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2022年 第39卷 第1期    刊出日期：2022-01-15

上一期   

论文

新疆大型露天矿绿色安全高效开采存在问题及对策

杨天鸿, 孙东东, 胥孝川, 刘洪林, 解联库, 林天发

2022, 39(1):  1-12.  doi:10.13545 /j.cnki.jmse.2021.0071

摘要 ( 1711 )  

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新疆矿产资源丰富，但生态环境脆弱，随着开采规模不断增大，大型露天矿开采与生态环境保护之间的矛盾日益突出。通过收集整理相关资料，总结了新疆地区矿产资源赋存特征、大型露天矿分布情况及生态环境特征。揭示了新疆大型露天矿开采存在的问题，并分别针对处于规划设计阶段与生产运营阶段的两类矿山，提出各自相应的露天矿绿色安全高效开采思路，建立了全流程环节的理论框架及具体实施方案。分析总结了适用于新疆大型露天矿绿色安全高效开采的关键技术及有益效果，继而提出了“大型露天煤矿宜采用陡帮开采跟踪内排的绿色模式，大型露天金属矿宜采用露天-地下联合开采的绿色模式”的观点，并以乌拉根锌矿为例进行了工程案例分析。

巨厚煤层综放开采上覆临近采空区裂隙二次演化特征分析

赵鹏翔, 王超, 李树刚, 王绪友, 林海飞, 姜亦武, 李磊, 宁廷洲,

2022, 39(1):  13-24.  doi:10.13545 /j.cnki.jmse.2020.0439

摘要 ( 1707 )  

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为了研究巨厚煤层综放开采条件下覆岩裂隙演化规律及上覆临近采空区二次演化特征，实验以新疆某高瓦斯矿井(9-15)06 及(9-15)08 工作面为原型，利用自主研发的二维物理相似模拟实验台，开展巨厚煤层综放开采上覆临近采空区裂隙场二次演化实验，结果表明：( 9-15) 06 工作面采空区不规则冒落带距煤层底板 58.8 m，规则冒落带距煤层底板 84.12 m，上覆岩层裂隙网络分形维数随工作面持续推进表现为快速增长、稳定增长两个阶段；分层开采过程中，距(9-15)06 采空区 40 m范围内，(9-15)08 工作面底板应力集中系数急剧升高。 上覆临近采空区裂隙场受(9-15)08 工作面采动影响呈现明显的区域性，结合水平裂隙密度、离层量、下沉量等关键参数的二次演化规律将其划分为强滑移区、弱滑移区、未滑移区。 强滑移区纵向空间内上覆岩层变形破坏剧烈，而弱滑移区在纵向空间内上覆岩层变形破坏呈现“ 上弱下强” 的特征，上述研究结果为初步探索巨厚煤层综放开采理论与技术体系提供一定的基础。

赵固二₁煤样冲击倾向性与声发射特征的试验研究

冯志杰, 苏发强, 苏承东, 郭健卿

2022, 39(1):  25-36.  doi:10.13545 /j.cnki.jmse.2020.0384

摘要 ( 1733 )  

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煤矿冲击地压是煤矿灾害之一，煤岩体冲击倾向性指数是煤岩体的自然属性，利用 RMT-

150B伺服试验机对赵固二₁  煤样进行冲击倾向性指数则试，在加载过程同步进行声发射信号检则，分析煤样冲击倾向性指数、关联性及声发射特征。 试验结果表明：在煤样受载变形破坏过程中始终伴随着声发射事件，当载荷接近煤样峰值强度时宏观裂隙逐步形成，声发射活动异常活跃，声发射幅值、计数和能量均达到最大值，且超前于峰值强度 3 -17  s，声发射计数和能量累计曲线出现突变现象，可以作为判定煤样临近破坏前兆信息，与峰值前相比峰值后的声发射幅值、计数、能量有所降低。 煤样抗压强度与弹性模量、峰值前积蓄能量呈正相关性，与冲击能指数、动态破坏时间呈负相关，可以采用线性拟合来表征单轴抗压强度与弹性模量、峰值前积蓄能量的特征。 煤样抗压强度越高、弹性模量越大，积蓄弹性能越高，发生冲击地压的危陓强度也就越大。 对于煤层进行弹性能指数鉴定时，采用声发射同步检则煤样损伤演化过程，依据声发射突变信号作为卸载点更有利确定样弹性能指数。 赵固二₁  煤样单轴抗压强度为 53.0  MPa，弹性模量为 4.21  GPa，冲击能量指数 5.45，动态破坏时间为 708  ms，弹性能指数为 16.44，综合评定二₁  煤为( III  类） 强冲击类型煤层。

