2020封面文章（《采矿与岩层控制工程学报》）

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2020封面文章（《采矿与岩层控制工程学报》）

来源：采矿与岩层控制工程学报

《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。

行业视野: 封面文章
类别; 40个
关键词; 31位
专家; 9篇
论文; 6410IP
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西部生态脆弱区煤炭减损开采地质保障科学问题及技术展望

作者(Author)：王双明, 申艳军, 孙强, 侯恩科

摘要：我国能源禀赋特点决定了煤炭主体能源地位短期难以改变，其中，西部煤炭资源担负着我国基础能源自主供给的核心角色。但西部煤炭多处于干旱半干旱带沙漠黄土覆盖生态脆弱区，易因开采扰动引起地下水及生态环境产生显著影响。因此，减损开采成为西部生态脆弱区煤炭资源安全高效开发与环境保护协调发展的必然选择。立足西部煤炭资源开发现实情况，提出了西部生态脆弱区煤炭减损开采面临的四大关键科学问题，即：① 煤-水空间发育组合特征；② 采动过程地质条件变化规律；③ 保水开采分区及地质判据；④ 西部煤炭减损开采技术体系构建思路。同时，详细阐述了煤炭减损开采技术发展状况及存在的现实难题。在此基础上，尝试构建西部生态脆弱区煤炭减损开采技术体系，并展望了西部煤炭减损开采技术未来发展方向。相关研究以期为西部生态脆弱区煤炭绿色减损开采提供借鉴。

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采矿与岩层控制工程学报

2020年第04期

724

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基于XGBoost的光纤监测矿压时序预测研究

作者(Author)：柴敬 , 王润沛, 杜文刚, 雷武林, 朱旭宝

摘要：为掌握矿山压力显现规律，针对岩石内部变形预测难的问题，采用XGBoost算法和分布式光纤技术相结合的方法，基于相似材料模型试验，制作三维立体模型，并在模型内部预埋3根垂直光纤，模拟工作面开采。引入光纤平均频移变化度作为判断周期来压指标，构建矿压监测数据的相空间，采用XGBoost方法建立矿山压力显现规律时间序列预测模型。同时，在训练样本和测试样本不变的前提下，建立BP神经网络回归模型(BPNN)、支持向量机回归模型(SVM)，并与XGBoost回归模型(XGBR)预测结果进行对比分析。试验结果表明，BPNN模型易产生“过拟合”现象，SVM计算速度缓慢且依赖于超参数的选择，XGBoost的计算速度和预测精度均优于其他模型。

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采矿与岩层控制工程学报

2020年第04期

424

203
东部草原露天开采对植被与土壤养分空间异质性影响

作者(Author)：毕银丽, 李向磊, 郭楠

摘要：东部草原露天煤矿开采多年后，矿区周边草原生态系统植被种群与土壤养分逐渐发生变化，为揭示矿区周边植被种群密度与土壤养分的空间异质性分布规律，以宝日希勒露天矿坑周边2 km为半径的草原草场为研究区，在矿坑周边不同方向布设了4条采样线，运用经典统计学和地统计学方法对矿区植被种群密度和土壤有机质、速效磷、速效钾含量的空间异质性进行了分析。研究结果表明：矿区周边天然草地土壤有机质的平均含量为56.44 g/kg；速效磷的为7.89 mg/kg；速效钾的为181.50 mg/kg；植被种群密度的平均值为198.13株/m2；有机质、速效磷和速效钾含量分布呈现从西向东逐渐增加的趋势，植被种群密度在西部与东部较高、中部较低。变异系数范围为19.81%～37.62%，均为中等变异。有机质、速效磷的最佳拟合模型均为高斯模型，速效钾的最佳拟合模型为球形模型，植被种群密度的最佳拟合模型为线性模型；块金值与基台值比值范围为12.67%～94.17%。速效磷和速效钾的空间变异主要由随机性因素引起，且空间相关性较弱；有机质属中等强度的空间变异性，其空间变异由随机性因素和结构性因素共同作用引起；植被种群密度空间变异受人类活动主要是对资源的开发利用、放牧等结构性因素影响较大。在小尺度范围内，受煤炭开采与放牧干扰，草地出现不同程度退化，草地植被类型改变，土壤养分与植被种群密度呈负相关变化。

