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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

    基于现场压水的同一条断层不同位置阻渗差异性研究

    朱术云王永军吕文茂张民...
    759-768页
    查看更多>>摘要：为研究杨村煤矿十采区内两工作面揭露的同一条断层不同位置预开采煤层底板的断层带阻渗性,在两工作面内选取了 A、B测试区域依次进行了针对断层带的原位压水试验.绘制了 A测试区域4次,B测试区域3次共7次压水过程中的注水水压、监测水压和流量的历时变化曲线,获得了起始导渗和稳态渗流条件,并对起始导渗和稳态渗流条件下的差异性进行了量化分析.发现与A区域内测试断层带相比,B区域内测试断层带中的原生微裂隙在多次高水压压渗测试后发生了较大的连通反应.在此基础上,基于压水过程中的相关渗透系数公式进行了分析,计算结果表明两断层带的渗透性均弱;但通过对比A、B测试区域获取的渗透系数平均值,发现在A区域内渗透系数在多次重复压渗后升高了 2.4倍,B区域内渗透系数在多次重复压渗后升高了 20％,揭示了断层作为一种破碎胶结的裂隙岩体在两不同位置处具有明显的各向异性和非均质性.最后通过两位置处压水水压P和流量Q之间散点图所拟合的P-Q变化曲线特征,与相关规程及研究对比,认为两位置压水断层带类型属于冲蚀型和扩张型,断层带裂隙不发育,但裂隙中充填有密实程度不同的阻渗充填物,一旦压水水压超过临界值,部分充填物被冲蚀,微裂隙就会发生一定程度的扩展.但因充填程度不同,导致断层带不同位置渗透性发生差异性变化.

    现场压水同一条断层断层带阻渗差异性渗透系数P-Q关联特征

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    风积沙沉陷区油气管道安全距离控制方法研究

    王文雷钧祺任建东何云...
    769-777页
    查看更多>>摘要：为优化开采沉陷区内油气管道安全距离的布置,以鄂尔多斯盆地气煤重叠区内风积沙沉陷区为工程背景,以概率积分法为研究基础,提出了地表下沉曲线高斯函数;结合沉陷区内管道的运动轨迹、极限变形量与地表下沉曲线相关关系,建立了沉陷区内油气管道安全距离控制预测方法,并采用数值模拟方法和工程实例进行对比验证.结果表明:沉陷区管道运动轨迹是沿着地表下沉曲线以直线方式指向采空区中心,其变形呈现偏向采空区的漏斗状;沉陷区内油气管道安全距离控制预测方法在兼顾油气管道和开采安全的前提下,缩短了采煤工作面与油气管道间的距离留设,为气煤重叠区内管道的布置方式提供了新方法;合理调节油气-煤炭资源共采机制下的协调开采,为煤系共伴生资源的协同开发提供了新思路.

    油气管道风积沙沉陷区地表下沉曲线安全距离控制预测方法

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    考虑矿井水流速和时效影响的煤矿地下水库储水系数计算模型

    汪北方周铎蒋嘉祺梁冰...
    778-789页
    查看更多>>摘要：选取神东矿区拟建地下水库22614工作面为研究背景,利用工作面开采相似实验和矿井水浸砂岩加载实验,模拟采场覆岩运动规律和应力分布状态,分析采空区覆岩结构特征,建立考虑矿井水流速和时间效应影响的煤矿地下水库储水系数计算模型.研究结果表明:模型工作面开采基本顶初次垮落步距46 cm,基本顶周期垮落步距7～16 cm;采空区覆岩仅存在裂隙带和垮落带,垮落带岩块间存在大量非完全接触的空洞、空隙及欠压实裂缝,是煤矿地下水库最主要的储水空间;采空区岩体承载应力沿走向基本呈"∩"形分布,最大应力趋于1.5 MPa,覆岩位移以走向中心线为对称轴呈"U"形变化,最大位移为-2.5 cm.基于采空区覆岩关键层运移轨迹构建其底面下沉曲线函数方程,数学量化采空区垮落带体积、垮落带岩体空隙量和吸水量,建立包含岩石碎胀系数等参数构成的煤矿地下水库储水系数计算模型,通过明确砂岩碎胀系数与矿井水流速和时间的数学关系,进一步完善煤矿地下水库储水系数计算模型,并对模型进行实例计算和实验验证,模型计算储水系数0.196 5,实验测定储水系数0.210 4,证明了计算模型的准确性,可为煤矿地下分布式水库库容设计和储水调度提供重要理论依据.