临地堑开采冲击地压发生机制及主控因素研究

曹安业, 刘耀琪, 蒋思齐, 胡阳, 彭雨杰

2022, 39(1):  36-44.  doi:10.13545 /j.cnki.jmse.2021.0214

摘要 ( 1585 )  

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为研究临地堑开采条件下冲击地压的致灾机制，采用数值模拟、理论推导剖析了临地堑开采与正常开采条件下应力、位移和能量场的异同，分析了“ 顶板－煤体－底板＂协同作用下能量释放机制，揭示了临地堑开采冲击地压发生机制，并比较分析了主控因素影响权重差异。研究结果表明：临地堑开采特殊的顶板结构阻碍工作面侧向支承压力向岩体深部转移，造成断层处应力集中，同时特殊的采场结构导致系统刚度降低，系统整体刚度低造成煤柱区易集聚弹性能，并且较正常条件回采，能量聚集程度更高，冲击危险性更大。 临地堑开采条件下的冲击地压冶理应从合理布置工作面和加强监测卸压两方面进行。 宜将采高控制在6 m以下，保护煤柱宽度大于50 m，回采期间加强监测，必要时采取深孔爆破等手段进行提前卸压。

硫磺沟煤矿巨厚强冲击煤层掘进工作面超前钻孔卸压失效机理研究

朱斯陶, 董续凯, 姜福兴, 王绪友, 张修峰, 刘心广, 姜亦武, 李磊, 宁廷洲

2022, 39(1):  45-53.  doi:10.13545 /j.cnki.jmse.2020.0475

摘要 ( 1763 )  

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针对巨厚煤层掘进工作面冲击地压防治中出现的大直径钻孔卸压失效现象，以新疆硫磺沟煤矿巨厚煤层掘进工作面频繁发生冲击地压事故为工程背景，采用理论分析、数值模拟等方法，研究了不同厚度煤层工作面掘进、卸压区域的应力分布状态，分别建立了工作面掘进、卸压区域煤岩体“ 挠曲－冲击”力学模型，揭示了巨厚煤层掘进工作面大直径钻孔卸压失效机理，得到以下结论：薄～特厚煤层和巨厚煤层中实施卸压钻孔形成的水平应力集中区分别位于稳定的顶底板岩层中和煤层中，卸压区域上方形成的煤、岩层梁结构均能保持稳定 巷道掘进导致顶板煤、岩层梁结构跨度急剧增大且产生掘进扰动和应力二次集中，理论计算结果表明，薄～特厚煤层顶板岩层梁结构在卸压和掘进期间均能保持稳定，而巨厚煤层顶板煤层梁结构会发生“挠曲－冲击”失稳，进而诱发掘进迎头频繁冲击。 据此提出了优化卸压钻孔布置方式的防治措施。

水体下特厚煤层综放开采导水裂隙带高度发育特征研究

李星亮, 黄庆享,

2022, 39(1):  54-61.  doi:10.13545 /j.cnki.jmse.2020.0442

摘要 ( 1669 )  

