《采矿与岩层控制工程学报》“采矿岩石力学”专题

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《采矿与岩层控制工程学报》“采矿岩石力学”专题

来源：采矿与岩层控制工程学报

专题来自于《采矿与岩层控制工程学报》2024年04期，共13篇研究成果。

行业视野: 采矿
类别; 60个
关键词; 71位
专家; 13篇
论文; 216IP
点击量; 21次
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动载扰动下巷道围岩冲击破坏与能量释放规律研究

作者(Author)：马斌文, 谢和平, 张修峰, 周宏伟, 陈洋, 郑福润, 孙文斌, 朱建波

摘要：深部煤矿开采过程中的动载扰动可能诱发巷道围岩冲击失稳，为揭示动载扰动与围岩冲击破坏的关系，采用PFC数值模拟方法，分析了采动应力、动载荷和震源位置对巷道围岩冲击破坏与能量释放的影响规律。研究结果表明：相同动载扰动下，巷道围岩整体变形随采动应力的增大逐渐增大，较大动载荷会引起巷道顶板的显著下沉，且近震源侧的巷道帮部位移较大。低采动应力和动载荷条件下，动载扰动诱发巷道围岩破坏的能量释放主要集中于两帮煤体，表现出由巷道浅部向深部的多频次小能量释放，两帮煤体呈渐进式破坏；高采动应力和动载荷条件下，巷道两帮深部煤体表现为突然的大面积失稳和快速的能量释放。动载扰动下巷道围岩冲击危险除与动载扰动能量有关，还取决于围岩的能量释放量级。当采动应力或动载荷增大到一定程度时，围岩破坏能量释放量级增大，表现为突然的大能量释放，具有较大的冲击危险。研究结果可为深入了解煤矿动载扰动与巷道冲击破坏的关系及其防治提供参考。

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采矿与岩层控制工程学报

2024年第04期

18

3
煤岩组合体冲击倾向性对超低摩擦型冲击地压的影响机制

作者(Author)：李利萍, 胡学锦, 潘一山, 李明会

摘要：为揭示煤岩组合体冲击倾向性程度对超低摩擦型冲击地压的影响机制，以不同冲击倾向性煤岩组合体为研究对象，在对煤岩组合试件进行冲击倾向性测定的基础上，采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置，以发生超低摩擦效应时的水平位移、动能、摩擦力为指标，探究煤岩组合体冲击倾向性与垂直应力波扰动频率、扰动振幅之间的关系特征。研究结果表明：(1)受扰动频率影响，弱、强冲击倾向煤岩组合体易发生超低摩擦效应的频率显著影响区分别为2.0～3.0, 2.5～3.5 Hz,且随着冲击倾向性程度的增强，频率显著影响区逐渐右移。(2)相比于弱冲击倾向性煤岩组合体，强冲击倾向性煤岩组合体发生超低摩擦效应时水平位移、动能和摩擦力降幅较大，煤块易发生超低摩擦滑动。(3)随着煤岩组合体剩余能量指数的增大，冲击倾向性程度逐渐增强，动能呈指数规律增大，煤块越易发生超低摩擦滑动。研究结果可为超低摩擦型冲击地压的预测和防治提供参考。

