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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

    基于拓扑结构和级联失效的巷道重要度研究

    王伟吴兵黄来胜赵晨光...
    990-999页
    查看更多>>摘要：为了解决矿井通风系统巷道重要度不能客观确定、重点巷道不能准确定位的问题,基于通风网络复杂特征、图论理论并引入供水管网中节点和管段级联失效重要度确定方法,从井巷结构与功能两方面对巷道重要度进行双重分析.选取节点的度中心性、介数中心性和紧密中心性 3 个参数,计算巷道节点与风路分支的结构重要度;通过矿井通风仿真模型中某条巷道密闭级联失效对其余巷道风量影响程度确定密闭巷道的功能重要度.综合巷道的结构与功能重要度,建立矿井通风系统巷道重要度评估模型.以余吾煤矿北翼通风系统为例,使用Ucinet软件计算出北翼各节点的中心度指标值和风路结构重要度,在北翼矿井Ventsim通风模型中进行巷道级联失效影响性评估,确定巷道的功能重要度.综合通风网络中巷道的拓扑结构和级联失效影响对其重要度进行评估,得出北翼通风系统中各条巷道的综合重要度大小.依据巷道风流类型对巷道的综合重要度进行排序,在余吾煤矿北翼矿井通风系统中,进、回风立井综合重要度＞回风巷综合重要度＞工作面综合重要度＞进风巷综合重要度.以北翼巷道综合重要度为权重,对通风模型准确性进行评估,对比分析其与传统评估模型的区别.研究成果可为矿井通风系统中重点巷道识别、矿井通风模型准确性评估、矿井风量监测和通风系统优化设计提供可靠依据.

    矿井通风系统巷道重要度拓扑结构级联失效通风模型准确性

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    基于光频域反射技术的采动裂隙演化规律及应用研究

    王坤孟祥瑞程详赵光明...
    1000-1010页
    查看更多>>摘要：为研究深部煤层综采工作面采动卸压覆岩裂隙演化规律,以芦岭煤矿Ⅲ1022 综采工作面为工程背景,采用光频域反射技术(OFDR)分析相似模拟试验采动覆岩裂隙演化全过程,结合现场瓦斯抽采情况及光纤监测结果,对采场裂隙时空演化规律进行研究.研究结果表明:工作面回采过程中,采空区覆岩水平方向光纤拉应变曲线呈左、右两峰,两峰间距表征覆岩实际垮落宽度,两峰峰值处为工作面两侧采动破断线.垂直方向受超前支承压力影响,工作面前方出现压应力集中区域,光纤压应变曲线呈台阶递减状态,采空区顶底板皆出现拉应变凸峰.工作面上隅角风排瓦斯浓度、1#定向钻场拦截孔、5#地面井的卸压瓦斯抽采情况,反演了工作面采动裂隙的演化特征,结合现场光纤监测试验,判断采场覆岩裂隙带发育高度为 77.5 m,覆岩裂隙发育层位已至 8、9 煤层.研究结果为工作面开采工艺设计、邻近层瓦斯运移、抽采的钻孔设计、瓦斯治理等提供理论基础,对矿井安全高效生产起明显促进作用.

    覆岩裂隙演化卸压瓦斯抽采光频域反射技术相似模拟试验现场监测

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    三维动静载荷作用下组合煤岩样动态力学特性及本构关系

    翟新献赵晓凡钱红亮刘勤裕...
    1011-1024页
    查看更多>>摘要：为研究冲击倾向性煤层巷道底板煤岩体的动态力学特性,利用分离式霍普基森压杆(SHPB)试验系统,采用耿村煤矿综放开采回采巷道的煤样和底板岩样,进行圆柱形组合煤岩样动静载荷冲击压缩试验,研究煤岩组合比、冲击速度和围压对组合煤岩样动态力学性能的影响.试验结果表明:依据动态应力-应变曲线,将煤岩样冲击压缩变形过程划分为4 个阶段,在屈服阶段煤岩样变形出现数次应力屈服平台;试件动态抗压强度、屈服强度均与煤岩组合比负相关,煤岩样动态峰值强度、变形模量、极限应变等均与冲击速度呈线性正相关,动态峰值应变、极限应变和残余应变均与围压负相关.基于统计损伤理论,建立三维中应变率组合煤岩样黏弹性时效损伤本构关系.理论曲线与室内试验曲线拟合度较高,可用来表示三轴动静载作用下组合煤岩样动态应力-应变关系.研究结论为冲击地压矿井深部开采时煤岩样变形失稳机理研究提供理论支撑.

