2023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，国家矿山安全监察局主管，煤炭科学研究总院有限公司主办，由其下属单位——煤炭科学研究总院开采研究分院(中煤科工开采研究院有限公司)——承办，资助刊物的正常运转。目前期刊为双月刊，双月25日出刊。

行业视野: 封面文章
类别; 68个
关键词; 66位
专家; 15篇
论文; 2743IP
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“膏体-矸石”复合承载结构的力学特性试验研究

作者(Author)：吕文玉, 李世杰, 伍永平, 解盘石, 谭毅, 吴昀潞

摘要：“充填膏体-垮落矸石”复合充填开采是降低充填成本和提高充填采矿效率的有效手段之一,以试验矿井为工程背景,开展复合承载结构的力学特性研究。研究结果表明:复合承载结构可以采用粒径级配指数为0.4的级配矸石粒径进行模拟;膏体配比为8%水泥、15%粉煤灰、40%河砂、1.2%早强剂时强度最佳;不同膏体配比的复合承载结构,在受载过程中的应力-位移曲线趋势基本相同,可以划分为7个阶段;膏体配比与第1次失稳应力临界值成正相关,与第2,3次失稳临界值成负相关;在高应力条件下,复合承载结构呈现大变形特征,应力指数呈上升趋势,其应力-位移曲线可划分为4个阶段,仅呈现1次明显的应力峰值,第2次失稳破坏临界值与加载速率成正相关;随着应力加载速率的增加,复合承载结构临界值应力增大、位移减小。

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采矿与岩层控制工程学报

2023年第05期

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煤巷掘进临时支护技术与装备研究进展及发展路径

作者(Author)：岳中文, 王大乐, 王贯东, 郝雪弟, 李永亮, 李阿康, 李为, 董浩然

摘要：临时支护作为煤巷永久支护的“排头兵”,是煤巷掘进的关键环节,其在时间和空间上的高效性直接决定了煤巷掘进和后续支护作业的效果,因此,高效临时支护技术与装备的研发是煤巷掘进的关键攻关方向。重点介绍了传统简易式、机载式、自移迈步式、新型临时支护机器人等临时支护技术与装备的研发进展及应用,对比归纳总结了不同类型装备的优缺点。系统提出了当前我国煤巷临时支护发展的关键核心方向:①临时支护装备的智能化升级;②具有智能感知、支护力及支护姿态自适应调整优化的临时支护机器人的研发。依据煤矿生产的实际需求和煤炭行业的发展需要,预测了煤巷临时支护技术与装备的发展趋势:①研发掘-支-锚-运一体化快速掘进系统,并从系统工程学角度统筹考虑,合理平衡及科学优化各循环工艺流程;②突破“围岩-支架”相互作用动态实时监测技术,实现掘进工艺及临时支护参数随围岩条件变化的实时调整;③通过临时支护装备的智能化升级,实现煤巷掘-支的无人化智能控制;④基于“透明化”矿山,开发智能探-掘-支技术,实现煤巷掘-锚-支装备智能感知、自适应调整。

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采矿与岩层控制工程学报

2023年第05期

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锚杆托板与缓冲垫层组合结构动载力学性能研究

作者(Author)：周鹏赫, 吴拥政, 付玉凯, 孙卓越

摘要：为获取缓冲垫层放置位置及厚度的选取依据,分析了缓冲垫层对冲击地压巷道锚杆支护系统中托板及组合结构抗冲击性能的影响。利用落锤冲击试验装置,测试了托板、W型钢护板和橡胶缓冲垫层等4种组合结构的动载力学性能,得到了试样的冲击力时程曲线、位移时程曲线及变形特征,分析了W型钢护板、缓冲垫层位置及厚度对托板动态力学性能的影响。研究结果表明:托板均经历了拱高降低、四角翘起、拱底面积减小等变形过程。随着冲击能量的增加,试样冲击力峰值及变形量呈增加趋势,冲击力时程曲线可分为初期震荡、急速上升、平稳震荡和迅速下降等4个阶段。与单独托板相比,W型钢护板可降低冲击力峰值、增加试样震荡作用时间、有效保护试样的完整性和提高试样抗冲击性能。通过对比缓冲垫层放置位置及厚度的冲击力峰值、位移量、冲击能量吸收率及托板变形量,得到缓冲垫层放置在W型钢护板与围岩接触面之间时,抗冲击性能更好,其合理厚度在16~18mm。根据托板静载拱高变形量要求,单独托板可承受约2500J的冲击能量,W型钢护板及缓冲垫层组合结构可起到吸能、改善托板承载特性及提高托板抗冲击性能等作用,现场应用效果良好。

