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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

    深井切顶留巷围岩变形机理与分区治理技术研究

    华心祝李琛王仙龙祁亚宝...
    655-665页
    查看更多>>摘要：沿空巷道服务周期长,矿压显现强烈,一次采动后往往造成巷内围岩大变形,难以为下区段工作面开采继续服务.以丁集煤矿1452(1)工作面一次采动结束后留巷修复治理和重新加强支护为工程背景,现场测试留巷断面收缩程度,将其划分为3个不同变形特征的待修复治理区域.理论分析巷内围岩变形机理:切顶高度内的顶板破断、回转及采空区垮落矸石的反复压实造成了顶板的非对称变形;采动引起的高支承压力对煤帮破碎区挤压是造成巷帮变形的主要原因;上覆岩层载荷以实体煤帮和采空区矸石帮为媒介传递到底板引起巷道底板变形破坏.利用极小势能原理得到底鼓随应力集中程度的增加而线性增大的结论,并结合数值模拟分析一次采动后顶底板的最小主应力分布状况,以此反映顶底板的应力集中程度.确定留巷修复治理的最佳时机与修复工艺,基于对留巷围岩变形的分析,提出"围岩结构分级分区主被动协同支护"技术.现场监测结果表明,下区段工作面回采时,巷内围岩变形及恒阻锚索受力稳定,该控制技术能够有效控制巷道围岩变形,所留巷道能够满足复用要求.

    沿空留巷切顶卸压围岩控制修复治理补强支护

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    深部强动压巷道底鼓控制机理及技术研究

    肖同强王泽源刘发义代晓亮...
    666-676页
    查看更多>>摘要：在深部强烈采动应力作用下,巷道底板变形控制难度极大.针对深部巷道底鼓控制难题,以1103盘区大巷为研究背景,采用理论分析、实验室试验、数值模拟和现场试验等方法,研究深部强动压巷道底鼓控制机理及控制技术.结果表明:围岩强度低、采动应力高、支护-围岩关系不耦合是造成底鼓的主要原因,巷道底角出现大面积塑性破坏,底角是底板控制的关键部位;提出以"适度卸压"和"强化支护"为核心的底鼓控制技术,即采用"底角开槽"适度卸压与"卸压槽浇筑强化、锚索束强力支护、分层高效注浆和强韧筑层封闭硬化"多层次耦合加固技术,形成与底板应力及变形相适应的多层次卸固耦合强力承载结构,有效控制底板的变形和破坏;确定底板卸固耦合控制技术参数,并在深部强动压巷道底鼓治理中得到成功应用.

    底鼓卸压与强化高效注浆锚索束支护

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    特厚高位顶板切顶自成巷围岩控制技术

    张文杰何满潮王炯程满江...
    677-687页
    查看更多>>摘要：为解决传统留煤柱沿空留巷煤炭采出率低、采掘接续紧张、煤柱应力集中、巷道支护难度大等棘手的难题,以响水煤矿播土区东二采区120313工作面为研究对象,通过短臂梁顶板围岩破坏机制力学模型受力分析与计算、FLAC3D数值模拟巷道顶板切顶卸压效果分析、现场实验的研究过程,确定巷道主动支护参数、顶板爆破参数、挡矸参数和临时支护参数,提出中厚煤层巷道特厚高位顶板"恒阻大变形锚索+巷道顶板双向定向预裂爆破+巷帮补强支护+可伸缩性U型钢挡矸+单体液压支柱临时支护"围岩稳定性控制技术.结果表明:根据顶板的力学性质,特厚高位顶板单根恒阻大变形锚索补偿支护力所需最大值为309 kN;回风巷道顶板切顶与未切顶比较,切顶时工作面超前支承压力最大值减小15％,巷道侧向支承压力最大值减小27％;巷道变形得到有效的控制,在滞后工作面160～175 m范围内巷道围岩趋于稳定.该工作面单位煤柱长度回收煤炭12.48 t,提高了区段煤炭采出率,降低了采矿成本.