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以陈家沟煤矿 3203 工作面北消河下综放开采为研究对象，采用变形分析法和数值模拟相结合的方法对工作面开采导水裂隙带高度进行研究。 研究结果表明：3203 工作面采用综放开采导水裂隙带最大高度出现在开切眼侧，最大高度 124 m，裂采比为 11.7 导水裂隙带最终发育形态为一偏态的“ 马鞍形”。 工作面覆岩结构对导水裂隙带发育规律具有显著影响，导水裂隙带发育高度随着覆岩关键层的周期性破断而呈台阶状增长 当导水裂隙带高度发育到一定层位后，覆岩中一定厚度的软岩是抑制导水裂隙带继续向上发育的关键岩层（ 抑制层）。 根据覆岩结构特征，分区域判定导水裂隙带高度，更符合工程实际。 依据导水裂隙带高度预计结果对 3203 工作面原开采方案进行修正，提出开切眼和停采线 100 m范围顶煤全部放出方案，提高了资源回收率。

老采空区地表变电站场地稳定性的 D-InSAR监测

董建军, 李盺, 梅媛, 刘士乙

2022, 39(1):  62-71.  doi:10.13545 /j.cnki.jmse.2020.0472

摘要 ( 1431 )  

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 针对常规地基沉降监测方法存在的监测时段不连续、周期长、效率低、覆盖范围有限等问题，InSAR技术作为近年来发展的监测地表形变新技术，能够对研究区域进行全天候、实时、高效、大范围的监测。 以平顶山市某下伏老采空区变电站建设场地为研究对象，基于二轨法 D-InSAR技术，采用两景升轨 Sentine1-1A数据对该区域进行地表沉降监测及安全稳定性分析。 监测结果表明：研究区域地表整体存在微小沉降，沉降增量最大值 4.3  mm。 通过时间序列技术获取该地区2017 年 5 月-2020 年 12 月各时间段的累计形变，共累积沉降 16.5  mm。 监测精度可达毫米级。老采空区变电站场地地表近年来形变波动较小，趋于稳定，属于区域整体本底沉降，对变电站的安全建设和运营不构成危害。

基于深度视觉原理的工作面液压支架支撑高度与顶梁姿态角测量方法研究

任怀伟, 李帅帅, 赵国瑞, 张科学, 杜明, 周杰,

2022, 39(1):  72-81.  doi:10.13545 /j.cnki.jmse.2020.0587

摘要 ( 1365 )  

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 针对工作面液压支架姿态传统接触式测量方法存在的传感器数量多、故障率高、解算误差大、可视性差等问题，建立了一种基于支架运动机理的液压支架姿态视觉测量模型，提出了一种基于深度视觉原理的液压支架支撑高度与顶梁姿态角测量方法，并搭建了测量系统。 该测量方法通过在液压支架顶梁上布设 RGB-D相机，利用深度视觉技术获取液压支架底座彩色信息和深度信息并实现二者数据流的同步，通过 ORB算法和 FLANN算法实现底座特征点的快速提取与匹配，基于空间 3D-3D的 ICP模型估计相邻时刻相机位姿变化，结合液压支架姿态视觉测量模型设计姿态解算算法完成支撑高度和顶梁姿态角参数解算。 测量实验结果表明：该方法液压支架姿态参数解算速度快，稳定性好，实现了液压支架内部姿态的非接触实时性监测，同时该姿态解算算法可保证液压支架支撑高度测量绝对误差在 10  mm左右，顶梁姿态角测量绝对误差在 20以内，精度上能够满足井下液压支架姿态监测精度需求 此外，该方法减少了支架上传感器的数量，降低了安装与维修成本，为实现工作面综采设备运行位姿状态信息的精准感知与动态监测，以及智能化工作面的精准实时控制提供了技术支撑。

深部矩形底煤巷围岩破坏失稳全过程宏细观演化特征研究

靖洪文, 吴疆宇, 孟波, 尹乾, 赵振龙

2022, 39(1):  82-93.  doi:10.13545 /j.cnki.jmse.2021.0203

摘要 ( 1623 )  

