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期刊信息/Journal information
采矿与安全工程学报
中国矿业大学 中国煤炭工业劳动保护科学技术学会
采矿与安全工程学报

中国矿业大学 中国煤炭工业劳动保护科学技术学会

缪协兴

双月刊

1673-3363

gpsc@cumt.edu.cn

0516-83885490、83885761

221116

江苏徐州市中国矿业大学矿压中心站

采矿与安全工程学报/Journal Journal of Mining and Safety EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊于1984年创刊，原刊名《矿山压力》，半年刊，系煤炭学院内部发行。1990年更名为《矿山压力与顶板管理》，季刊，经国家科委批准，取得正式刊号，在国内外公开发行。2006年再次更名为《采矿与安全工程学报》，本刊适宜煤炭生产企业、高等院校、科研院所的工程技术人员阅读。
正式出版
收录年代

    冻胀融沉过程中井塔基础稳定与结构应力变化规律研究

    秦伟张宏贞高杰温庆杰...
    549-560页
    查看更多>>摘要：在高耸的井塔周围开展冻结法施工将会造成井塔基础的抬升或沉降,对井塔基础稳定及其结构安全造成严重威胁.针对上述问题,采用缓慢冻结、局部冻结和温控孔热水循环等保护措施,成功避免了冻结锋面波及井塔基础.在造孔—冻胀—融沉过程中对井塔基础高程进行持续测量,测量结果表明:造孔—冻胀—融沉期间井塔基础依次经历缓慢下沉、轻微抬升、快速下沉和下沉稳定4个过程;采取的冻结保护措施有效保障了井塔基础的稳定性,井塔基础的最大倾斜值远小于规定的允许值.结合井塔基础沉降监测数据开展井塔结构应力的数值模拟,模拟结果表明:井塔主梁上表面拉应力峰值出现在井塔壁柱与主梁的连接处,随着井塔倾斜值的增加,井塔主梁上表面拉应力峰值不断增大;造孔—冻胀—融沉期间井塔主梁上表面最大拉应力小于C25混凝土强度极限,井塔结构安全性得到有效保障.建立温度-表土-井塔相互作用相似材料模型并开展模拟实验,实验结果表明:冻结时间越长、冻结温度越低,井塔基础的抬升量和融沉后的下沉量越大且井塔基础融沉稳定所需的时间越长,井塔基础的抬升量峰值明显小于井塔基础的融沉量,模拟结果与实测结果、数值模拟结果相吻合.

    冻结法井塔基础结构安全地表变形

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    矿震动载影响下的储水结构坝体损伤破坏特征研究

    武洋姚强岭吴宝杨吴城乐...
    561-569页
    查看更多>>摘要：煤矿地下水库是西部矿区煤炭开采水资源保护与利用的重要技术手段,而储水结构坝体稳定性是地下水库安全建设及稳定运行的核心评价指标.以西部矿区上湾煤矿22101地下水库为工程背景,采用数值模拟的方法,分析不同震源位置的矿震动载对煤矿地下水库煤柱坝体与人工坝体的影响.结果表明:煤柱坝体与T型人工坝体在受矿震动载作用后,高应力区范围显著增大、应力集中程度明显提高且走向方向的塑性区范围有所增加;与远场矿震动载作用相比,近场矿震动载的影响更加明显;处于迎波面的坝体受影响较大.在远场循环动载扰动下,仅初始扰动对T型人工坝体强度明显削弱.