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采矿与岩层控制工程学报

2024年第04期

14

2
铁元素含量及含水状态对砂岩微波辐射升温损伤的影响

作者(Author)：陈登红, 鲁德沛, 王智鹏, 汪朝家, 施伟

摘要：为研究砂岩的铁元素含量与含水状态对微波辐射升温损伤的影响规律，开展了砂岩试件微波辐射对比试验，试验分为12组，包含3种铁元素含量和4种含水状态(干燥、自然、浸水24 h与饱和)。试验采用X射线荧光光谱测量(XRF)技术检测试件表面铁元素含量，通过实时红外热成像监测表面升温过程，运用对比方法分析辐射前后P波波速与抗拉强度的关联特征。试验结果表明：(1)干燥状态下，砂岩试件升温过程均呈前期缓慢、中期活跃、后期稳定的趋势；铁元素含量越高，升温速率峰值就越高(2.66, 2.40, 1.66℃/s)、也就越早达峰(70, 100, 110 s);(2)干燥、自然、浸水24 h状态下，升温速率峰值平均值分别为：2.26, 3.34, 3.24℃/s,达峰时间分别为：90, 70, 20 s;饱和状态下，升温速率峰值为1.3℃/s,达峰时间为80 s;(3)含水状态对砂岩结构损伤的影响最为显著，饱和状态砂岩辐射180 s的损伤大于其他含水状态辐射300 s的损伤；铁元素含量直接影响岩石表面温度分布的均匀程度，铁元素含量越高，岩石表面温差越大；(4)相较于干燥和自然含水状态，浸水24 h和饱和状态下砂岩辐射后巴西劈裂初始压密阶段占比增加，起裂模式由端部起裂向中心起裂转变。研究成果可为类似原生和再生状态下微波辅助破岩效果的研究提供借鉴与参考。

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采矿与岩层控制工程学报

2024年第04期

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动静组合加载下砂岩剪切力学特性试验研究

作者(Author)：龚昌建, 冯国瑞, 张玉江, 崔炳渊, 蔡文浩, 崔江慧, 张郑军

摘要：动载扰动作用是影响遗煤复采过程中围岩稳定性的重要因素，为研究不同预静载水平下动载扰动对砂岩抗剪强度、黏聚力、内摩擦角、应变场及声发射等参数的影响，采用动静载多场耦合试验系统、声发射监测系统和DIC应变监测系统对砂岩进行了动静组合加载变角剪切试验。研究结果表明：在组合加载下，随着预静载水平的增大，砂岩抗剪强度和黏聚力呈先增大后减小的趋势，内摩擦角和扰动前后最大主应变差值呈先减小后增大的趋势，均在75%τ预静载水平处达到极值；在组合加载下，声发射累计能量和累计振铃计数整体上可划分为第一稳定增长期、第一突增期、平静期、第二突增期、第二稳定增长期和第三突增期6个阶段，在扰动阶段声发射信号活跃程度随着预静载水平的增大呈先减小后增大的趋势，极值出现在60%τ预静载水平处。研究成果可为动静组合加载下围岩稳定性控制提供理论参考。

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采矿与岩层控制工程学报

2024年第04期

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2
高偏应力煤巷围岩拉剪破裂特征及分区控制方法研究

作者(Author)：高永格, 徐振铭, 洛锋, 陈振, 王鹏, 李盟, 高帅, 何团

摘要：为获得高偏应力巷道围岩拉剪破裂特征并提出优化支护方案，以山西某矿孤岛工作面为背景，采用理论分析、数值模拟、相似模拟相结合的研究手段，分析了高偏应力条件下巷道围岩拉剪破裂分布特征及演化规律，揭示了托顶煤巷道围岩拉剪破裂机制，提出了高偏应力条件下巷道围岩沿掘进方向的全长分区控制方法。研究结果表明：(1)当侧压系数λ为0.60时，巷道围岩两帮呈“楔形”破坏，顶底出现明显卸荷并在巷道围岩四角点处产生应力集中；侧压系数λ逐渐减小至0.24的过程中，巷道围岩以两帮破坏为基础，在剪切应力作用下“蝶叶”逐渐发育，并最终形成蝶形破裂。(2)开挖破坏区围岩的浅部存在拉剪混合破裂区域，以张拉破裂为主；围岩深部为剪切破裂。围岩破裂演化过程可划分为3个阶段，分别为环自由面的自身破坏阶段、“蝶叶”孕育扩展阶段和“蝶叶”扩展稳定阶段。(3)定义了基于巷道全长分区的应力阈值，提出了掘进巷道全长分区支护方法，可为后续采煤工作面巷道的差异化支护提供理论参考。