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为研究深部矩形煤巷围岩破坏失稳全过程宏细观演化特征，以山东龙郓煤矿深部矩形底煤巷为背景，采用自主研制的深部地下工程结构失稳全过程模拟试验系统，从宏观尺度研究矩形底煤巷锚固围岩承载全过程的应力、变形和电磁辐射特征，获得锚杆支护和锚杆索支护模型的峰值强度比无支护模型分别增强了31.49%和45.56%，其峰值位移同样增长了76.00%和113.71%才破坏失稳的结论。在此基础上，通过颗粒流软件PFC2D建立锚杆索加固巷道围岩的“两介质-四界面”模型，并实现模型承载全过程不同位置测点的实时应力监测；从细观层面揭示不同支护方式下巷道围岩破坏失稳全过程内部的应力演化和裂纹发育规律，建立以锚固围岩的裂纹分布表征结构损伤程度的巷道失稳风险模型。结果表明裂纹分布分形维数在无支护和锚杆支护模型达到其峰值强度的30%和70%前即已达1.3以上，具有巷道失稳风险。而锚杆索支护模型在整个承载过程中的裂纹分布分形维数始终低于1.3，表明巷道是稳定的。巷道锚固围岩破坏失稳的根本原因是首先始于锚固端岩体围岩的力链断裂和内部应力跌落，并逐渐向深部岩体和表层围岩两个方向发展。为此，提出阻断力链断裂和内部应力跌落的深部底煤巷“强帮护顶”支护原则，为深部煤巷防治片帮冒顶提供了新思路。

软弱破碎煤岩体封注一体机理与新型封注装置设计

刘少伟, 马保平, 张英, 付孟雄, 贾连鑫, 彭博, 卢运海, 姜彦军

2022, 39(1):  94-106.  doi:10.13545 /j.cnki.jmse.2021.0096

摘要 ( 1428 )  

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 传统的封注装置及方法在软弱破碎煤岩体巷道的应用中存在操作繁琐、封孔效果差、注浆压力低等问题。设计一种新型封孔注浆装置，通过分析其封孔与注浆工作机理，分别建立新型封注装置及注浆孔受力力学模型，得到注浆压力及封孔长度的合理范围；采用理论分析与数值模拟相结合的方法，以封孔胶套受力、变形特征为主线，依据封孔胶套与孔壁接触特征，确定装置封孔段胶套几何尺寸与注浆孔径间的最佳匹配关系。结合工程实际，根据新型封注装置工作参数，模拟再现巷道帮部煤体注浆加固过程，揭示浆液流动规律及煤体应力、孔隙率变化规律，优化注浆孔孔深，形成一套较为具体的封孔注浆加固方案，在现场取得良好的应用，为类似条件下巷道围岩注浆加固提供了一定依据。

深厚冲积层冻结井筒可靠性的模糊随机灵敏度分析模型

姚亚锋, 程 桦, 林键, 季京晨, 张哲媚

2022, 39(1):  107-117.  doi:10.13545 /j.cnki.jmse.2021.0152

摘要 ( 1168 )  

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可靠性灵敏度分析对深部地下工程的施工安全至关重要。在模糊随机可靠性理论的基础上，将常规的灵敏度分析模型进行模糊随机优化，获得模糊随机可靠性灵敏度的均值和标准差的数值计算模型。根据深厚冲积层冻结井筒结构抗力和荷载的模糊随机分析，综合考虑各变量参数的不确定性，建立土层埋深、冻结温度、混凝土抗压强度、土体含水量、井筒厚径比、冻结壁厚度和配筋率对深厚冲积层钢筋混凝土井筒结构可靠性的模糊随机灵敏度分析模型。工程算例表明优化后的模糊随机灵敏度以模糊区间值表示各参数对钢筋混凝土冻结井筒整体结构可靠性的影响程度，比传统灵敏度的定值表征方式更具有工程合理性。此外，通过对比各参数的模糊随机灵敏度数值计算结果可知，影响深厚冲积层钢筋混凝土井筒可靠性的主要因素，按重要程度依次是土层埋深、冻结温度、混凝土抗压强度、土体含水量、井筒厚径比、冻结壁厚度和配筋率。同时，模糊随机灵敏度分析还具有正负符号特征，说明在实际工程中土层埋深、混凝土抗压强度、土体含水量、井筒厚径比和配筋率与井筒可靠性成同向变化关系，而冻结温度和冻结壁厚度与井筒可靠性则成反向变化关系。