    矿震动载地下水库煤柱坝体人工坝体

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    煤体成分及微结构与卸荷弹射相关性分析

    成云海许文涛李峰辉张修峰...
    570-578页
    查看更多>>摘要：选取内蒙古自治区鄂尔多斯煤田煤层(易弹射煤样,简称T-e)与山东菏泽煤田煤层(不易弹射煤样,简称T-d)进行对比分析,从煤的固有属性出发,开展真三轴压缩条件下高应力卸荷力学试验,分析煤的强度特征、破坏过程以及破坏断口的微观破裂特征与弹射程度差异相关性.结果表明:T-d中O含量少,Al含量高,细化晶粒,断裂及抗拉强度和冲击韧性显著增强,是影响弹射差异的成分因素;T-e内部存在明显的裂缝、层理结构等微结构,具有微结构发育、强骨架特征,是影响弹射差异的结构原因;煤固有属性的差异导致不同的力学显现,T-e峰值强度低、弹性模量较小,应变率大,在张拉和剪切应力相互作用下,宏-微观破坏呈现出复合破坏特征,破坏充分且剧烈,弹射明显;T-e的AE事件数及累积的能量剧烈增加,呈现3阶段特征,不稳定波动阶段表现为高能量释放.研究内容为探究煤体内在因素与卸荷弹射破坏相关性提供一种研究思路,为评价煤层冲击倾向性提供一种新的实验佐证,为针对性防治弹射提供一种防冲依据.

    弹射微结构真三轴卸荷冲击地压

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    纤维含量-浓度效应下尾砂胶结材料受压性能响应

    赵康赵康奇严雅静杨健...
    579-587页
    查看更多>>摘要：为推动纤维增强尾砂胶结材料(FRCM)在工程中的应用,研究分析了混合纤维(玻璃纤维与聚丙烯腈纤维的混合物)含量与浓度耦合效应下FRCM的力学性能变化规律.通过单轴压缩试验得到纤维质量含量为0％,0.5％,0.7％和料浆浓度为65％,68％,72％的FRCM抗压强度和弹性模量,并提出以极限应变因子K来评价FRCM的抗压韧性.研究结果表明:浓度是影响FRCM强度的关键,浓度为65％时,FRCM抗压强度随纤维含量增加而增加的增长率最大,并在一定纤维含量条件下有良好的提升空间;纤维含量是影响FRCM抗压韧性的关键,浓度为68％时,FRCM的K值增幅较大,体现出良好的抗压韧性性能;当浓度为65％时,FRCM的弹性模量随纤维含量增加而增加的增长率相对稳定.

    纤维增强尾砂胶结材料纤维含量浓度抗压强度弹性模量抗压韧性

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    水力驱动柔性刀具破煤关键参数及实验研究

    姚邦华郜英俊魏建平刘勇...
    588-596页
    查看更多>>摘要：针对水力冲孔和机械刀臂扩孔增透易塌孔、刀臂收合不畅等问题,提出水力驱动柔性刀具扩孔增透技术思路.理论分析不同压力条件水动力马达扭矩和转速变化规律,建立柔性刀具转动惯量和动能计算模型,确定影响柔性刀具破煤的关键因素.基于自行研制的水力驱动柔性刀具破煤系统,选取赵固二矿煤样,开展扭矩、转速测量实验和不同因素对破煤效率影响实验,确定摩擦损失系数k和b分别为0.67和0.447;研究射流压力、破碎时间和接触长度对柔性刀具破碎质量、平均破碎深度和柔性刀具动能的影响规律,揭示提高破煤效率的关键因素.结果表明:柔性刀具破煤可以分为冲击破坏和磨削破坏2个阶段,其中冲击破坏决定破碎坑体积,而磨削破坏可以为破碎坑体积扩大做前期准备.射流压力对破煤效率影响显著,25 MPa相比10 MPa破碎质量提高11倍,平均破碎深度提高4倍,柔性刀具动能增加3倍.受实际工况限制,适当延长破碎时间对提升破煤效率更有效,接触长度对破碎质量和平均破碎深度的影响规律为先增加后减小并趋于稳定.提出的水力驱动柔性刀具破煤在水力冲孔和机械刀臂扩孔基础上改进,为低透煤层扩孔增透提供了新方法和新思路.

