中国矿业大学（北京）左建平教授团队发表于《煤炭科学技术》的系列成果

左建平教授现任中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院院长。主要从事深部煤岩破坏力学基础理论及控制技术、矿山生态修复等科研和教学工作，揭示了多场耦合煤岩体多尺度破坏机理，建立了煤岩非线性破坏本构模型，理论证明了Hoek-Brown经验准则；建立了井下岩层破坏及地表沉陷的统一模型—岩层移动“类双曲线”模型；研发了巷道纳米基注浆材料，提出了深部巷道高强预应力全空间协同控制技术，成果应用在二十多个矿区工作面或巷道。近年来负责或参与的国家级科研项目10项(国家973项目、国家自然基金项目优青、面上等)，北京市重大落地成果转化项目、省部级及企业合作项目40余项。

本虚拟专题为左建平教授团队发表于《煤炭科学技术》的系列成果。（数据整理于2023-06-14）

行业视野: 煤炭科学技术
类别; 32个
关键词; 20位
专家; 7篇
论文; 7617IP
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深部巷道主被动全空间协同控制技术及工程应用

作者(Author)：左建平, 刘海雁, 王军, 徐丞谊, 朱凡

摘要：深部巷道由于赋存环境复杂及受到深部地应力作用，加上断面形状尺寸多样，导致巷道的破坏形式多元化。通过系统分析深井软岩巷道受到高应力、动压等因素影响，对比了最大地应力、最大抗压强度以及相对应的支护方式，提出采用应力强度比来评价巷道围岩支护的难易程度。进一步提出了深部巷道主被动全空间协同控制理念，其核心为通过卸压、注浆和锚杆-索等主动支护方式来控制巷道变形，发挥围岩的自承能力，形成主动支护体，恢复其部分承载能力；使用钢管混凝土支架、U型钢等具有较高支护阻力的被动支护方式，构成被动支撑圈，协助或调动巷道围岩发挥承载能力。进而分析了钢管混凝土支架与锚杆-索的协同支护力学机理，形成了主被动全空间协同控制技术及施工工艺并进行了现场应用。研究表明，打设锚杆-索可以降低钢管混凝土支架的弯矩和剪力，同时降低了支架轴力，保护了钢管和抗拉性能较差的核心混凝土，保证了钢管混凝土支架能够提供较高的支护阻力；主被动全空间协同控制技术在晋城胡底煤矿、阳泉新元煤矿等深部动压巷道与软岩巷道中进行了成功应用，丰富了等强支护理论及技术的现场实施方式，进一步发展了深部巷道等强支护理论与技术，对深部巷道围岩控制具有一定指导意义。

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煤炭科学技术

255

243
非均布载荷下充填开采岩层连续弯曲移动力学模型

作者(Author)：孙运江, 徐丞谊, 左建平, 李蒙蒙, 史月, 周钰博

摘要：为了通过采空区充填控制顶板岩层连续弯曲移动，实现保护矿区生态，提出了充填开采覆岩移动“四带”划分：充填体压缩带、连续弯曲下沉带、关键层承载带和生态保护稳定带。试验研究了不同配比（2:1、3:1、4:1、5:1、6:1）矸石和粉煤灰的压缩力学特性，得出充填体的“应力-应变”关系近似呈抛物线关系。充填体压缩初期（0～2 MPa）快速变形，压缩后期（>6 MPa），变形量增长较缓慢，可知充填体初期捣实对岩层变形控制起重要作用。当矸石和粉煤灰配比为4∶1时，充填体抗压变形性能最好。分析了工作面后方应力降低和近似线性恢复的关键层承载保护机制。基于充填体压缩特性和工作面后方应力非均匀分布，建立了非均布载荷作用下充填顶板岩层连续弯曲力学模型，得出了充填开采顶板岩层连续弯曲变形的力学条件，实现对充填开采顶板连续弯曲移动的准确判定。数值模拟分析了不同充填率时上覆岩层移动规律，得知当充填率大于90%时，顶板岩层近似发生连续变形移动，且直接顶和地表最大下沉量的模拟结果与理论预测非常接近。