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采矿与岩层控制工程学报

2024年第04期

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4
基于声发射的含锚固缺陷节理试样单轴压缩破裂机制研究

作者(Author)：占赛, 关凯, 朱万成, 张鹏海, 周健毓

摘要：锚固缺陷会弱化锚杆对节理岩体的支护效果，为探究锚固缺陷对锚固节理试样的锚固效应，对含不同锚固缺陷的锚固节理试样开展了单轴压缩试验，结合声发射、分布式光纤和DIC监测技术，分析了试样在不同破裂演化阶段时的声发射信息，得到了其破裂前兆特征。研究结果表明：锚固缺陷的存在降低了锚固节理试样的单轴抗压强度、峰值应变和声发射能量释放；在加载后期全长锚固节理试样声发射主频的高、低频信号都出现了增长，锚固缺陷试样主要是声发射主频的高频信号增长，且中间缺陷较端部缺陷会出现更高频段的声发射主频；全长锚固节理试样沿节理发生宏观剪切破坏；中间锚固缺陷试样的锚杆对裂纹控制作用较为迟缓，沿着节理发生宏观拉伸破坏；当锚固缺陷在试样一侧时该侧锚杆的变形大于对称侧，节理尖端的反翼裂纹向锚固缺陷一侧发生偏转并与锚固缺陷贯通，最终导致试样发生失稳破坏。持续高能的声发射能量释放，声发射峰值频率分布主频段增加，峰值频率呈降低趋势，声发射b值整体呈波动降低趋势，可作为试样发生失稳破裂的前兆特征。研究成果可为锚杆在节理裂隙岩体中的支护加固提供参考。

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采矿与岩层控制工程学报

2024年第04期

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加锚岩体结构面抗剪强度尺寸效应试验及机理研究

作者(Author)：刘广建, 王志成, 罗战友, 杜时贵, 王康宇, 裘伟奇, 周浩, 陈曦

摘要：为揭示加锚岩体结构面抗剪强度尺寸效应机理，开展了系列尺寸(100～400 mm)加锚结构面室内剪切试验，对比分析结构面锚固前后抗剪强度及锚杆抗剪力的变化规律，研究了锚杆和结构面的变形破坏特征。研究结果表明：(1)结构面锚固前后抗剪强度均呈负尺寸效应，且尺寸效应随着法向应力增加而逐渐减弱；锚杆抗剪力随着结构面尺寸增加呈非线性增加。(2)锚杆呈“S”形变形特征，变形角度、剪切变形量和轴向变形量随着结构面尺寸增加呈非线性增加；结构面受锚杆挤压发生破裂的程度随着结构面尺寸增加而减弱。(3)引用“锚杆作用面积”概念，结构面尺寸较小时，锚杆作用面积超出结构面产生“边缘效应”,导致锚杆未充分发挥抗剪性能；随着结构面尺寸增大，锚杆性能得到充分发挥，锚杆抗剪力先迅速增加后保持稳定。

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采矿与岩层控制工程学报

2024年第04期

17

3
基于矿物晶体模型的非均质裂隙花岗岩双轴压缩微裂纹演化特征

作者(Author)：严旭锋, 张振宇, 郝胜鹏, 窦浩然

摘要：为深入研究非均质矿物晶体微观结构影响下裂隙花岗岩的力学特性和损伤演化规律，结合花岗岩力学试验结果，开发了考虑矿物晶体结构影响的离散元数值模型，通过开展不同围压下裂隙花岗岩压缩试验，建立了围压和裂隙倾角双重因素影响下花岗岩应力峰值经验模型，从微观尺度上阐明了花岗岩微裂纹破裂机理。研究结果表明：(1)随裂隙倾角的增加，花岗岩抗压强度呈先降低后升高的趋势，在无围压条件下，裂隙倾角θ=31.8°时花岗岩的抗压强度最低。(2)应力加载过程中，花岗岩微裂纹演化呈空间局部化，沿晶张拉裂纹随机分布在试样内部，穿晶张拉裂纹则主要聚集在裂纹扩展阶段的断面附近，并伴随着宏观断裂。(3)随着围压的增大，总微裂纹数量逐渐增加，穿晶张拉裂纹在总微裂纹中的占比明显上升，围压为0, 10, 20和30 MPa时，穿晶张拉裂纹分别占总数的36.1%, 45.0%, 48.3%和51.4%。(4)非均质裂隙花岗岩强度特征受矿物基质空间分布的影响，正长石会阻止微裂纹的扩展和聚合。与单一剪切断面花岗岩相比，非均质性影响下“V”形宏观裂纹的花岗岩应力峰值更高。

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采矿与岩层控制工程学报

2024年第04期

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