全锚索支护较原锚杆支护围岩支护强度提高了 1.67 倍，煤体承 载能力得到了加强，锚固结构控制围岩范围增大了近 1 倍，抑制了围岩滑移破坏。现场试验表明： 巷道围岩变形满足正常使用要求，锚索受力在合理载荷范围内。全锚索支护技术是极软弱煤岩体 巷道支护的重要方法之一。

大倾角破碎煤层巷道冲击破坏特征与支护方法

潘俊锋, 刘少虹, 夏永学, 高家明

2021, 38(5):  946-953.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2021.0167

摘要 ( 1186 )  

相关文章 | 计量指标

大倾角煤层巷道冲击地压破坏表现出非对称特征，支护控制方法也特殊。以古山煤矿为工 程背景，揭示锚杆锚固体脱落及巷道围岩非对称破坏的原理，提出全断面锚索、网、喷联合非对 称支护方法，并进行现场试验。结果表明：随着巷道围岩塑性区域的发育以及外露破碎煤体风化 等作用，锚杆轴力衰减严重，锚固体近似处于零压力区，在冲击载荷作用下整体脱落；巷道两帮 存在较大的垂直应力，顶底板存在较高的水平应力，在煤层倾角参与作用下，巷道结构出现大致 垂直于煤层倾斜方向的主作用力，导致与煤层倾角垂直方向，巷道一侧肩窝和对应的底角变形剧 烈；基于巷道破坏原理，提出以帮锚索取代帮锚杆，并进行锚网支护煤体喷浆，解决锚杆轴力降 低、锚固体整体脱落问题；针对巷道结构主作用力方向进行非对称加强支护，以控制肩部与底角 围岩剧烈对称破坏。工程试验表明，该方法不仅提高了巷道围岩抵抗冲击地压破坏的能力，而且 大大减小了巷道围岩变形量。

深部软弱地层大断面箕斗装载硐室稳定监控分析

孟庆彬, 王杰, 韩立军, 周金生, 任利, 蔚立元, 董叶茂

2021, 38(5):  954-962.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2020.0072

摘要 ( 1089 )  

相关文章 | 计量指标

主井箕斗装载硐室处于矿井的咽喉部位，设计断面大、受力复杂、服务于矿井全周期，箕 斗装载硐室是否稳定直接影响着整个煤矿的生产运营。采用 ANSYS 建立箕斗装载硐室的三维地 质力学模型，基于 FLAC3D 模拟分析开挖与支护条件下箕斗装载硐室围岩位移场和塑性区的演化 规律，确定锚杆(索)合理的间排距。基于新奥法思想，采用锚杆(索)测力计、压力盒和钢筋计等传 感器对深部特大型箕斗装载硐室支护结构的受力状态进行动态监测，初步揭示锚杆(索)轴力、围 岩压力(初期支护与二衬间的接触应力)、二衬钢筋受力随时间的演化规律，分析支护结构的工作 状态和发展规律，评价现有支护技术方案的支护效果，为进一步优化支护设计奠定基础。监测结 果表明，支护结构的受力数值均在安全范围内，尤其是钢筋混凝土衬砌结构的受力状态良好，结 构安全可靠，起到了安全承载储备作用；所采用的“锚网索喷初次支护+钢筋混凝土衬砌二次支 护”联合支护技术方案，保证了深埋大断面硐室的稳定及使用安全。

冲击危险巷道底板开槽卸压参数研究

何江, 曹立厅, 吴江湖, 王兵生

2021, 38(5):  963-971.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2020.0266

摘要 ( 1128 )  