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采矿与岩层控制工程学报

2020年第04期

419

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深部开采围岩稳定性与岩层控制关键理论和技术

作者(Author)：蔡美峰

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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采矿与岩层控制工程学报

2020年第03期

901

253
采场覆岩变形分布式光纤监测岩体-光纤耦合性分析

作者(Author)：柴敬, 欧阳一博, 张丁丁, 雷武林

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。

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采矿与岩层控制工程学报

2020年第03期

592

283
羊场湾煤矿采动地裂缝发育特征及规律研究

作者(Author)：侯恩科, 谢晓深, 徐友宁, 魏启明, 刘江斌, 张仲杰

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。

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采矿与岩层控制工程学报

2020年第03期

565

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煤矿智能化开采模式与技术路径

作者(Author)：王国法, 庞义辉, 任怀伟

摘要：基于煤矿智能化发展现状与要求，系统阐述了煤矿智能化开采模式的定义、技术内涵与特征。针对不同煤层赋存条件，提出了薄及中厚煤层智能化无人开采模式、大采高工作面智能耦合人机协同高效综采模式、综放工作面智能化操控与人工干预辅助放煤模式、复杂条件机械化+智能化开采模式等4种煤矿智能化开采模式。根据截割工艺、工序与装备的差异，将薄及中厚煤层智能化无人开采模式细分为刨煤机智能化无人开采模式、滚筒采煤机智能化无人开采模式，详细阐述了滚筒采煤机定位导航与智能调高技术、半截深高速截割工艺等薄及中厚煤层智能化开采模式关键技术。分析了大采高工作面智能化开采的主要技术瓶颈，论述了基于液压支架与围岩耦合关系的围岩智能耦合控制逻辑、重型装备群的分布式协同控制逻辑等大采高智能化开采模式关键技术。分析了放顶煤工作面与一次采全高工作面智能化开采模式的差异，提出了基于时序控制放煤、自动记忆放煤、煤矸识别放煤等智能化放煤控制逻辑与工艺流程。针对复杂煤层条件，提出了采用局部智能化开采降低工人劳动强度、提高作业环境安全水平的技术思路。

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采矿与岩层控制工程学报

2020年第01期

1652

6999
考虑时间效应的采空区顶板稳定性分析

作者(Author)：汪杰, 张超, 郑迪, 宋卫东, 纪晓飞

摘要：根据红岭铅锌矿采场顶板受力特征，基于Reissner厚板理论，建立了采场顶板的厚板力学模型；根据顶板不同边界条件，推导了固支和简支两种条件下顶板内部最大应力、弯矩和挠度方程；基于Kachanov蠕变损伤理论，构建了采场顶板蠕变损伤模型，并对采场顶板损伤失稳时间进行了深入分析。结果表明：固支条件下，顶板最大弯矩及应力出现在四边中点处，即四边中点处首先出现损伤，由蠕变损伤模型可知，长边中点损伤孕育时间为110.32 d，短边中点损伤孕育时间为121.19 d，之后损伤逐渐向外侧扩展；简支条件下，顶板最大弯矩及应力出现在顶板中心处，此时中点处损伤孕育时间为49.89 d，应在此时间之内充填采空区保证顶板稳定性。工程实例分析表明，顶板损伤孕育时间与顶板厚度呈正比关系、与上覆岩层压力呈反比关系，即顶板越厚，损伤孕育时间越长，上覆岩层压力越大，损伤孕育时间越短。

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采矿与岩层控制工程学报

2020年第01期

634

280