浅埋极近距采空区下相向开采房柱采空区煤柱稳定性分析

黄庆享 , 王林涛 , 杜君武 , 贺雁鹏 , 杨占国 , 刘昭 , 申浩 , 岳元亮

2022, 39(1):  118-125.  doi:10.13545 /j.cnki.jmse.2020.0604

摘要 ( 1385 )  

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以海湾煤矿长壁采空区下 2206 长壁工作面与王才伙盘煤矿房柱采空区下 2201 长壁工作面相向安全开采为工程背景,采用 FLAC3D数值计算、物理模拟及理论分析相结合的方法,针对 7 m极近距离煤层开采上部房柱采空区煤柱稳定性进行研究。 结果表明:2201 工作面开采前,上部房柱区遗留煤柱平均载荷为 7.6 MPa,安全系数为 3.4,煤柱整体稳定。 下煤层两工作面相向开采至相距 30 m时,房柱采空区煤柱应力进入相向开采影响阶段,煤柱应力出现上升拐点；两工作面相向开采交错约 10 m时,煤柱集中应力达到最大,为 9.1 MPa；相向开采相互影响段两工作面同时推进的最大集中应力比单工作面推进高约 4.6%。 为避免 2201 工作面上部房柱采空区大范围失稳,在相互影响阶段（ 相距 30 m) 应采取 2201 工作面停采、2206 工作面推进的措施,房柱区煤柱安全系数为 2.96,煤柱安全稳定。研究结果得到开采验证,实现了安全开采。

水环境和非均匀地压联合作用下弱胶结软岩巷道围岩稳定性解析

赵增辉, 杨鹏, 张明忠, 吕显州, 陈绍杰,

2022, 39(1):  126-135.  doi:10.13545 /j.cnki.jmse.2020.0580

摘要 ( 1284 )  

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针对高湿环境下弱胶结软岩巷道围岩稳定性问题，建立水环境-非均匀地压联合作用下弱胶结围岩系统力学模型，基于弹性位移势理论和叠加原理，推演水环境和非均匀应力场共同作用下围岩弹性应力公式，然后基于极限平衡法获得塑性区边界的隐函数计算方法，最后详细分析湿度场、侧压系数对围岩主偏应力和塑性区范围的影响。 结果表明 高湿环境下，硐壁将不出现拉应力，但湿度会造成临空面切向应力急剧增大，若超过单轴强度极限，则会加剧围岩的破坏；湿度影响导致围岩临空面主偏应力增大，同时由临空面向围岩深处衰减速率增大，但越过湿度影响边界后，主偏应力发生突变，围岩将呈现塑-弹-塑的变形状态，巷道支护难度提高；若非均匀应力场下围岩塑性区呈蝶形分布，则高湿环境会使得蝶形尖端贯通；若围岩塑性区呈椭圆状分布，则在湿度影响边界出现新月状或环形狭长塑性区；高湿环境下，围岩塑性区内部会产生弹性核。 这些都将加剧围岩的失稳。

充填法开采井筒保安矿柱圈定及回采优化模拟研究

张超, 宋卫东, 付建新, 李杨, 康明超

2022, 39(1):  136-145.  doi:10.13545 /j.cnki.jmse.2021.0044

摘要 ( 1385 )  

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以充填法开采为研究背景，进行矿区安全开采深度的规律研究，并依据安全开采深度进行井筒保安矿柱的优化研究；采用3D Mine-Rhinoceros-FLAC3D耦合构建矿区精细化三维模型，进行保安矿柱优化模拟及稳定性分析。结果表明：矿体倾角与安全开采深度负相关，开采厚度与安全开采深度正相关，且安全开采深度随建(构)筑物保护等级的降低逐渐减小；依据安全开采深度进行保安矿柱优化可满足充填法开采井筒稳定性要求；矿体开采过程中产生的扰动范围可控制在采场周围10m范围内，破坏形式以剪切破坏为主，拉伸破坏次之，且随着开采步骤的增加均呈指数增长趋势；调整移动角进行井筒保安矿柱回采，矿体开采结束后回采保安矿柱移动角至79°可满足井筒稳定性要求，预计可回收保安矿柱内近70%矿量。