相关文章 | 计量指标

针对底板型冲击地压防治，切槽机具的成功实践使得底板开槽卸压具有潜在应用价值，但 目前对其防冲机理及参数研究尚不深入。本文基于弹性力学板壳理论与动静载叠加诱冲原理，研 究揭示了巷道底板型冲击地压机理并得出了底板冲击破坏临界判别式。基于理论分析与数值模 拟，提出了将底板应力梯度、弹性能积聚程度及巷道位移量作为防冲效果评价指标用于评价开槽 位置的优劣，并将以上 3 个指标与锚杆(索)锚固深度结合作为开槽深度的判别指标。根据模拟研 究，帮角开槽且开槽深度为巷道宽度的 60%时，应力梯度减小幅度最大、卸压防冲效果较好、开 槽经济，结合锚杆(索)支护质量得到底板开槽防冲卸压优化方案：帮角处开槽，开槽深度为巷宽 的 40%。研究结果通过现场矿压现象得到了印证。

基于 Kelvin 损伤模型的侏罗系地层冻结压力理论解

曹广勇, 程桦, 荣传新

2021, 38(5):  972-978.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2018.0633

摘要 ( 935 )  

相关文章 | 计量指标

基于黏弹塑性理论和侏罗系冻结岩石表征为不稳定蠕变的试验结果，将冻结壁视为理想的 黏弹塑性体，引进 Kachnov 损伤理论，建立侏罗系冻结岩石广义 Kelvin 弹塑性损伤模型。依据模 型，在分析冻结壁与井壁及外围岩体共同作用的基础上，推导出侏罗系地层冻结壁塑性区半径和 冻结压力 p1 隐式表达，揭示作用于井壁上的冻结压力分布规律。将冻结岩石蠕变试验曲线拟合参 数代入理论公式计算出冻结压力，并与现场实测结果进行对比，验证所提出的理论公式合理性， 其对今后侏罗系地层冻结壁和井壁结构设计具有理论指导意义。

基于数字图像相关方法的层状板岩Ⅰ型断裂特性研究

李二强, 冯吉利, 朱天宇, 张龙飞, 张洪昌

2021, 38(5):  979-987.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2020.0375

摘要 ( 1103 )  

相关文章 | 计量指标

横观各向同性层状岩体的Ⅰ型张拉断裂破坏作为岩土工程常见问题受到广泛关注，对其开 展研究具有重要的科学意义。本文以岷县木寨岭隧道炭质板岩为研究对象，利用 CCD 高速相机 搭建观测系统来开展不同层理状态下直缝半圆盘三点弯(SCB)试验，通过数字图像相关方法分析 炭质板岩裂纹扩展表面位移场演化特征和断裂过程区，研究结果表明：炭质板岩试样在韧带仅为 宽度 0.4 mm 的人工直缝尖端应力集中程度高，起裂易发生，导致相应峰值破坏载荷均较小，且 断裂破坏呈显著脆性；炭质板岩层理对其张拉断裂特性显著影响，典型层理如 ME，MD，MA 型 试样断裂韧度依次为 0.195，0.097，0.168 MPa· m ；通过数字方法揭示了试样裂纹起裂及断裂演 化的拓展过程，断裂扩展路径受层理影响有显著差异；基于缝端口张开位移和缝尖表面位移场关 系，提出了计算断裂过程区长度的简化方法，对比理论解结果较为接近，具有科学、合理性。

深部矿井掘进工作面煤体突出危险电位反演精细判识

钮月, 王恩元, 高峰, 李忠辉, 张昕

2021, 38(5):  988-996.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2021.0134

摘要 ( 1034 )  

相关文章 | 计量指标

深部煤炭开采条件下，煤与瓦斯等动力灾害更加严峻及复杂，对突出危险潜在区域进行精 细判识，是监测预警深部煤与瓦斯突出灾害的基础和前提。常规预测手段无法在空间分布上对突 出危险区域进行连续、精细监测。基于此，现场测试研究煤体掘进过程电位响应特征，根据双边 电位反演模型提出掘进工作面前方煤体突出危险精细判识方法，并进行应用与验证。煤体掘进过 程中电位信号与采动应力的变化基本一致，符合经典应力分布规律。电位信号在工作面发生大能 量煤炮时处于高值水平且波动剧烈，表明电位响应能够反映煤体采动过程的受载破坏状态。构建 双边电位反演成像模型，提出掘进工作面前方煤体(10 m 内)突出危险判识方法。基于模糊数学统 计结果确定电位反演临界值，对反演区域内的突出危险区域及危险程度进行区域划分与定量识 别。结合钻孔瓦斯参数等常规指标对电位判识结果进行验证，统计表明电位反演云图中黄色危险 区域对突出危险点的判识成功率为 100%，红色危险区域的判识准确率为 62.5%。电位反演方法 能够精细判识掘进工作面前方煤体突出危险区域及危险程度，为深部煤岩动力灾害的监测与防控 提供了新的研究思路和应用手段。

