2021封面文章（《采矿与岩层控制工程学报》）

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2021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; 59个
关键词; 51位
专家; 12篇
论文; 6651IP
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实验室煤体变形特征分析及弹性模量关联模型

作者(Author)：雷顺, 高富强

摘要：煤体的弹性模量是煤体分类系统的输入参数之一。通过对实验室煤样基础力学参数筛选、挖掘,运用数理统计软件SPSS进行聚类分析,探究煤体各物理力学参数自身分布规律及相互之间的关系,在此基础上采用BP神经网络建立弹性模量关联模型。研究结果表明:煤体弹性模量与孔隙率呈负相关关系,随着孔隙率的变大煤体弹性模量减小,即煤体抵抗弹性变形的能力越低;随着泊松比的升高煤体弹性模量增大,即煤体抵抗变形的能力越强;高弹性能频发大多集中在弹性模量较低、孔隙率中等偏上的重叠区域。此外,按煤体抵抗变形能力分为4级:弱（0～3.6 GPa）、中等（3.6～5.5 GPa）、强（5.5～8.5 GPa）、非常强（8.5～12.8 GPa）。建立了基于煤体基础力学参数预测其弹性模量的关联模型以评估煤体的变形特征,煤体弹性模量预测值平均误差为6.3%,表明所提出的煤样弹性模量关联模型切实可行,可为煤岩体分类提供参考。

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采矿与岩层控制工程学报

2021年第04期

370

185
基于倾斜摄影测量的露天矿数值模型重构与计算实例

作者(Author)：刘阳晓, 朱万成, 刘文胜, 刘溪鸽, 王江梅

摘要：针对露天矿的三维数值建模,传统方法通常具有精度低、成本高及周期长等缺点,极大地限制了露天矿的大尺度精准数值计算。随着无人机技术的发展,可利用倾斜摄影测量方法快速构建高精度露天矿三维实景模型,但是囿于数据量庞大且冗余,导致其无法直接用于数值计算。针对倾斜摄影得到的大孤山露天矿模型,采用直通滤波方法获得等高点云、利用数字图像处理技术规则化等高线,再借助Rhino?软件重构实体模型并划分网格,最终建立了大孤山露天矿数值计算模型,从而实现大尺度三维实景模型到数值计算模型的高效、精准转换。该方法可为露天矿的数值建模提供参考。

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采矿与岩层控制工程学报

2021年第04期

415

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冲击载荷下加锚岩体抗剪力学特性

作者(Author)：山世昌, 吴拥政, 付玉凯, 周鹏赫

摘要：为深入研究冲击载荷下加锚岩体抗剪力学特性,采用实验室试验的方法对2种锚杆材质的加锚岩体开展了不同冲击能量和预紧扭矩下的侧向冲击试验,分析了不同锚杆材质和预紧扭矩对加锚岩体在冲击载荷下抗剪力学性能的影响,监测了落锤冲击力-时程曲线,并利用高速摄像机捕捉了试样冲击变形的全过程。试验结果表明:加锚岩体冲击过程可分为落锤释放、锤岩下移和分离回弹等3个阶段。试样顶底面均为轴向剪切裂缝和伴随竖向裂缝;前面和背面均为腹剪斜裂缝和竖向裂缝;交界面裂缝以钻孔为中心向四周呈放射状分布,且上半部分裂缝数量明显多于下半部分,裂缝宽度多在10 mm以内。在一定范围内,中部混凝土块顶面和交界面破坏程度均随冲击能量的增大而增大,随预紧扭矩的增大而减小。锚杆受动态剪切会发生弯曲、径缩甚至断裂。在一定范围内,冲击能量越大,锚杆弯曲变形越大;预紧扭矩越大,锚杆抗冲击变形能力越强。CRM700型锚杆的抗冲击变形及破断能力均优于HRB500型锚杆,其能够显著提高加锚岩体的整体抗冲击性能。根据冲击力-时程曲线又可将冲击过程分为强冲击阶段、震荡阶段和衰减阶段。强冲击阶段时间仅1 ms左右,主要为锤头与试样发生接触;震荡阶段持续时间达10 ms左右,主要发生混凝土块的破裂失效和锚杆的弯曲变形。锚杆材质和预紧扭矩对加锚岩体在冲击载荷下的抗剪力学性能影响显著,使用CRM700型锚杆或施加适当的预紧扭矩均可提高加锚岩体的抗剪力学性能。

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采矿与岩层控制工程学报

2021年第04期

375

353
弓长岭露天矿采空区顶板位移超前预测算法

作者(Author)：李相熙, 朱万成, 任敏

摘要：针对弓长岭露天矿采空区顶板位移预测问题,基于K-means聚类算法基本原理,提出层次迭代聚类算法,并结合依拉达准则,实现了对实时采集数据中的杂乱数据和随机误差数据的自动化剔除。应用灰色预测模型对位移-时间序列进行超前预测,预测结果与实测数据基本吻合,验证了本文算法的可靠性和准确性。根据预测结果可以判定弓长岭露天矿采空区顶板位移变化趋势平稳,短期内没有失稳风险。