砂土中抗拔锚板基础承载力计算模型研究

张昕, 王学究, 刘汉东

2022, 39(1):  146-153.  doi:10.13545 /j.cnki.jmse.2021.0013

摘要 ( 1174 )  

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为了建立砂土中抗拔锚板基础承载力计算模型，采用数字图像关联技术（DIC）对锚板在不同密实度、不同埋深率下的变形场进行试验研究。试验结果表明，砂土的密实度、埋深率是锚板基础抗拔承载力的主要影响因素，浅埋锚板基础和深埋锚板基础存在不同的变形破坏机理，临界埋深率是与密实度有关的变量。在锚周土体变形场分析的基础上，建立浅埋和深埋锚板的抗拔承载力计算模型，利用极限平衡理论推导出由剪胀角、内摩擦角、埋深率等因素控制的承载力计算公式，理论计算公式与其他学者的锚板抗拔承载试验结果进行对比分析，验证了模型的有效性。为便于工程应用，基于该计算模型建立破坏系数与埋深率和相对密实度的关系图，为工程设计提供参考依据。

三轴条件下岩石临界状态围压的适用性研究

张晶, 任凤玉, 何荣兴, 欧阳治华, 刘欢

2022, 39(1):  154-162.  doi:10.13545 /j.cnki.jmse.2020.0416

摘要 ( 1246 )  

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国内大多数矿山已进入深部开采阶段，深部高围压对采矿工程影响较大，当围压足够大时，岩石便进入临界破坏状态，此时岩石的力学特征将发生较大变化。已提出的岩石临界状态围压σ_cr与单轴抗压强度σ_c存在一定数量关系，基于微观剪切试验提出的Mohr-Wedge（MW）准则，其包含的岩石临界状态围压σ_cr-M与σ_c无关，主要取决于岩样内部微裂隙的性质。为对比分析不同岩石临界状态围压的适用性，基于改进的Hoek-Brown（HB）准则，得到了包含岩石临界状态围压的I-HB准则表达式，以平均绝对误差MAE为评价指标，量化比较不同岩石临界状态围压条件下I-HB准则预测岩石强度的准确度。结果表明，σ_cr的取值因岩石类别而异，其与σ_c之间不一定存在数量关系；当围压小于σ_cr (应为单轴抗压强度σ_c？σ_cr不是围压自己吗？)时，不同岩石临界状态围压下I-HB准则均能较好地预测岩石强度；当围压大于σ_cr时，不同岩石临界状态围压下I-HB准则预测岩石强度的准确度相差较大，其中，基于微观剪切试验提出的σ_cr-M具有一定的适用性。

应力路径影响下高应力岩石力学特性颗粒流模拟

荣浩宇, 李桂臣, 梁东旭, 许嘉徽, 胡亚桥

2022, 39(1):  163-173.  doi:10.13545 /j.cnki.jmse.2021.0191

摘要 ( 1581 )  

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结合不同应力路径下岩石真三轴试验与PFC3D数值模拟，研究高应力岩体在不同加卸载路径下的变形破坏特征并探讨其细观机制。结果表明：真三轴压缩条件下，试件内部能量释放较缓慢，破坏形式有剪切破坏、劈裂破坏以及张拉-剪切复合破坏。真三轴卸荷条件下岩石脆性特征更加明显，试件内部能量释放迅速，破坏主要发生在卸荷面附近，破坏形式有劈裂破坏以及张拉-剪切复合破坏。真三轴卸荷条件下试件内微裂隙总数小于三轴压缩条件下，而声发射事件数峰值大于三轴压缩条件下，试件内声发射定位点分布更为集中。真三轴压缩条件下整体颗粒速度较小，黏结沿水平方向开裂。而卸荷条件下，越靠近卸荷面颗粒速度越大，整体颗粒速度大于三轴压缩条件下，内部微裂隙一般沿卸荷方向开裂。