    组合煤岩样SHPB煤岩组合比冲击速度围压动态力学性质本构关系

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    不同粒径分布多孔介质的幂律流体渗透注浆机制

    张华磊徐保杰王开伟束云龙...
    1025-1035页
    查看更多>>摘要：以分形理论与幂律流体在多孔介质中的渗流运动方程为基础,推导出不同粒径分布因素的多孔介质幂律流体渗透注浆理论模型,通过室内试验与COMSOL Multiphysics软件对理论模型进行验证,同时使用并行电法仪对浆液扩散范围进行监测,开展不同注浆压力与多孔介质孔隙率条件下的模型试验与数值仿真分析.结果表明:激励电流可以较好地指示浆液的渗流路径,视电阻成像分析可对浆液扩散范围进行宏观监测,幂律流体在考虑不同粒径组成多孔介质中的渗透扩散半径小于不考虑不同粒径组成多孔介质中的扩散半径,二者相差的均值为 11.77%,且考虑不同粒径组成多孔介质模型得到的扩散半径更接近实测值,且注浆压力与多孔介质孔隙率越大,越不能忽略不同粒径分布因素对浆液扩散的影响,采用该理论模型更能反映幂律流体在不同粒径组成多孔介质中的渗透扩散规律.将该理论模型成功应用于顾北矿南二采区 1512(3)工作面预注浆加固,取得了良好的工程实践效果.

    不同粒径颗粒分形理论多孔介质幂律流体渗透注浆机制

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    粗糙裂隙煤岩的分形多场渗流模型及数值模拟

    季明孙中光刘冠男范书帝...
    1036-1045页
    查看更多>>摘要：煤体裂隙分布特性对气体聚集、运移及产出具有至关重要的影响.基于多孔介质分形理论,构建了一种新的跨学科分析模型,定量表征了煤岩裂隙粗糙程度,并将煤岩渗透率定义为它的函数,进而与煤体变形、吸附效应及气体压力耦合,实现了多物理场耦合作用下裂隙粗糙程度及分形行为对气体渗流、煤岩应力和渗透率影响的定量分析.研究表明:提出的4 个分形参数能够很好地表征粗糙裂隙数目、长度、迂曲度及粗糙程度;当煤岩物性参数保持不变时,渗透率与裂隙迂曲度分形维数成反比,与裂隙分形维数成正比;相较于其他微观参数,迂曲度分形维数的改变对煤岩渗透率及气体压力的影响最大.研究结果可为相关工程项目提供一种全新的评估抽采率及开采安全性的跨学科方法.

    裂隙结构分形几何粗糙程度多场耦合渗透率

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    超声波作用时间对清洁压裂液改造煤岩效果的影响

    王昌伟左少杰李希建李滨...
    1046-1057页
    查看更多>>摘要：超声波辅助压裂增透技术具有水力压裂大范围增透、压裂液改造微孔隙、超声波促进瓦斯解吸抽采等优点,可有效改善瓦斯抽采效率,具有广阔的应用前景.为研究超声波作用时间对清洁压裂液改造煤岩效果的影响,对沈阳某矿煤样开展了不同超声波作用时间下清洁压裂液浸泡试验,并通过扫描电镜结合能谱(SEM-EDS)和压汞法(MIP)联合表征煤样孔隙结构,利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析煤的化学结构.结果表明:超声波作用下压裂液与矿物杂质产生化学反应,改善了孔隙结构特征和孔隙连通性,且增长趋势先急后缓,拐点约为5h,此时煤岩总孔容、孔隙分形维数和渗透率相较原煤分别增加了22.60%,5.25%和73.95%,迂曲度降低了17.93%;超声波和压裂液共同作用可增加煤的芳香度,有利于瓦斯解吸,且增加趋势为先缓后急再缓,拐点分别约为3h和8h,芳香度分别增加了0.98%和16.23%;受能垒及分子结构等影响,煤分子结构改造难度大于矿物质化学反应,芳香结构参数的变化较孔隙结构滞后约 3h;煤样孔隙结构和芳香度的变化表明该技术可有效改善煤孔隙结构、促进瓦斯解吸,且该条件下的有效作用时间为 8h.研究结果丰富了瓦斯抽采理论体系,可为该技术的现场实践提供理论指导.

    超声波压裂液孔隙结构化学结构官能团煤层气解吸

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    不同粒径煤颗粒孔隙特征及动态润湿行为

    胡千庭郑雪雯李全贵张跃兵...
    1058-1068页
    查看更多>>摘要：为揭示煤尘润湿机理和改进抑尘效果,研究了粒径影响下煤颗粒的动态润湿行为.将煤样破碎筛分为5 种不同粒径的煤颗粒,通过低温液氮法和压汞法联合表征煤颗粒孔隙特征,分析不同粒径煤颗粒孔隙分形特征,借助低场核磁共振(LF-NMR)技术从时间和空间尺度分别描述水在润湿煤颗粒过程中的状态变化及动态润湿过程.结果表明:粒径减小,过渡孔、微孔孔径占比增多;粒径过大或过小时,过渡孔、微孔的分形特征不明显;低场核磁共振T2 谱图反映了润湿过程中煤颗粒孔隙吸附的水、煤颗粒表面吸附的水和流动的自由水 3 种状态,定量分析水的时空演变特征,将润湿煤颗粒过程分为煤表面扩散、润湿表面孔隙及持续扩散 3 个阶段.润湿阶段的明确为提高煤尘润湿效率提供了参考.