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煤炭科学技术

2020年第09期

544

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岩层移动理论与力学模型及其展望

作者(Author)：左建平, 孙运江, 文金浩, 李政岱

摘要：随着社会对开采沉陷与生态环境问题日益重视,“科学采矿”势在必行。面对新形势,需要在学习前人研究成果的基础上,进行更系统、深入的研究。首先系统总结了国内外垮落法和充填法处理采空区2种情况下的岩层移动理论、优缺点及其适应条件等,重点阐述了关键层理论在岩层移动方面发挥的重要作用。基于采动岩体力学,系统分析了基本顶断裂位置和断裂步距“正态分布”变化的原因。基于采动岩层破断移动的全过程分析和前人的研究成果,提出了充分采动覆岩整体移动的“类双曲线”模型,认为岩层“类双曲线”的焦点位于主关键层位置,该模型通过关键层把砌体梁理论及地表沉陷理论有机联系起来,描述了煤层上覆岩层整体移动规律,是关键层理论的继承和发展。

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煤炭科学技术

2018年第01期

1840

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钱家营矿近距离煤层巷道破坏原因及支护对策

作者(Author)：吴爱民, 左建平, 郭志飚, 李岳春

摘要：为了安全高效地开采钱家营矿深部近距离煤层,研究了近距离煤层回采巷道的变形破坏机理并提出相应的支护对策,通过现场调查和非连续变形分析(DDA)对钱家营矿近距离煤层运输巷的变形破坏机理进行了研究。结果表明:多次动压影响是造成近距离煤层回采巷道变形破坏的根本原因;而巷道两帮移近量大于顶底板移近量主要是由于矿区水平应力远大于垂直应力所造成的。通过DDA对原支护方案进行了优化分析,提出实施3根顶锚索支护方案,中间锚索是控制顶板位移,两边锚索是将上覆岩层应力引入到深部,底角锚杆控制底鼓。现场应用表明新支护方案能有效控制运输巷顶底板及两帮移近量;证实DDA方法将可为锚杆支护巷道的优化设计提供参考。

煤炭科学技术

2010年第01期

851
大采高综放开采煤岩体冒落规律数值模拟研究

作者(Author)：左建平, 赵洪宝, 杨建立, 彭瑞东

摘要：为得到厚煤层大采高综放开采煤岩体冒落规律,采用改进的非连续变形数值模拟分析DDA软件研究不同回采阶段大采高综放开采工作面的应力场及煤岩体运移规律。结果表明:随着工作面的回采,采场周围的圆形应力场逐步转变为椭圆形应力场,且出现3个明显的分区,即应力释放区、应力升高区及两者间的过渡区,同时水平位移随时间变化较为复杂,而垂直位移变化具有一定的规律,通过垂直位移的变化可将上覆岩层划分为"三带",得到了大采高综放工作面覆岩和顶煤运移规律。

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煤炭科学技术

2013年第01期

1285

753
浅埋工作面顶板预裂分形爆破力学与模拟分析

作者(Author)：左建平, 孙运江, 姜广辉, 王金涛, 陈岩

摘要：针对纳林庙二号井621-02浅埋工作面采用"直线"炮孔预裂爆破后,在基本顶初次断裂时产生强烈的矿压显现现象,基于对顶板预裂爆破机理和炮孔布置的分形几何理论分析,给出了不同炮孔布置方式的分形维数表达式,计算出"三角形"布置炮孔的分形维数为1.15,显著大于"直线"布置炮孔的分形维数1.0。据此提出了"三角形"布置炮孔预裂爆破的改进方案,利用有限元非线性动力学软件LS-DYNA对2种爆破方案的Mises应力演化规律进行数值模拟分析,结果表明:改进方案反射应力波的做功效果更好,应力波的衰减更慢,有利于爆炸产生的能量更充分地去破碎岩石。

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煤炭科学技术

2016年第06期

1467

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大断面破碎巷道全空间桁架锚索协同支护研究

作者(Author)：左建平, 孙运江, 王金涛, 陈岩, 姜广辉

摘要：针对深部大采高综放工作面回采巷道由于断面大、破碎、扩容、大变形等,而导致常规支护极易发生不协调变形失稳的问题,基于对潞安矿区大断面软弱破碎巷道围岩变形破坏机理的系统深入分析,从三维空间支护协同承载与围岩协调变形角度,提出了全空间预应力桁架锚索协同支护新技术,阐明了全空间桁架锚索的支护结构、支护机理及其优越性。通过对全空间桁架锚索协同支护方案进行设计,并采用FLAC3D对其支护效果进行数值模拟分析,得到不同预紧力条件下全空间桁架锚索支护巷道顶板预应力场三维空间分布规律,表明全空间桁架锚索支护能够形成三维封闭的承载结构。

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煤炭科学技术

2016年第03期

1375

615