    扩孔增透水力驱动水动力马达柔性刀具破煤

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    不同围压卸荷速率下砂岩力学特性数值试验研究

    张健郭亮亮涂坤
    597-610页
    查看更多>>摘要：现有关于岩石试件在卸围压条件下力学特性的研究成果,无法完全排除试件离散性及受载过程中应力路径变化对试验结果的影响.利用离散元法开展均质试件在恒定轴压与4种围压卸荷速率下的数值试验研究,对比、分析其宏观与细观力学特性及能量演化规律.结果表明:随着围压卸荷速率的降低,试件极限承载强度不断提高,试验过程中逐步出现轴压和围压的跌落与反弹,反映了试件经历多阶段突发式渐进破坏过程,由局部破裂不断积累导致试件向失稳方向发展.卸荷过程中,试件张拉破裂增长速率大于剪切破裂,以张拉破坏为主.4种条件下,随着形成每条裂纹的声发射事件数增加,总体震级波动范围逐渐减小,整体震级逐渐增大.随着卸荷速率的减小,能量密度出现明显的台阶式上升特征,卸荷过程中试件突发性破裂程度逐渐提高.相对高速卸荷以近似线性方式使试件短时间内能量密度迅速变化,相对低速卸荷条件下的试件则有相对充足的时间以阶梯状增加方式改变能量密度.本研究可为卸围压条件下岩石破坏失稳机制分析提供理论和工程参考.

    数值试验围压卸荷速率力学特性砂岩离散元法

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    基于CT扫描技术的煤试件力学特性及裂隙扩展规律研究

    弓昊李地元李铮胡皓宇...
    611-622页
    查看更多>>摘要：我国中东部矿区相继进入深部开采阶段,随着构造应力的增大与开采扰动效应的增强,工作面煤体内部裂隙发育程度逐渐升高,导致煤壁失稳现象频发.为研究煤体在高地应力环境下的力学特性及裂纹扩展规律,基于CT扫描技术实现煤试件内部各组分的精准识别,建立煤试件三维重构模型和精细化数值模型,并结合单轴压缩试验研究煤试件内部各组分空间分布特征对试件变形参数、峰值强度和裂隙扩展路径的影响.结果表明:原生裂隙倾角越大,试件初始模量值Ei降低,试件容易发生纵向劈裂破坏;原生裂隙倾角越小,试件峰值强度σc降低,试件容易发生拉剪混合破坏;高密度杂质体积占比越大,煤试件弹性模量值Et增大,试件所呈现的脆性特征越强;原生裂隙体积占比越大,试件应变硬化特征明显,且试件压缩破坏后的裂隙体积占比与复杂程度也明显增大.煤试件裂隙的扩展路径主要沿着原生裂隙横向扩张和纵向延伸,由于裂隙的快速扩展,常常伴随着分叉裂隙的产生,且原生裂隙的倾向分布越复杂,产生分叉裂隙的数目就越多;当原生裂隙未经过高密度杂质时,裂隙扩展路径往往会绕过其位置扩展;当原生裂隙经过高密度杂质时,裂隙的扩展路径会贯通其位置扩展.数值模拟结果与室内试验结果吻合程度较高,数值模型微裂隙的扩展模式与CT扫描所得的裂隙扩展路径一致,验证了精细化数值模型的可靠性.