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采矿与岩层控制工程学报

2021年第03期

395

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巷道变形差异化响应特征及支护设计分析

作者(Author)：郑建伟, 鞠文君, 孙晓冬, 李文洲, 周逸群, 褚晓威, 刘彪, 赵凯凯

摘要：巷道围岩变形响应特征的演化对其支护研究有着重要意义。首先基于弹性力学建立不同应力条件下考虑支护压力的圆形巷道力学模型,得到不同侧向应力系数（k）条件下巷道顶底板和两帮变形的差异化响应特征,且对差异化响应过程进行分析。基于此可以对巷道的支护提供如下的指导意义:（1）当k>1时,应重视巷道顶（底）板的支护;当k<1时,应重视巷道两帮的支护;（2）针对侧向临空巷道、超前支承应力影响范围内的巷道要重视两帮的支护,针对上覆采空区范围下的巷道要重视对于顶（底）板的支护;（3）一般情况下浅巷重顶（底）,深巷重帮。最后以山西某矿152052巷道为研究对象,测量巷道围岩内部地应力信息,结合巷道围岩内部裂隙发育特征,提出采用"锚索+锚杆+钢筋托梁+金属网"对巷道顶板和两帮进行支护设计,且取得了良好的支护效果。

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采矿与岩层控制工程学报

2021年第03期

468

286
不同黏结长度锚杆拉拔承载特性研究

作者(Author)：杜云楼, 冯国瑞, 康红普, 张玉江, ZHANG, Xihong

摘要：黏结长度是影响锚杆承载性能的关键因素之一,研究不同黏结长度锚杆的拉拔承载特性对锚杆支护设计具有重要意义。为此,基于锚固界面的"三线性"黏结-滑移模型,采用FLAC3D数值软件研究了不同黏结长度锚杆的拉拔承载特性。研究结果表明:黏结长度会显著影响锚杆拉拔载荷-位移曲线的形态和发展过程,增大锚杆黏结长度能够提高其承载能力,提高锚杆抵抗失效的能力。随着黏结长度的增加,锚杆峰值拉拔载荷先快速增大后稳定增大,锚杆软化载荷和摩擦载荷先逐渐增大后保持不变,锚杆存在临界黏结长度。拉拔载荷作用下,锚杆轴力沿锚杆长度方向逐渐降低,峰值剪应力最先出现在锚杆加载端,并逐渐向锚杆自由端移动。随着黏结长度的增加,锚杆轴力作用范围增大,锚杆剪应力的不均匀性增加。研究结果可为锚杆支护设计提供有益参考。

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采矿与岩层控制工程学报

2021年第03期

617

201
工作面坚硬顶板水力压裂对采动应力影响的数值模拟研究

作者(Author)：高富强

摘要：水力压裂技术已经广泛在煤矿应用于处理工作面坚硬顶板问题，但其卸压机理并不十分明确。采用ELFEN数值模拟方法研究工作面坚硬顶板水力压裂处理对采动应力的影响，探讨卸压机理。数值模拟结果显示：对工作面顶板的水力压裂处理，主要是弱化顶板的完整性，使其在工作面推进后能够及时垮落，这种局部垮落，虽然不会显著影响支承压力分布特征，但局部直接顶的及时垮落会引起上覆基本顶和关键层的及时断裂和垮塌，影响采场覆岩大结构，进而影响支承压力分布特征。对工作面顶板进行持续压裂，可以降低初次垮落步距及平均来压步距。

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采矿与岩层控制工程学报

2021年第02期

871

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复合顶板薄及中厚煤层智能超前支护系统研制及应用

作者(Author)：高喜才, 王琪, 范凯, 肖前昌, 胡彬, 王灿华, 黎亮

摘要：针对龙滩煤矿复合顶板薄及中厚煤层传统超前支架存在顶板破碎严重、空间位置受限、推移困难、劳动强度大的问题，从巷道围岩控制和超前支架快速推进角度出发提出设计原则，运用理论计算和结构设计方法，研发了一种由8架超前支架和2架端头支架组成的轻型横向自移式超前液压支护系统。龙滩煤矿3124S工作面现场应用效果表明：超前支架组架间留空按800 mm布置，推移1个超前支架，顶板所受支撑破坏减少2次，保证了顶板的稳定性；结构紧凑的超前支护系统有效解决了薄－中厚煤层设备配套空间布置不合理的问题；整体式底座配合双推移千斤顶在双抵帮装置协助下确保超前支架顺利协调前移，大幅减少了停机时间，工作面推进速度提升15%～20%；配套视频监控系统、控制系统、传感系统，实现集控中心对超前支架系统的远程控制和人工干预，大幅降低了工人劳动强度，每班超前维护人员减少67%。新型超前支护系统的应用为智能化综采工作面安全高效生产提供了保障。

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采矿与岩层控制工程学报

2021年第02期

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