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2023年第05期

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基于不同锚固角度的倾斜节理岩体剪切破坏特征研究

作者(Author)：李青海, 柳昌涛, 史卫平, 石利伟, 杨涛

摘要：针对倾斜节理岩体巷道锚固支护问题，为获得较好的锚固支护效果，以长城六矿1301工作面运输巷为工程背景，基于相似模拟试验和数值模拟分析，揭示了不同锚固角度倾斜节理岩体剪切破坏特征。研究结果表明：随着法向荷载的增加，锚固倾斜节理岩体峰值强度逐渐增加；法向荷载为4 MPa时，随着锚固角度的增大，倾斜节理岩体的峰值抗剪强度和残余强度均呈先上升后下降的趋势，并在锚固角度为45°时均达到最大值；随着锚固角度的减小，锚杆两侧的压力链逐渐增加，并在锚杆内部产生拉力链，即随着锚固角度的减小，锚杆逐渐起到轴向拉伸抑滑的作用，倾斜节理岩体的锚固效果逐渐提升，当锚固角度为45°时抑滑效果较优。根据位移演化规律分析获得，在锚固角度较大时，大部分锚杆未起到抗剪作用，限制锚杆周围区域颗粒位移的能力较差，锚固效果不显著；在锚固角度较小时，限制锚杆周围区域颗粒位移的能力较强，锚固效果较好。根据倾斜节理岩体锚固支护剪切破坏特征，分析获得岩体抗剪强度演化规律、裂隙扩展规律、岩体内部位移演化规律以及岩体内部接触力及应力张量演化规律，综合确定当锚固角度为45°时倾斜节理岩体表现出较优的锚固支护效果。

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2023年第04期

178

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不同节理倾角下灰岩应变场演化及裂纹发展规律

作者(Author)：彭岩岩, 周崇, 程啸, 朱淳, 李小双

摘要：为研究不同几何位置的节理倾角对灰岩破坏与裂纹发展的影响，分别预制2组节理灰岩试样进行对比试验：第1组试样只改变平行节理倾角α，第2组试样只改变中间节理倾角β。通过单轴压缩试验结合3D-DIC技术，得到试样破坏的应变场演变云图，利用最大线应变理论，结合裂纹扩展图分析灰岩试样破坏的全过程。试验结果表明：主应变场的演化过程即为高应变区裂纹扩展的过程，主应变场演化与裂纹起裂、扩展和贯通过程相互印证；灰岩试样峰值强度受平行节理倾角α改变的影响远大于受中间节理倾角β改变的影响；随着节理倾角α,β的增大，中间节理的应力集中区域分别向中间节理的中心与端部转移；平行节理倾角α的改变比中间节理倾角β的改变对灰岩破坏模式的影响更大，平行节理倾角α在30°时发生张拉破坏，在60°，90°时发生张拉和拉-剪组合破坏；中间节理倾角β在30°，60°，90°时均发生张拉破坏。

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2023年第04期

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极松软厚煤层超高巷道顶部高泡材料充填体强度确定

作者(Author)：王旭锋, 贾俊飞, 杨战标, 赵万里, 王纪尧, 杨培举, 杨前

摘要：极松软厚煤层超高巷道采用顶部充填方式控制围岩稳定已取得了显著的技术效果，已有实践表明，顶部充填体强度对支护效果影响重大。为进一步提升该技术的综合经济效益，增加矿井焦煤产出率，提出采用高泡材料进行顶部充填，以减少材料用量和优化支护效果。通过建立超高巷道顶部充填体受力模型，得到了巷道顶部充填体水平及垂直方向的受载强度，确定了顶部充填体所需的强度及变形能；根据不同水灰比、发泡剂含量条件下高泡材料的力学特性，采用数值模拟方法确定了高泡材料的最佳配比，通过工业试验验证了支护效果。研究结果表明，巷道高度为3～6 m时，顶部充填体水平及垂直方向最大受力载荷分别为0.48 MPa和1.37 MPa；巷道高度为6 m时，顶部充填体所需变形能应大于1.17 MPa；将水灰比为3∶1、发泡剂含量为0.03%的充填体充填至巷道顶部，数值模拟及现场的巷道两帮最大位移分别为220 mm和163 mm，满足工作面安全开采要求。研究结果可为类似条件的巷道围岩控制提供借鉴。