    粒径动态润湿孔隙结构低场核磁共振

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    煤体应力随钻监测响应特征及智能感知技术研究

    王桂峰张崟峰王忠宾静涛...
    1069-1077页
    查看更多>>摘要：由于冲击地压灾害的复杂性、突发性及形式多样性等特点,灾源准确感知与预警、应力场精准调控等问题迫切需要解决,数字钻探被认为是定量测量岩体力学信息的原位测试新方法.通过自主研制的三轴高应力加载钻进全过程模拟实验系统,开展不同应力、钻进工况条件下钻进敏感性试验,研究不同应力、钻进工况对随钻扭矩、推力、排屑量等信息的影响规律,建立煤体应力随钻感知力学模型,揭示煤体应力与随钻响应信息关联机制,提出基于BP神经网络的煤体应力多参量融合智能识别方法,并开展了工程应用.研究表明:随钻响应信息(扭矩、推力等)与加载应力呈正相关关系,其增长趋势与钻进排屑量随应力增加的趋势相同,而钻进速度、转速是影响随钻响应信息的重要因素;基于BP神经网络的随钻应力识别模型拟合程度好,模型预测准确率达到 95%;井下工程验证发现主动CT反演的应力异常区和随钻反演应力具有较好的一致性,验证了随钻感知煤体应力的准确性.研究为实现煤体应力原位数字钻探技术提供了科学依据,有利于破解冲击地压危险源智能感知与预警行业性难题,促进防冲技术向高效、智能化方向发展.

    深部开采冲击地压应力随钻监测三轴试验神经网络

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    地应力作用下聚能爆破煤体损伤特征试验研究

    杨帅刘泽功常帅张健玉...
    1078-1090页
    查看更多>>摘要：为研究地应力影响下聚能爆破对煤层的损伤情况及裂纹扩展规律,以聚能爆破作用机理和地应力下爆破孔环向应力分布规律为理论基础,通过相似模拟试验和数值模拟与分形维数相结合的方法,探讨了地应力作用下聚能爆破煤体裂纹扩展规律.试验结果表明:相对于无地应力条件,3 组对照试验 1#测点的应力大小和动载作用时间均减少,证明地应力对聚能爆破存在抑制作用.聚能爆破受地应力的影响会减少裂纹发育的长度,但依然能够保证裂纹的定向发育.当聚能方向平行于最大主应力方向时,聚能方向裂纹会得到延长;反之,裂纹长度将会减少.通过ANSYS/LS-DYNA对不同侧压系数(k)下煤体聚能爆破进行模拟,结果表明:k越大对聚能方向裂纹发育抑制越明显;k越小则对聚能方向裂纹发育起促进作用.同时,通过线性拟合得到损伤量w和分形维数D之间的函数关系,建立了煤体损伤预测模型.

    聚能爆破地应力数值模拟分形维数裂纹扩展

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    坚硬顶板特厚煤层采场瓦斯运移规律及抽采参数研究

    霍丙杰张松涛黄宇轩靳京爵...
    1091-1102页
    查看更多>>摘要：坚硬顶板特厚煤层采场瓦斯涌出及运移特征具有特殊性,研究其特征是确定瓦斯治理方案、解决工作面瓦斯超限的基础.以大同矿区石炭系坚硬顶板特厚煤层开采为工程背景,运用理论分析、数值模拟及现场实测等方法研究采场瓦斯运移规律、抽采治理技术与参数.研究表明:坚硬顶板采动影响范围广、悬顶面积大,导致瓦斯异常涌出且积聚于顶板悬顶下的无风区域,工作面来压时瓦斯随悬顶垮落挤压进入工作面易引起瓦斯超限;工作面仅通过U型通风方式不能解决上隅角瓦斯超限问题,故提出采用高抽巷作为工作面瓦斯防治技术;首次定义了抽采权重概念,并基于抽采权重的动态调整,确定了高抽巷竖布置层位及抽采参数,高抽巷竖直距离工作面 18 m、水平距回风巷15 m,最佳抽采负压为7 kPa,最佳抽采权重范围为0.25～0.5,实现了上隅角瓦斯最高浓度仅为 0.63%、瓦斯抽采浓度 3.92%、工作面来压期间平均瓦斯抽采率可达 80.8%的抽采效果.研究结果对坚硬顶板特厚煤层综放工作面瓦斯灾害治理具有重要的借鉴意义.

    坚硬顶板特厚煤层瓦斯运移高抽巷抽采权重

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