    短臂梁补偿支护切顶卸压数值模拟围岩稳定性

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    深井大煤柱沿空掘进工作面侧煤爆机理与防治

    张明杨世纪涂敏刘同达...
    688-698页
    查看更多>>摘要：沿空掘进工作面煤岩稳定是确保深部煤矿安全高效开采的前提.为探究深井大煤柱沿空条件下掘进工作面侧煤爆发生机理及其防治方法,以五阳煤矿深部采区大煤柱沿空条件下05掘进工作面为研究背景,采用理论分析、数值模拟和工程实践等方法,探讨深井大煤柱沿空掘进工作面侧覆岩空间结构特征及其煤体煤爆预测力学模型,提出水力造穴防控工作面侧煤体煤爆的技术方法.研究表明:采场覆岩空间结构是形成工作面支承应力的重要载荷来源,依据不同采场尺度和岩层运动状态划分不同类型,得到考虑覆岩空间结构载荷转移的深井沿空工作面侧煤体支承应力估算模型;工作面侧煤体支承应力及其自身承载强度是影响煤爆发生的2个关键因素,通过分析二者之间的分布特点和大小关系可以定量预测煤爆可能性大小和相对位置;水力造穴能够促使工作面煤体形成"支承宽度增加、应力峰值降低"的效果,实施水力造穴卸压技术后,工作面侧煤体煤爆现象大幅度减少.煤爆预测模型与水力造穴卸压方法已应用于五阳煤矿深部采区多个工作面的采掘工程,成果可为相似条件矿井灾害防治提供一定参考.

    采矿工程深井大煤柱掘进工作面煤爆机理水力造穴

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    预紧扭矩对锚杆拉伸工况影响实验研究

    娄金福董双勇杨景贺原贵阳...
    699-708页
    查看更多>>摘要：锚杆安装预紧状态对其后续服役工况有重要影响.依托自主研发的锚杆力学性能综合试验台,以托盘垂直于杆体安装为例,对真实锚杆系统施加不同的预紧扭矩,测试安装预紧、轴向拉伸等静载阶段锚杆的力学响应特征,揭示杆体受力的转化机制,阐释安装工况对锚杆后续工况的影响规律.试验发现,杆体预紧力与预紧扭矩呈线性关系,杆体扭矩与预紧扭矩呈非线性关系.轴向拉伸阶段杆体扭矩持续降低,尤其以杆体弹性阶段、屈服阶段降幅最为明显,杆体强化阶段扭矩大致保持恒定.拉扭组合状态杆体的极限承载值降低,相当于杆材强度的89.65％～93％.预紧扭矩对杆体极限承载值几乎没有影响,但预紧扭矩的增加会导致极限承载点的杆体伸长量不断减小.其中,预紧扭矩450 N·m时杆体延伸率较杆材降低2.2个百分点.对比各预紧扭矩方案的结果确定预紧扭矩的合理值为350 N·m.力学分析发现,杆体残余扭矩产生的切应力是其承载能力及延伸率降低的主要原因,建议采用张拉预紧方式安装锚杆,以消除螺纹预紧摩擦产生的不利影响.

    锚杆预紧扭矩预紧力残余扭矩组合受力

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    树脂锚固剂外包装材料破坏特征对锚杆锚固性能影响研究

    刘少伟周世宇付孟雄贾后省...
    709-719页
    查看更多>>摘要：树脂锚固剂外包装常用聚酯材料,具有自身不易溶解、与锚固剂主成分不发生化学反应的特性.针对锚杆搅拌锚固剂外包装碎片掺杂于锚固段中是否影响其锚固性能问题,采用理论分析、数值模拟及实验室实验相结合的方法,分析锚杆不同端部破碎不同外包装材料后碎片在锚固环区域分布特征及锚固性能.研究结果表明:树脂锚固剂外包装材料类型对破碎效果影响较大,相较于聚酯材料,铝塑膜材料破碎状态更好,破碎量增加16％;楔形尖端锚杆相较于倾斜尖端锚杆和普通锚杆,提升了对于外包装的破碎能力,楔形锚杆破碎能力相较于倾斜尖端锚杆和普通锚杆增加26％和63％;拉拔试验对比分析发现,楔形尖端搅拌铝塑膜外包装锚固剂时,锚固系统的锚固质量及抵抗破坏的能力得到明显增强,相比常规锚固试件拉拔力峰值的平均值提升约14％.研究成果对巷道支护时锚固剂选择及提高锚固性能具有一定的理论和工程应用价值.

    锚杆端部形态锚固剂外包装破碎效果材料参数锚固效果

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    基于钻孔成像的结构面智能化识别系统

    刘灿灿郑西贵王术龙王济宇...
    720-729页
    查看更多>>摘要：巷道顶板岩层裂隙分布特征是影响安全开采的重要因素,目前钻孔成像法是裂隙探测的主要方法,但钻孔成像法缺乏裂隙智能识别系统,传统人工观察法速度慢,只能定性分析裂隙特征.针对上述问题,在多个矿区进行钻孔成像,形成丰富的岩层裂隙识别数据库,并将数据库分为训练集和测试集.基于卷积神经网络搭建结构面识别网络,网络(1)训练时的像素类别分为背景像素、结构面像素和干扰像素;网络(2)训练时的像素类型分为背景像素和结构面像素.提出裂隙区划分方法,设计裂隙区内结构面数量自动计算程序,优化传统的霍夫变换算法,可实现裂隙区内多个结构面准确识别,并开发结构面参数自动输出程序.研究结果表明:将干扰像素划分为一种类别可以有效改善结构面识别效果.网络(1)对结构面的识别率为76.70％,通过开发的程序使得识别率达到90.20％.对于结构面的起点和终点位置预测误差主要集中在5 mm内,倾向预测误差主要集中于20°范围内,倾角预测误差主要集中于10°范围内,裂隙宽度的平均误差为5.07 mm.该研究工作促使钻孔成像技术由人工观察的定性分析向智能化的定量分析转变,为煤矿智能化发展提供了重要的地质保障技术.