相邻露天煤矿边帮煤开采内排留沟高度优化

马力, 刘晨东, 罗强, 许晨, 刘宇, 来兴平, 薛飞, 张建国, 赵晓辰

2021, 38(5):  997-1004.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2020.0428

摘要 ( 1208 )  

相关文章 | 计量指标

为了提高相邻露天煤矿边帮煤开采经济效益，以相邻露天煤矿间边帮形态及压覆边帮煤特 点为基础，推导出边帮煤开采剥采比与边帮煤开采宽度的分段函数表达式，确定了边帮煤开采剥 采比呈先线性降低、再缓慢降低后增大、后急剧增大 3 个阶段。综合考虑边帮煤开采对相邻露天 煤矿间的影响，以剥离费用、采煤成本、两矿运距增加费用、边帮煤销售收入、留沟部分增加的 转排费用及留沟部分减少的二次剥离费用为指标，推导了基于边帮煤开采综合经济效益最大的单 环内排留沟高度优化模型。提出留沟内排搭桥运输方法，并考虑留沟内排搭桥对端帮运输系统的 影响及桥体二次剥离成本增加，修正得到了内排搭桥条件下留沟高度和内排搭桥移设步距优化模 型。以黑岱沟和哈尔乌素露天煤矿相邻边帮煤开采为例，结果表明：留沟高度随采深的增大而增 大、随坑底宽度的增大而逐渐降低，单环内排模式下的留沟高度随采深及坑底宽度变化的趋势较 大，而内排搭桥条件下的留沟高度变化趋势相对较小。单环内排条件下留沟高度为 85.56 m，内 排搭桥条件下留沟高度为 77.52 m，内排桥移设步距为 377.7 m。

脆性孔洞煤样承载过程破坏模式及能量阶段蓄积释放规律分析

来兴平, 方贤威, 单鹏飞, 崔峰, 陈建强, 张帅, 刘旭东

2021, 38(5):  1005-1014.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2021.0136

摘要 ( 1391 )  

相关文章 | 计量指标

能量蓄积和释放是煤岩变形破坏的本质属性，含孔煤岩破坏模式及能量蓄积释放规律的认 识对裂纹发育演化、巷道硐室围岩稳定性以及动力学灾害防控至关重要。为了得到脆性孔洞煤样 承载过程破坏模式及能量阶段蓄积释放规律，通过开展单轴压缩试验，运用高速摄像机和声发射 监测系统分别对承载煤样的破坏过程及内部损伤演化信息进行监测，并对煤样力学特性、破坏模 式以及能量蓄积释放规律等进行分析。研究结果表明：含孔煤样脆性发生降低，单轴抗压强度和 弹性模量等力学参数均发生了劣化，平均峰值应变却有所增加。完整和含孔煤样均为典型的拉伸 破坏模式，含孔煤样裂纹发育和破坏形式更加复杂。完整和含孔煤样在初始压密阶段、弹性阶段、 稳定破坏阶段、非稳定破坏阶段及峰后破坏阶段的能量演化规律大致相同，但完整煤样峰值破坏 瞬间各项能量均高于含孔煤样，完整煤样弹性阶段蓄能时间持续较长，非稳定破坏阶段释能时间 持续较短，含孔煤样刚好相反。孔作为初始缺陷不仅对煤样强度具有劣化作用而且改变了煤样蓄 能和释能的持续时间，降低了弹性能的积聚和释放速率，降低了峰值破坏时的剧烈程度。孔的存 在也改变了煤样峰后力学特性，降低了其脆性，提高了煤样平均残余强度，延长了峰后破坏时间， 降低了平均峰后割线模量。这为钻孔卸压防治动力灾害提供了科学依据。