    关键层岩石碎胀系数矿井水流速度时间效应储水系数

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    不同种类添加剂对地聚合物-岩石界面过渡区的影响研究

    陆翔杨雨清才庆祥周伟...
    790-800页
    查看更多>>摘要：为研究不同种类添加剂对地聚合物界面过渡区(ITZ)的影响,设计了变角剪切试验以研究地聚合物材料对界面力学行为的影响,采用Mohr-Coulomb准则表征了界面内摩擦角与黏结强度,并通过扫描电镜结合能谱(SEM-EDS)分析了破裂面的微观结构.研究结果表明:地聚合物与岩石界面的内摩擦角在38°～48°之间,同一组对照实验中界面内摩擦角与黏聚力呈负相关.对于同一种类岩石,强度更高则表现出更高的界面黏结强度.3种纤维材料对矿渣-地聚合物材料与骨料的黏结强度都有积极影响,其中玻璃纤维增强效果最为显著,为3.72 MPa.在所有的试验结果中,硅灰对界面黏聚力的增强效果最大,为3.79 MPa.ITZ仍是矿渣-地聚合物混凝土中最薄弱的区域,SEM-EDS检测结果表明地聚合物-岩石界面过渡区域主要存在于地聚合物材料中,界面过渡区域宽度在10～20 μm之间.

    矿渣-地聚合物界面剪切试验ITZ黏结强度纤维材料化学添加剂

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    压剪复合载荷下煤岩蠕变力学特性及声发射特征

    李明浦海陈彦龙吴克通...
    801-812页
    查看更多>>摘要：矿柱轴向与最大主应力方向呈一定夹角分布时,常受到压缩载荷和剪切载荷的共同作用,其力学行为与纯受压矿柱存在显著差异.采用改进的压剪复合加载系统分析了煤岩在压剪复合载荷共同作用下的蠕变力学特性变化规律,结合声发射技术,探究了煤岩微裂纹演化规律和声发射能量特征,总结了不同加载倾角下煤岩力学性能损伤机制.结果表明:随着加载倾角的增加,煤岩峰值强度、蠕变试验总时长、蠕变破坏应力和长期强度总体呈逐渐减小的特征,但蠕变破坏应力和长期强度与峰值强度的比值随倾角变化甚微;煤岩破裂模式由张拉破坏(θ=0°)向剪切破坏(θ=5°,10°和15°)转变;累计声发射能量与其长期强度具有高度相关性,煤柱长期强度越低,其累计声发射能量越小,说明剪切应力分量可使裂纹在较低的能量吸收下扩展;煤岩内部微裂纹的萌生和扩展以及矿物颗粒间摩擦阻力的衰减是导致试样破坏的重要因素.研究结果可为受剪矿柱长期稳定性评估提供重要的理论依据.

    压剪复合载荷蠕变特性长期强度声发射裂纹演化

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    不同冻融条件下砂岩损伤力学特性

    李勇桂辉高陈结胡双杰...
    813-823页
    查看更多>>摘要：为探究不同冻融条件下砂岩冻融损伤规律及其力学特性,对不同冻融周期和不同循环次数的冻融砂岩进行单轴压缩破坏性试验,监测其声发射信号,并基于试验结果和统计损伤理论建立了损伤演化方程.结果表明:冻融循环时,冻融周期和循环次数的增加均会造成砂岩冻融损伤的增加,砂岩单轴抗压强度和弹性模量随冻融周期的增长呈指数型衰减,随循环次数的增加呈线性降低;声发射累计振铃计数变化趋势与应力-应变曲线表现出较好的一致性,压密阶段和线弹性阶段累计振铃计数很小,塑性变形阶段累计振铃计数逐渐增加,且增速不断上升,峰后破坏阶段累计振铃计数剧增,冻融周期越长、循环次数越多,砂岩破坏时累计振铃计数越小;冻融损伤变量决定冻融载荷作用下总损伤变量的初始值,冻融周期越长、循环次数越多,砂岩初始总损伤变量越大,损伤演化曲线分为3个阶段,初始阶段损伤几乎不增加,发育阶段损伤逐渐增加,且增速越来越大,加速阶段损伤剧增并造成砂岩宏观破坏.

    冻融周期循环次数声发射损伤演化

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    含偏心裂隙类岩石劈裂强度及破坏特征试验

    黄耀光李杨杨杨晚霞
    824-835页
    查看更多>>摘要：为探究偏心裂隙对岩石拉伸力学性能的影响机制,利用自主设计的加工装置制备了具有不同偏心距和倾角的预制裂隙类岩石试样,对其开展平台巴西劈裂试验和非接触全场应变监测试验,并基于载荷-位移曲线和表面应变场演化,分析了偏心距和倾角对变形、拉伸强度和劈裂破坏的影响,揭示了拉伸强度劣化规律及劈裂破坏原因.结果表明:试样表面应变在压密和近似线弹性变形阶段基本不变,在裂纹稳定扩展和非稳定扩展阶段发生从缓慢增加到急剧增加的变化;相同裂隙倾角下,偏心裂隙试样的拉伸强度随偏心距增大而增大,且偏心距对拉伸强度的劣化影响远大于裂隙倾角的影响;预制裂隙的偏心距是影响试样劈裂破坏的主控因素,随着偏心距的增大,劈裂主破坏外的横向和竖向次生破坏越少,破坏模式越简单,可分为"Z"字型、"一"字型和中心劈裂破坏3类;拉伸应力诱使试样产生劈裂主破坏和竖向次生破坏,而横向次生破坏则由压缩应力诱发,且偏心距越小,预制裂隙尖端的应力集中对劈裂破坏的影响越显著.