    煤矿智能化安全开采结构面钻孔成像卷积神经网络图像识别

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    厚硬覆岩下巨厚煤层开采转角塔塔线体稳定性演化特征研究

    顾伟王允卿
    730-740页
    查看更多>>摘要：巨厚煤层开采地表塔体稳定性难以保证,明确合理的开采方案已成为巨厚煤层高效开采与塔体稳定问题亟待解决的关键.以崔家沟煤矿转角塔下压煤开采2311工作面为工程背景,研究了厚硬覆岩条件下巨厚煤层开采对地表特殊结构转角塔塔线体稳定性的影响.研究结果表明:对于转角塔塔线体结构,水平移动和倾斜对各项力学性能影响最大.覆岩中硬覆岩占比过大导致沉陷系数取值存在特殊性.利用实测数据训练后的沉陷参数反演预测模型预测值准确度高.通过开采方案中限厚开采段长度及位置因素阐明了塔线体稳定性演化特征.其中限厚开采段长度及位置存在阈值,小于阈值均不能满足塔线体稳定性要求.不同采深下塔线体稳定性演化特征相似,但取值范围呈现非线性关系.研究对于相似塔下压煤开采、煤炭采出率提高以及沉陷控制具有指导意义.

    "三下"采煤塔线体厚硬覆岩沉陷预计地表变形监测

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    膏体充填体假顶稳定性尖点突变分析

    鲜旭红常庆粮张彪
    741-748页
    查看更多>>摘要：针对窑街三矿"三下"厚煤层压覆资源的安全开采问题,采用了下行分层膏体充填开采方法,通过构建膏体充填体假顶力学计算模型,得到了其厚度与极限强度关系式.利用尖点突变理论的势函数,推导了充填体假顶总势能,探究了充填假定的稳定性.采用FLAC3D数值计算软件,建立了下行分层膏体充填开采数值计算模型,研究了充填体假顶的移动变形特征.研究结果表明:充填体假顶的极限强度与其厚度呈幂函数负相关.充填体假顶厚度为3.2 m时,其极限强度为4.9 MPa,当充填体假顶厚度大于3.2 m后,其极限强度逐渐稳定于2.9 MPa.充填体假顶的总势能满足失稳判别式△≥0,不会发生突变失稳破坏.充填体假顶与下分层充填体的最大主应力均为1～2 MPa,小于其极限承载的抗压强度,且塑性区出现在下分层充填体层位,充填体假顶未发生剪切或拉伸破坏,所受的拉应力稳定于0.65 MPa,远小于充填体的许用拉应力.现场实测表明:下分层充填开采时,充填体假顶下沉量与上、下分层充填体的压缩量累计仅为75 mm.因此,在上分层充填体假顶的基础上开采下分层,充填体假顶能够承受上部围岩所施加的覆岩荷载,保证其自身稳定性,不会发生破断失稳,从而保证窑街三矿"三下"厚煤层压覆资源的安全开采.

    厚煤层开采膏体充填分层开采数值模拟充填体假顶

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    不同倾角断层滑移失稳机制试验研究

    谭彦郭伟耀王浩谭云亮...
    749-758页
    查看更多>>摘要：提出了断层摩擦滑移室内试验方法,研究了不同倾角断层摩擦滑移过程中应力、应变、声发射、温度场等演化规律,探讨了断层倾角影响下断层滑移失稳的能量机制.研究结果表明:随着断层倾角增加,断层面阻滑特性及摩擦破坏程度均减小;在断层滑移失稳之前,断层面不同位置应变均产生分化现象,其中垂直断层面应变产生分化现象早于平行断层面,但随着断层倾角增大,断层面不同位置应变在滑移失稳之前协同性增强.声发射信号强度随着断层倾角增大而减小,尤其在滑移失稳阶段声发射6值随着断层倾角增大而显著增加,大尺度微破裂减少;随着断层倾角增大,断层滑移过程中释放的热量及滑移失稳阶段温度增幅均显著减小.大倾角断层不利于积聚能量,但易发生滑移且多次释放能量,易诱发断层-煤体结构失稳型冲击地压,而小倾角断层利于积聚能量,单次失稳滑移释放能量更多,更易诱发断层强动载扰动型冲击地压.

    冲击地压断层滑移声发射(AE)温度场

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