不同高温循环作用后砂岩动力特性试验研究

平琦, 张传亮, 孙虹键

2021, 38(5):  1015-1024.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2021.0139

摘要 ( 1248 )  

相关文章 | 计量指标

煤炭地下气化过程中围岩将经历高温作用，且爆破等扰动荷载进一步加剧了深部工程灾害 的频发可能和预测难度。为研究温度效应对高温循环作用后岩石动力特性的影响规律，对常温 (25 ℃)和经历 200~1 000 ℃高温循环作用后的砂岩试件进行基本物理参数测试，利用 SHPB 试验 装置开展冲击压缩试验，并借助高速摄像机观察试件变形破坏过程。结果表明：常温砂岩为灰白 色，随循环作用温度升高颜色逐渐变为青灰色；不同高温循环作用后试件质量、密度和纵波波速 等变化率均与循环作用次数呈二次函数关系。随循环作用温度升高，试件动抗压强度、动弹性模 量呈二次函数关系降低，动应变呈线性关系增大，且动抗压强度和动应变均在 400 ℃前后变化幅 度有所不同。试件变形破坏主要是沿加载方向率先萌生裂纹，周边碎块逐渐脱落飞出，呈剥落式 破坏模式；试件受冲击荷载作用的破碎程度随循环温度升高而加剧，碎块平均粒径与循环作用温 度呈二次函数关系减小趋势。

不同加载方式下含预制裂隙岩石力学特性及破坏规律试验研究

李地元, 万千荣, 朱泉企, 胡楚维

2021, 38(5):  1025-1035.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2021.0187

摘要 ( 1238 )  

相关文章 | 计量指标

为探究不同加载方式下含裂隙岩石的力学特性和破坏规律，加工制备了 5 组裂隙角度的圆 柱形花岗岩试样，采用万能材料试验机和改进的 SHPB 装置，分别进行了静态单轴压缩试验、常 规冲击试验和动静组合加载试验，并借助三维数字图像相关技术(3D-DIC)记录分析了试样的变形 破裂过程。试验结果表明，各加载方式下含裂隙试样的强度、峰值应变和弹性模量均随裂隙角度 的增大而增大。试样的单位体积吸收能和能量吸收率均随裂隙角度的增大呈先上升后下降的趋 势，但同一裂隙角度试样在常规冲击条件下其值总要大于动静组合加载。裂隙角度和加载方式均 会对含裂隙试样的裂纹扩展特征与破坏模式产生影响。

不同加载速率对石灰岩巴西劈裂特性的影响

王成, 王春, 苏承东, 熊祖强

2021, 38(5):  1036-1044.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2020.0486

摘要 ( 1543 )  

相关文章 | 计量指标

利用 RMT-150B 岩石力学试验系统进行了 6 种加载速率下石灰岩圆盘试样的巴西劈裂试 验，分析了圆盘试样劈裂破坏过程中的变形、强度、能量和破坏特征与加载速率的关系。试验表 明：整个加载劈裂过程中压应力-压应变曲线大致可分为压密、弹性和破坏 3 个阶段，拉应力-拉 应变曲线大致可分为弹性和破坏 2 个阶段，峰值前拉应力-拉应变始终保持良好的线性关系，平均 峰值压应变、拉应变与加载速率没有明显关系。加载速率对试样劈裂强度、劈裂能率的影响大致 相同：加载速率(0.005~0.5 kN/s)较低时，劈裂强度、劈裂能率随加载速率增加较为缓慢；加载速 率(4.78~58.8 kN/s)较高时，劈裂强度、劈裂能率随加载速率增加较快，采用对数函数能够表征三 者的关系，且劈裂强度与劈裂能率呈正相关，加载速率为 0.005~58.8 kN/s 范围内大多数圆盘试样 劈裂成对称半圆，劈裂破口面宏观特征与加载速率关系不明显。