    偏心裂隙应变演化抗拉强度劈裂破坏破坏模式裂隙倾角

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    孔隙水实时作用下冻结饱水砂岩的三轴压缩试验

    冯梅梅袁抗生
    836-844页
    查看更多>>摘要：为研究孔隙水压力实时作用下冻结饱水砂岩的力学特性,开展了 4个地应力梯度下砂岩常温(20 ℃)和负温(-5 ℃)、有孔隙水压力和无孔隙水压力条件下的三轴压缩力学特性研究,并对冻结前后砂岩试样进行微观扫描电镜测试.结果表明:低温冻结可以强化砂岩试样的三轴抗压强度,冻结后形成的孔隙冰可以隔绝孔隙水的流动;孔隙水压力在常温和负温情况下均会弱化砂岩三轴抗压强度,且在常温状态下更为显著;随着地应力的增大,常温情况下孔隙水压力对砂岩试样三轴抗压强度的弱化作用逐渐变强,负温情况下则相反;有孔隙水压力冻结的砂岩弹性模量普遍低于同地应力条件下无孔隙水压力冻结砂岩试样,且弹性模量随着地应力的增大先增长然后逐渐衰弱;砂岩试样在常温条件下加载破坏面多为平滑的剪切破坏,冻结之后破坏面多呈"S"状;有孔隙水压作用的砂岩试样微观结构中有更多的冻结散落颗粒和碎屑,冻结条件下更为显著.

    冻结砂岩孔隙水压力三轴压缩强度演化规律微观结构

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    原岩应力井下测量钻孔合理深度研究

    马文顶周嘉乐张源郝佑民...
    845-852页
    查看更多>>摘要：围绕地应力测试钻孔合理深度,采用弹性力学理论,建立了巷道围岩应力分布的无量纲数学模型,分析了不同侧压系数和误差等级下巷道围岩中原岩应力边界范围;采用数值模拟方法,研究了不同巷道宽度和高度时巷道围岩中的应力分布规律,揭示了巷道围岩中原岩应力边界深度与巷道尺寸的关系,得到了地应力测试钻孔的合理深度并在现场进行了验证.结果表明:巷道围岩应力分布与巷道无量纲半径R及侧压系数λ密切相关;巷道开挖应力影响范围为3～5倍巷道半径;当λ＜1时,巷道围岩应力影响范围边界为长轴过巷道中心且水平的椭圆形;当λ＞1时,影响范围边界为长轴过巷道中心且竖直的椭圆形;|λ-1|的值越大,长轴与短轴的比值越大;垂直巷道帮部施工地应力测试孔时,钻孔深度取1～2倍的巷道宽度;垂直巷道顶板施工钻孔时,深度为1.5～2.5倍巷道宽度;随着巷道宽度和高度的增加,巷道围岩中原岩应力边界深度逐渐增加;巷道宽度对原岩应力深度的影响明显大于巷道高度.综合来看,2倍巷道宽度可以作为地应力测试钻孔深度下限.

    地应力钻孔深度应力解除数值模拟

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    关退煤矿软岩地下空间压缩空气储能模型试验系统研制及其应用

    胡李华岳群超吴云蔚立元...
    853-866页
    查看更多>>摘要：压缩空气储能是关退煤矿地下空间资源具有广阔前景的规模化利用方式,但当前对高气压作用下煤矿软岩储气库复合结构受力和变形规律认识不清,严重制约了其发展.为此,研制了一套模拟煤矿软岩地下空间压气储能的大型模型试验系统,该模型试验系统主要由电液伺服大型真三轴加载平台、高压空气加载控制系统、储能硐室复合结构模拟系统及数据监测系统组成.其中,电液伺服大型真三轴加载平台用以模拟初始地应力;高气压加载控制系统由空气压缩机、高压气罐、控制系统、高压管路、压力阀和压力表等组成,用于精准控制充放气;基于相似理论,储能硐室复合结构模拟系统模拟软岩-配筋混凝土内衬-滑移层-密封层组成的复合结构;数据监测系统包括应变、压力和温度等传感器、光纤线缆及配套的数据采集分析仪器、软件,用于监测试验过程中关键参量的演化信息.针对曹庄煤矿压缩空气储能科研需求,开展了不同地应力组合、循环充放气及高压保持等工况下的模型试验.结果表明,该试验系统可以获得不同工况下压气储能硐室复合结构受力和变形规律,是开展进一步研究的有力工具.

    压缩空气储能关退煤矿软岩模型试验地下空间

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