导水断层破碎带注浆浆液扩散机制试验研究

董书宁, 柳昭星, 王皓, 刘其声, 朱明诚, 郭小铭, 朱博,

2022, 39(1):  174-183.  doi:10.13545 /j.cnki.jmse.2021.0307

摘要 ( 1512 )  

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煤层底板突水往往由于揭露导水断层破碎带而引起，但由于导水断层破碎带浆液扩散机制不清，致使在注浆过程中钻孔轨迹与断层倾向关系、浆液水灰比和注浆压力等重要参数选择盲目，注浆加固效果不佳。针对上述问题，研发设计变倾角可视化三维断层破碎带注浆模拟试验系统，该系统能够实现不同钻孔间距、注浆压力、静水压力、断层介质类型和倾角、浆液水灰比等因素影响的注浆试验模拟。基于该试验平台，开展了不同断层倾角、浆液水灰比和注浆压力的导水断层破碎带注浆模拟试验，结果得到：当注浆压力增大至一定值时开始出现浆液驱替承压水现象，出现驱替现象的注浆压力随着倾角的增加或浆液水灰比的减小而增大；当断层破碎带内部压力增加到一定程度后，驱替现象稳定，注浆压力与承压水达到平衡状态；利用水平孔在不同断层倾角、浆液水灰比和注浆压力条件下注浆时，浆液均先沿着破碎带孔隙通道运移到断层底部，在底部积聚到一定程度后呈现自下而上的不断驱替承压水的运移现象，而且浆液运移至断层底部的时间随着断层倾角的增加或浆液水灰比的减小而减小，驱替承压水运移的速度随着注浆压力的增加而增大。研究结果有助于导水断层破碎带注浆加固参数的选取。

多煤层压裂裂纹竟争起裂扩展特征分析

黄旭超

2022, 39(1):  184-191.  doi:10.13545 /j.cnki.jmse.2020.0536

摘要 ( 1532 )  

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针对多煤层压裂裂纹竞争起裂扩展特征认识不清的这一难题，采用真三轴水力压裂试验系统，分析了煤层强度比和厚度比对于联合压裂过程中裂纹的萌生和扩展的影响。结果表明：对于不同强度比的两个煤层，声发射定位信号首先在软煤层中被监测到，且主要分布在软煤层中，这表明裂纹优先在软煤层中扩展。切开试样后，分析示踪剂的分布也进一步证明了上述结论。对于不同厚度比的煤层，两个煤层之间同样存在裂纹扩展的竞争关系。较薄煤层的示踪剂面积大于较厚煤层的示踪剂面积，表明较薄煤层在裂纹竞争扩展中占据优势。因此，对于煤层强度比和厚度比差异不大的煤层群，推荐使用联合压裂技术，其具有“工程量少、一孔多用”优势。

潮湿煤体压缩破裂过程中红外辐射演化特征研究

唐一举, 刘静, 郝天轩, 李帆, 赵立桢

2022, 39(1):  192-199.  doi:10.13545 /j.cnki.jmse.2020.0560

摘要 ( 1503 )  