    CT扫描三维重构力学特性裂隙扩展精细化数值模型

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    矸石磨料射流冲击煤体的破碎行为及其力学特性研究

    王青祥王通唐佳旭刘应科...
    623-633页
    查看更多>>摘要：创新性提出了矸石磨料射流破煤技术,针对矸石磨料射流冲击破碎煤体动态过程,采用SPH-FEM耦合算法,构建了矸石磨料射流破煤数值模型,研究了破煤过程中应力损伤机制及射流参数对煤体破碎效果的影响规律.研究结果表明:随着射流速度由150 m/s增加到350 m/s,煤体的冲蚀深度和冲蚀纵截面面积近似线性增加,冲蚀宽度先增大后趋于稳定值,冲蚀宽度峰值为5.2 mm;随着射流柱直径的增加,煤体冲蚀宽度和冲蚀纵截面面积不断增大,冲蚀深度缓慢减小;磨料粒径由0.8 mm增加到1.2 mm时,最佳破煤粒径为0.8 mm;当t=2 μs时,沿轴向深度和径向宽度方向,所选煤体单元的有效应力依次减小;当t＞2 μs时,径向上所有煤体单元的有效应力随时间增大而逐渐减小;随着磨料射流不断冲击,轴向煤体单元的有效应力峰值接替出现;沿着径向和轴向,从冲击表面中心到射流远端,损伤失效速率逐渐减小,分别呈瞬时和阶梯形损伤失效特征.研究结果为揭示磨料射流冲蚀破煤行为及其机理提供重要理论支撑.

    矸石磨料射流煤体破碎应力损伤机制SPH-FEM耦合

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    急速卸压条件下构造煤体应力释放规律试验研究

    蒋静宇史孝宁程远平沈润生...
    634-644页
    查看更多>>摘要：为研究构造煤在急速卸压条件下的应力释放规律,开展了不同卸围压速度条件下的型煤试样三轴试验,对比分析了构造煤在不同应力路径下的应力-应变曲线和力学特性演化特征,并通过数据拟合分析了急速卸压条件下的应力释放规律.结果表明:卸围压速度越快,构造煤破坏时的变形程度和峰值应力越小.卸围压降低了煤体的内聚力,劣化程度为14.02％～21.95％,卸围压速度越快,劣化作用越强.卸围压降低了煤体变形模量和泊松比,表明卸围压加剧了煤体损伤,降低了煤体抵抗变形的能力.当卸围压速度趋近于急速时,峰值应力的劣化程度为17.84％,内聚力的劣化程度为21.95％,表明急速卸压条件下构造煤更易失稳破坏,应力释放控制瓦斯膨胀能的非稳态释放,从而导致构造煤突出的连续发展.

    构造煤急速卸压卸围压速度应力释放煤与瓦斯突出

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    抽采钻孔孔周煤体渗流阻力分布特征试验研究

    张天军武晋宇庞明坤张磊...
    645-654页
    查看更多>>摘要：瓦斯抽采钻孔孔周煤体的孔隙结构变化是影响其渗流阻力的重要因素之一.为研究钻孔孔周粉碎区和裂隙区煤体渗流阻力的演化特征,采用稳态渗流法,研究了三轴压实状态下初始孔径大小对破碎煤样内部孔隙压力的影响规律,并对渗透过程中试样分层界面对孔隙结构属性参数的影响进行了分析.结果表明:单一孔径试样在同一渗流速度下,随着孔径的增加,渗透状态逐渐由层流过渡到紊流,渗流阻力由黏滞阻力为主发展成惯性阻力为主,双重孔径组合试样最小孔径大小是影响孔压梯度变化的先决条件;双重孔径组合煤体平均颗粒粒径介于0.1～1.025 mm,孔喉比分布在2～4,且渗透压降随孔喉比的增加呈二次曲线规律增长;孔径大小的变化对渗透率的影响较大,随着初始孔径的增大,其影响瓦斯通过煤体的能力增强;单一孔径试样与双重孔径组合试样非达西流因子分别与粒径的倒数和粒径差的倒数呈线性关系,且随着非达西流因子的增加,非达西渗流效应越来越明显,说明非达西流β因子增长趋势受孔径大小的影响,且孔径大小突增导致流体与渗透骨架的相对接触面积减小,非达西流β因子进一步增加;可见,在瓦斯运移过程中,钻孔孔周煤体的破碎程度与煤层渗透性具有良好的一致性,结合渗透率与非达西影响因子,可以对试样孔隙几何结构参数作出定量描述,从而揭示孔隙结构变化对渗流阻力的影响.

    抽采钻孔瓦斯渗流破碎煤岩渗流阻力界面改变

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