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2023年第04期

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86
基于CT扫描岩石蠕变扰动特性单轴压缩试验研究

作者(Author)：王波, 陆长亮, 崔峰, 张震

摘要：工程深部开采活动中,岩石周围应力环境较为复杂,且对扰动作用极为敏感。在已经提出的岩石“蠕变扰动效应”以及“强度极限邻域”概念的前提下,利用CT技术手段对岩石“强度极限邻域”内、外进行微观扫描探测,观察岩石内部损伤变化过程,同时运用单位像素坐标点建立孔隙之间距离,并结合工程实例得出以下结论:①分析横、纵应力-应变曲线可知,岩石在纵向与横向同时存在一个长期强度,且岩石进入横向长期强度优先纵向,但是通过CT扫描岩石内部孔隙结构变化可知,岩石纵向长期强度阈值相比横向更准确;②通过分析岩石轴向CT扫描图,在轴压45MPa时,岩石内部只出现新的较少孔隙结构,且内部孔隙并未出现相连贯通现象;而在轴压50MPa时,未扰动时就可清楚看出岩石内部新的孔隙结构出现贯通现象,随着扰动的施加,岩石内部出现明显的裂痕条纹,说明岩石“强度极限邻域”为45~50MPa,可知以纵向长期强度判断“强度极限邻域”更具有说服力;③对CT扫描后的岩石试件进行伪彩色处理,利用岩石像素特征点之间的距离建立孔隙之间的距离,通过分析轴压40MPa与45MPa下岩石扰动前后的像素特征点之间距离可知,其只是略微的增加或减少;而在轴压50MPa下,岩石扰动前后像素特征点坐标值出现突增,像素特征点间的距离增加了214.27,说明岩石“强度极限邻域”为45~50MPa,且岩石在此轴压时对扰动极为敏感;④结合工程实例分析,判断其岩石“强度极限邻域”,通过应变曲线变化范围为工程实例及时提供有效预警,同时也为地下工程的岩石扰动提供理论依据。

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采矿与岩层控制工程学报

2023年第03期

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基于正交试验的合成纤维及橡胶颗粒对湿喷混凝土力学性能的影响

作者(Author)：李涛, 常岩军, 何凯

摘要：为探究合成纤维及橡胶颗粒对湿喷混凝土力学性能的影响,在室内开展了纤维增强橡胶湿喷混凝土力学性能的测试研究,系统分析了玻璃纤维掺量、聚丙烯纤维掺量及橡胶颗粒掺量对湿喷混凝土力学性能的影响规律。结果表明:湿喷混凝土的强度指标随着玻璃纤维掺量的增加不断增大,随着聚丙烯纤维掺量的增加表现出先增大后减小的特征;玻璃纤维掺量对抗压、抗折强度的影响程度最大,橡胶颗粒掺量次之,而聚丙烯纤维掺量的影响程度最小;对于抗拉强度而言,玻璃纤维掺量的影响程度依然最大,橡胶颗粒掺量次之,聚丙烯纤维掺量最小;玻璃纤维和橡胶颗粒掺量为抗压强度的显著性影响因素,玻璃纤维和聚丙烯纤维掺量为抗拉和抗折强度的显著性影响因素;强度指标不仅受到单因素的影响,还受到因素间交互作用的显著影响;强度指标多目标优化结果表明,湿喷混凝土同时加入3种材料的最优配比为:玻璃纤维掺量0.25%、聚丙烯纤维掺量0.21%、橡胶颗粒掺量3.80%;纤维能够承担部分载荷,而添加适量橡胶颗粒能够填充试样内部孔隙,两者的共同作用增强了试样的力学性能。

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2023年第03期

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