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为探寻水份对煤体破裂过程表面温度分布的影响，对不同含水率试样进行加载破裂试验，研究其表面红外辐射温度的演化特征，并以平均红外辐射温度AIRT、温度极差R、分形维数D、红外热像特征为参数进行分析研究。结果表明:干燥、潮湿试样表面平均红外辐射温度总体上均表现为随载荷增加呈下降趋势，但在临近破裂时出现了明显异常：干燥试样表现为升温前兆，潮湿试样为降温前兆；干燥试样温度极差R与载荷的变化呈负相关，表现为随载荷增加呈下降趋势，在变形进入破裂阶段,R曲线出现了局部跳跃突增点，而潮湿试样温度极差R与载荷的变化步调基本一致，具有良好的同步性；随着试样含水率的提高，分形维数N表现为下降趋势，平均红外辐射温度曲线的波动幅度也就越小，水份对煤体的红外辐射变化起到了抑制作用；潮湿试样在加载过程中热像出现了非均匀性变化，上部出现了条带状的辐射强度分异现象，热像特征变化相对平静，而干燥试样加载到破裂整个过程中，试件中部出现“O”型蓝色高温区域，热像特征变化明显。该研究为预测含孔隙、裂隙煤体特别是含水情况下变形破裂失稳提供了新内容。

干旱区露天煤矿复杂岩体爆破技术方案设计研究

陈亚军, 蔺海洋, 董法, 周立云, 白晓杰

2022, 39(1):  200-205.  doi:10.13545 /j.cnki.jmse.2021.0102

摘要 ( 1278 )  

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为了减小干旱区深凹露天煤矿在非均质复杂岩体赋存条件下深孔爆破所产生的岩体大块和爆堆不规整给采装、运输安全作业带来的影响及爆破飞石对采掘场内安全设施和设备带来的危害，提出了干旱区非均质复杂岩体爆破关键技术即：1）针对不同复杂岩体破裂面构成形态，优选具有实现多段位逐孔毫秒微差、多种起爆单元形式组合和炮孔连接线可变的V型斜线毫秒微差起爆网路；2）优选确定爆破参数和毫秒微差间隔时间，根据复杂岩体赋存状况，采用三角形布孔、小药包不耦合装药的大区多排孔深孔爆破和逐孔毫秒微差起爆；3）增加岩体内爆破侧向自由面，增强反射拉伸波在爆破侧向自由面处对后爆孔岩体的径向拉应力作用，从岩体构造与爆破作用之间的关系揭示干旱区非均质复杂岩体破岩机理；4）选用低爆力工业炸药孔内多点瞬发起爆，减少爆炸应力波对岩壁的过度破碎而增加爆生气体的爆破作用时间使爆破效能持续有效。爆破实验结果表明，采用优化的爆破设计方案和关键技术，能较好解决非均质复杂岩体爆破难题，使爆破作用更加有效，爆破能量分配更加均匀，爆堆更加规整便于采装和运输。

高强开采综放工作面瓦斯浓度空间分布规律研究

丁洋, 宜艳, 林海飞, 刘思博, 双海清, 魏宗勇,

2022, 39(1):  206-214.  doi:10.13545 /j.cnki.jmse.2020.0507

摘要 ( 1411 )  

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在高强开采综放工作面，瓦斯极易局部聚集和超限，制约着煤矿的安全生产。本文为研究综放工作面高强度开采时支架下方空间和上隅角的瓦斯分布特征，采用立体网格测点布置法测定瓦斯浓度。通过反距离插值法对数据进行处理，构建出高强开采综放工作面支架下空间瓦斯涌出影响区分界线理论模型，得到了该类型工作面瓦斯浓度分布规律。结果表明，沿着风流方向高强开采综放面瓦斯浓度梯度逐渐升高；沿着风流方向测量断面瓦斯浓度最低点由采空区侧逐渐向煤壁侧移动。测试工作面支架下空间划分为风流主导区和瓦斯涌出影响区，得到支架下空间的瓦斯浓度区域占比：风流主导区为37.46%，瓦斯涌出影响区占62.54%，其中煤壁瓦斯影响区为53.99%，采空区瓦斯影响区为8.55%。在空间高度上，靠近底板的水平测量层面的瓦斯低浓度区域明显要小于其他水平测量层面；上隅角瓦斯浓度最高点为0.56%，是支架下空间最高瓦斯浓度的3.73倍。由此提出采空区埋管抽采方案，上隅角瓦斯浓度降低至0.22%，瓦斯治理效果显著，保证了高强开采综放工作面的正常安全生产。