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采矿与岩层控制工程学报

期刊英文名:Journal of Mining and Strata Control Engineering

  《采矿与岩层控制工程学报》由康红普院士担任主编,国家煤矿安全监察局主管,煤炭科学研究总院主办,天地科技股份有限公司开采设计事业部(煤炭科学研究总院开采研究分院)承办,更名自《煤矿开采》,创刊于1991年。
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  • 采矿与岩层控制工程学
    采矿与岩层控制工程学
  • 作者(Author):侯恩科谢晓深徐友宁魏启明刘江斌张仲杰
    关键词(KeyWords):缓倾斜煤层地表裂缝发育特征宽度预测

    摘要:采煤诱发的地裂缝是煤矿区最为常见的一种土地破坏形式,也是矿区土地复垦、生态环境修复所直面的一种灾害类型。准确掌握其发育规律、特征并对其进行预测是采煤沉陷治理的基础。以羊场湾煤矿为研究区,采用无人机航拍、野外调查和理论分析的方法对地表裂缝发育规律、特征及其与采矿地质条件的关系进行了归纳分析。结果表明:裂缝发育程度会随着开采深度的增加逐渐减弱,当开采深度大于350 m时平行开切眼裂缝几乎不再发育,平行巷道裂缝则以“环带”的形式发育;当开采深度大于550 m时,裂缝发育特征不再明显。地表裂缝发育范围可以简化为2个半椭圆和1个矩形的组合形状,并能通过地表移动变形参数和煤层埋深计算出地表裂缝发育范围。地表裂缝最大发育宽度随着采深采厚比的增加呈负指数形态减小。经拟合处理,得到了地表裂缝最大发育宽度预测公式。
  • 作者(Author):付翔王然风
    关键词(KeyWords):液压支架乳化液泵稳压供液自适应控制协同优化

    摘要:液压支架跟机与乳化液泵供液系统协同控制是工作面综采设备智能化的重要体现,根据液压支架群组跟机时顺序动作对乳化液泵供液流量的多变性和时效性要求,设计了工作面供液系统与液压支架协同自适应控制模型。以适应液压支架动作的稳压供液原理为研究思路,根据多泵+变频供液系统的流量调节特点,提出了交叠关系的供液与液压支架协同动作控制逻辑。基于机制主义人工智能理论和多响应优化满意度函数法,设计供液系统与液压支架的协同自适应控制模型及其智能生成机制。应用Matlab与AMESim联合仿真进行验证,取得了预期效果。
  • 作者(Author):任艳芳
    关键词(KeyWords):有效支护能力支架适应性有效初撑力有效让压能力

    摘要:液压支架适应性分析是评价液压支架设计选型和现场生产管理操作是否科学合理的重要研究内容,目前现场人员在分析与评价支架适应性的问题时考虑现场生产操作管理因素较少,导致对支架支护能力认识存在一定不足。基于多起现场切顶压架事故调查研究成果,提出评价液压支架适应性的有效支护能力概念及相应的分析与定性评价方法,提出支架有效支护能力评价涵盖的支架有效支护强度、有效初撑力和有效让压能力等3项子指标的计算方法及评判标准,并以神东榆家梁煤矿44305工作面支架的实际应用工况为实例进行了分析与评价,结果表明:支架有效支护能力能够定性反映现场生产操作管理对液压支架适应性的影响,可作为客观评价液压支架适应性,指导支架设计选型与现场操作管理的有效指标。
  • 作者(Author):柴敬欧阳一博张丁丁雷武林
    关键词(KeyWords):覆岩变形分布式光纤耦合性模型试验

    摘要:岩体与光纤之间的耦合性是决定分布式光纤感测岩体变形准确性的关键因素。通过岩层变形光纤响应特性的力学分析,结合运动学方法,提出了光纤-岩体的耦合性判据,并建立了岩层变形光纤监测模型。通过水平埋设在物理相似模型内部的传感光纤,监测不同开挖状态下关键层的结构性变形,并借助数字图像相关技术( DIC )对关键层挠度分布进行实时跟踪监测,综合分析覆岩变形特征及演化规律,并将2者监测结果进行对比分析。结果表明:当岩层变形较小时,岩体-光纤耦合性系数在0.9~1.0内,光纤应变计算的岩层挠度与DIC测量的实际岩层挠度基本一致,最大相对误差为8.9%;当岩层变形较大时,岩体-光纤耦合性系数呈断层式直线下降,直至岩层发生破断,裂缝处岩体-光纤发生脱离,光纤-岩体接触度与光纤-岩层耦合系数k值均为0;通过光纤监测数据反演,获得采动覆岩的变形范围及特征,从而反映出光纤沿线岩层移动变形的位置及程度。研究成果为分布式光纤传感技术应用于模型及现场覆岩变形监测提供了参考。 
  • 作者(Author):张保良沈宝堂张金虎张新国
    关键词(KeyWords):脆性类岩石材料边缘裂纹扩展规律声发射监测技术FRACOD 2D