不同尺寸含裂缝岩样动态破坏特征的实验研究

张盛, 喻炳鑫, 王峰, 马强, 安定超, 张旭龙

2021, 38(5):  1045-1054.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2021.0131

摘要 ( 1172 )  

相关文章 | 计量指标

为研究不同尺寸含预制裂缝岩样遭受动态冲击过程中的变形和破坏特征，采用直径分别为 50，100，150，200 mm 的中心直裂缝巴西圆盘(CSTBD)试件，在压杆直径 100 mm 的 SHPB 系统 上对试件进行相同速度下的径向动态冲击实验，结合应变片和数字图像相关监测系统(DIC)对圆盘 2 个平面的应变和位移的变化进行了监测，分析了加载过程中压杆上的波形、圆盘试件两端的应 变、裂纹的起裂时间和圆盘表面的位移场等。研究表明：加载过程中试件两端的变形存在差异， 预制裂缝前后裂尖起裂时间不一致，且这些差异随着圆盘直径的增大而增大；尺寸较小的试样更 容易实现应力平衡，试件尺寸越大，应力平衡性越差。试件的破坏主要由拉应变引起，且预制裂 缝的裂尖先于试件端部起裂，试件起裂之前的孕育时间、主裂纹的扩展时间与试件尺寸正相关。

不同含水率下矸石胶结充填体蠕变特性试验研究

刘鼎, 许军策, 浦海

2021, 38(5):  1055-1062.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2021.0247

摘要 ( 996 )  

相关文章 | 计量指标

地下矸石胶结充填对西部矿区水资源及生态环境的保护起着至关重要作用。为探究地下水 长期浸润作用对矸石胶结充填体蠕变力学特性的影响，采用三轴分级加载蠕变试验，分析了含水 率变化对矸石胶结充填体蠕变特性及长期强度的影响规律，建立了描述其蠕变全过程的分数阶本 构模型，并利用 T-R 法反演辨识获得了分数阶蠕变模型相关参数。结果表明：随着试样含水率的 增加，矸石胶结充填体的蠕变变形与瞬时变形呈增大趋势，而蠕变历经时长和破坏应力均逐渐减 小；通过改进的稳态蠕变率拐点法分析表明，胶结充填体的长期强度与含水率呈线性负相关，当 充填体由干燥至饱和时，其长期强度下降了约 13%。基于蠕变试验，模型理论结果与试验结果吻 合良好，能够描述矸石胶结充填体蠕变变形的全过程。

不同水饱和度充填体力学性能及损伤机制研究

李召峰, 张晨, 张健, 金青, 王衍升, 闫娜

2021, 38(5):  1063-1070.  doi:10.13545/j.cnki.jmse.2020.0383

摘要 ( 1112 )  

相关文章 | 计量指标

注浆充填被广泛应用于提升岩溶区溶洞的工程稳定性，充填体力学性能直接影响工程建设 及服役安全性。采用单轴抗压强度试验机、压汞仪和扫描电镜针对不同含水饱和度石灰石尾矿基 充填体的力学特性和损伤机制进行了系统研究。结果表明：随着饱和度增加，充填体抗压强度先 提高后减小，饱和度为 75%时，抗压强度最优，养护龄期为 28 d 时抗压强度可达 6.8 MPa。微观 分析可知，充填体水化产物为无定形凝胶(C-S-H 凝胶、N-C-S-A-H 凝胶)、钙矾石和未反应的石 灰石尾矿颗粒，含水饱和度为 75%时，内部结构最致密。基于充填体的应力-应变关系，描述了 单轴压缩条件下不同饱和度充填体的变形过程，随着饱和度的增加，充填体破坏模式由剪切破坏 转变为拉伸破坏。因此，建立了不同饱和度充填体的损伤本构模型，为岩溶充填工程的设计及服 役性能评判提供可靠依据。