    摘要:为研究脆性岩石边缘裂纹扩展规律,以自制的类岩石材料试件为研究对象,采用单轴加载、声发射监测及FRACOD2D数值模拟相结合的方法,对预制边缘裂纹的起裂、扩展及声发射特征进行了研究。试验结果表明:随着预制边缘裂纹宽度的增加,试件的起裂强度、单轴抗压强度逐渐减小, I型拉伸裂纹出现的时间越来越早,剪切裂纹出现的时间越来越晚;试件的破坏形式不因预制边缘裂纹宽度不同而改变,最终以拉伸破坏为主。声发射监测中,裂纹起裂和试件整体破坏时声发射具有阶梯状波动、能量高的特点;边缘裂纹宽度越大,第1次出现能量峰值时间越早; I型破坏产生在线弹性阶段,大多数剪切与次生裂纹产生在峰值强度附近,其能量水平远大于拉伸裂纹起裂点能量值。数值模拟试验过程中,随着裂纹宽度增加,裂纹起裂角度越趋近于加载方向,裂纹数目增多,总位移由4.7 mm降低到1.07 mm,最大拉应力由58.2 MPa减小到26.8 MPa,试件的破坏形式与力学试验相同。
  • 作者(Author):夏永学陆闯杨光宇苏士杰庞立宁丁国利苏波
    关键词(KeyWords):冲击地压坚硬顶板水射流定向压裂防冲新技术

    摘要:为了提高坚硬顶板的预裂卸压效果,开发了孔内磨砂射流轴线切顶压裂防冲新技术,即施工完顶板钻孔后,在预设位置操作钻杆匀速前进/后退,同时,采用磨砂射流系统对钻孔孔壁进行定向切割,使孔壁形成一定深度的轴线裂缝,再采用封隔器封孔后压裂,在高压水的作用下,人造裂缝沿着预设方向定向扩展,从而达到精准切顶卸压的目的。现场切缝试验表明,在射流压力为50 MPa,切缝速度为0.1 m/min的条件下,孔内切缝半径可达300~500 mm。通过切缝后压裂试验表明,预制裂缝具有较好的导向作用,裂缝扩展主要沿着预制裂缝深度方向,试验泵压为40 MPa,压裂时间为20 min,裂缝扩展距离可达22 m以上。该技术可提高水力压裂裂缝方向的可控性,使裂缝沿着最佳切顶方向扩展,从而提高卸压效果。
  • 作者(Author):张超宋卫东付建新李杨张开诚
    关键词(KeyWords):海底采矿采空区探测松动圈巷道支护数值模拟

    摘要:为解决三山岛金矿西南翼巷道变形大、顶板淋水、隐伏空区等工程问题,采用理论分析、现场试验和数值模拟等手段,基于地质雷达对裂隙空区进行扫描,对海底巷道周边存在空区条件下的巷道支护进行分析,提出喷锚穿一体化支护技术。研究结果表明:结合化学元素分析、地质雷达扫描、钻孔技术可以准确探明裂隙空区具体位置;喷锚穿一体化支护技术使得巷道顶板实际下沉量相比原模拟支护方案减小15.41 mm,两帮变形量减小15.36 mm,巷道围岩稳定性明显得到改善;此外,为保证现场施工达到预期效果,对现场施工技术提出具体技术要求,并进行现场周边位移的实地监测,实现了对巷道变形的有效控制。研究结果可为矿山其他类似区域提供参考。
  • 作者(Author):王宇涂敏付宝杰卜庆为
    关键词(KeyWords):深井巷道采动应力沿空巷道非对称支护巷道支护

    摘要:为探究侧向采动应力分布规律,运用弹塑性力学理论建立煤岩体侧向采动力学分析模型,同时引入Weibull分布函数,得到煤岩体侧向采动应力方程和破坏深度方程。以顾桥1126( 1 )工作面为背景,解出煤体侧向采动应力、应力集中系数和塑性破坏深度,并研究各因素对采动应力分布的影响,指导沿空巷道支护设计。研究结果表明:① 煤体强度、界面强度、支护强度和煤厚影响煤体稳定性,煤体稳定性增高时,采动影响范围和塑性破坏深度减小,应力集中系数增大;② 原岩应力和悬臂梁长度决定煤体原始受力,随煤体受力的增加,塑性破坏深度、采动应力和采动影响范围均增加。根据沿空巷道围岩状态,提出高预紧力全长锚固锚杆+锚索+钢带+金属网的非对称锚网索密集支护方案。现场实测表明:1126( 1 )回风巷的支护效果良好,可满足回采巷道安全生产的预期要求。
  • 作者(Author):范凯
    关键词(KeyWords):沿空留巷突变变形复合支护卸压

    摘要:针对沿空留巷顶板卸压效果难以保障、围岩控制效果差等问题,以龙滩矿沿空留巷为工程背景,通过对沿空留巷顶板变形规律进行全过程监测,揭示了沿空留巷采动影响期间的顶板突变式变形规律,获取了顶板发生突变式变形的关键时机。结果表明:在切顶爆破卸压条件下,测站处沿空留巷顶板最大下沉量虽然在工程允许范围内,但都出现了2次明显的突变现象,主要是由超前支承压力的影响和留巷区域顶板悬顶结构失稳导致。据此,形成了分阶段复合支护切顶技术,以对抗2次顶板变形突变,第1阶段采用增效锚固切顶长锚索,第2阶段采用切顶支柱与半封闭式小型框式切顶支架。工程监测结果表明,复合支护切顶卸压效果良好,留巷围岩可较好的保持稳定。
  • 作者(Author):马文著周晓敏谭帅
    关键词(KeyWords):流-固耦合水压底板变形量最大拉应力塑性区

    摘要:为探究工作面推进过程中不同水压对煤层底板应力变形与破坏特征的影响,以山西义棠煤业10号煤层为背景,基于流-固耦合理论,根据实际地质条件借助ABAQUS商业有限元软件建立有限元模型。从煤层底板变形量、最大拉应力空间分布以及煤层底板塑性变形区3个角进行分析。结果表明:当工作面推进至一定距离后,底板变形随着水压的升高而增大;不同水压下煤层最大拉应力、底板塑性区具有一定的相似性,都呈“近似勺形”分布;最大拉应力沿工作面走向先减小后增大,且随水压的提升向煤层底板更深处延伸;实测数据显示:义棠煤业10号井工作面底板最大破坏深度为14.64 m,与模拟结果相差不大。研究结果有望对承压水上煤层底板变形破坏机理进行一定程度的补充。 
  • 作者(Author):李金奎王浩
    关键词(KeyWords):复合顶板全锚索一次支护工业性试验

    摘要:城山煤矿一采区3B煤层右0巷顶板为复合顶板岩层,为解决其巷道顶板易离层冒顶问题,提出新型巷道复合顶板全锚索一次支护方案。采用弹塑性基本理论分析了锚索加固机理, 指出高预应力全锚索可大幅提高支护结构的早期支护强度与刚度,有效控制复合顶板的离层和下沉,高预应力为复合顶板岩层提供了法向约束应力,明显改善了顶板岩层应力状态。针对右0巷顶板岩层岩性及分层状况,运用数值模拟和现场实测的分析方法综合评价了巷道复合顶板全锚索一次支护效果,分析了掘进、回采期间顶板下沉及锚索承载规律,掘进期间顶板最大下沉量为34 mm,回采期间顶板最大下沉量为63 mm。现场试验表明:全锚索一次支护对控制深 部复合顶板变形效果十分显著,可为深部复合顶板巷道支护提供参考。 
  • 作者(Author):蔡美峰
    关键词(KeyWords):深部开采地应力等效释放荷载围岩稳定性岩层控制力学机理关键理论和技术

    摘要:首先,介绍了地应力对采矿工程荷载作用方式的特殊性,阐述了地应力控制采矿开挖过程和岩层稳定性的力学机理。地应力是采矿开挖前就存在于地层中的天然应力,采矿开挖出现自由空间并引起地应力向自由空间释放,形成“等效释放荷载”,它作用在开挖自由空间的边界上,而不是采矿外边界上。“等效释放荷载”带动周围岩体变形、位移和应力集中,导致围岩和岩层失稳、破坏。这与传统力学理论“外边界加载模式”有本质区别。若将地应力直接加在采矿外边界上,将得出“采矿外边界位移最大、开挖周边位移最小”等一系列错误结果。为此,必须根据采矿设计的开挖形态,将地应力转换成“等效释放荷载”进行计算和分析,才能得到正确的结果。同时,必须认识到地下采矿是多步开挖过程,也就是多次“等效释放荷载”加载过程。岩体是非线性材料,荷载的力学效应具有加载途径性。优化开采布局、开采顺序等可以优化“等效释放荷载”加载途径和力学效应,实现更好的岩层控制效应。最后,提出了地下采矿围岩稳定性与岩层控制的基本原理和方法,指出:支护的根本目的是保护、改善和提高岩体的强度,必须改变把围岩当成一种被动的荷载加以支撑的传统认识;充分发挥围岩自身强度达到采矿工程稳定,是岩石力学最基本的原理。在深部高地应力条件下,为了控制岩层变形和移动,维持采矿工程的稳定,上述原理的指导尤其重要。

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