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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BPNN全空间电阻率反演的覆岩采动裂隙监测研究

    程久龙徐忠忠陈涛李垚...
    1212-1221页
    查看更多>>摘要：覆岩采动裂隙是良好的导水和瓦斯运移通道,为实现覆岩采动裂隙钻孔电阻率法监测数据的全空间电阻率反演,首先在采煤工作面钻孔电阻率法监测的不同阶段构建具有代表性的覆岩采动裂隙的"两带"地电模型,将不同模型下利用有限元方法计算得到的视电阻率数据作为B P神经网络(BPNN)全空间电阻率反演的训练集和测试集.其次,利用测试集对训练好的网络进行全空间电阻率反演测试.然后,构建检验模型对BPNN全空间电阻率反演结果分别与最小二乘法电阻率反演结果和检验模型电阻率数据拟合结果进行对比分析.最后,利用山西某矿9-204工作面覆岩采动裂隙发育最大高度现场实测结果检验BPNN全空间电阻率反演方法的效果.研究表明,在BPNN全空间电阻率反演结果中能够较精确地分辨覆岩采动裂隙发育位置和范围,区分钻孔上、下方覆岩采动裂隙.研究中实现了覆岩采动裂隙钻孔电阻率法监测数据的全空间电阻率反演,研究成果能够为覆岩采动裂隙钻孔电阻率法精确监测提供技术支撑.

    覆岩采动裂隙钻孔电阻率法监测BPNN全空间电阻率反演

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    雷达探测中煤岩介质相对介电常数变化特征

    赵一鸣相志张农戴京辰...
    1222-1229页
    查看更多>>摘要：利用gprMax软件建立了煤岩介质雷达探测数值分析模型,研究了雷达超宽中心频率探测下煤层相对介电常数的变化特征,揭示了煤岩体相对介电常数与孔隙度、含水率及探测雷达中心频率间的相互影响关系.研究结果表明:煤层相对介电常数随着雷达探测中心频率升高而降低,低频率阶段下降较快,并随着中心频率进一步升高逐渐趋于定值;而煤岩相对介电常数随其孔隙度增大而减小、随含水率增加而增大,且含水率变化对煤岩相对介电常数影响更为显著,同时高频雷达波对煤岩介质含水率变化更加敏感.研究结果可为进一步推动雷达探测技术在煤岩界面识别中的应用提供基础.

    雷达探测中心频率相对介电常数变化特征

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    应力-损伤-渗流耦合下采动弱胶结覆岩渗透性演化规律

    张世忠范钢伟张东升李文平...
    1230-1240页
    查看更多>>摘要：应力-损伤-渗流耦合作用下弱胶结地层采动覆岩渗透性演化是影响矿井保水开采的重要因素.以新疆伊犁四矿21103工作面弱胶结地层条件为背景,选取侏罗系弱胶结泥岩、砂岩,在分析全应力应变过程中弱胶结岩石渗透率变化规律的基础上,明确了弱胶结岩石孔隙结构、矿物组成对其渗透性的影响机理,建立了弱胶结岩石应力-损伤-渗流耦合模型,研究了采动弱胶结覆岩渗透性演化规律.结果表明:围压5 MPa内,弱胶结岩石初始渗透率高,压密阶段渗透率大幅下降,最大降幅达91.5％,这与其初始孔隙率高、孔径大直接相关.同时,弱胶结岩石最大渗透率及残余渗透率与初始渗透率相比增幅较小,最大比值分别为4.51和4.17,这与岩石中高岭石、蒙脱石等水敏矿物遇水膨胀泥化造成部分导水裂隙弥合有关;基于弱胶结岩石基质可压缩融合、破裂等假设,定义了损伤变量D,建立了弱胶结岩石应力-损伤-渗流耦合模型,有效表征了弱胶结岩石初始渗透率高而残余渗透率增幅较小的渗透特性;工程尺度下,弱胶结地层采空区在工作面回采后快速压实闭合,出现渗透率恢复区,且该区域渗透率仅为初始地层的1.1～1.2倍.当工作面连续推进长度大于面长时,覆岩渗透率增高区由"马鞍形"演化为"双V形",并集中分布于开切眼前方及工作面后方25～30 m范围.研究结果可为弱胶结地层保水开采提供指导.

    保水开采弱胶结地层应力-损伤-渗流耦合采动覆岩岩石渗透率

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    单轴压缩条件下煤体宏-微观损伤破坏特征研究

    张琪李祥春LI Biao聂百胜...
    1241-1253页
    查看更多>>摘要：煤体的宏观损伤破坏本质上是由其微观组分和微缺陷结构的力学行为决定的,通过单轴压缩试验和颗粒流数值计算对煤体宏观-微观损伤破坏特征进行分析,同时,基于Weibull概率分布函数建立了描述煤体宏微观损伤的本构方程.研究结果表明:在单轴压缩过程中,受加载煤体内部微裂隙结构单元起裂、扩展和演化影响,形成了 AE信号的偶发、发展和高峰阶段;煤体进入屈服阶段后,内部损伤速率加快,导致AE累计事件方差和自相关系数增加,这些指标可以预测未来加载过程中煤体的损伤破坏进程;外部载荷作用导致内部微裂隙结构单元不断扩展和演化,并表现出明显的宏观损伤破坏特征;通过类比煤与瓦斯突出过程,提出了受载煤体准备、启动、发展和停止阶段损伤破坏过程.

    单轴压缩受载煤体宏微观尺度损伤破坏数值模拟

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    卸载速率对花岗岩岩爆破坏及能量特征影响的FDEM研究

    祁浩李德建李春晓李长祺...
    1254-1266页
    查看更多>>摘要：运用图像处理技术和有限元-离散元耦合方法(FDEM),构建了考虑矿物非均质的二维岩爆试验数值模型,参照岩爆试验加卸载方式和边界条件,模拟不同卸载速率条件下花岗岩岩爆试验,分析模型失稳破坏过程、裂纹扩展和能量转化特征,探究卸载速率对花岗岩岩爆特征的影响机制.研究结果表明:卸载速率越小,模型和试件破坏程度越低,动态破坏现象越不明显.卸载速率越低,裂纹扩展多发生于卸载过程中,并趋于30°～50°倾向扩展,张拉和拉剪混合裂纹占比减少,剪切裂纹占比增加,模型呈宏观剪切破坏.在失稳破坏阶段,上部加载板向模型输入大量的外力做功,可释放变形能全部释放,导致耗散能和动能突增,当卸载速率小于门槛值(1 MPa/时步)时,外力做功和动能水平明显下降,而耗散能水平略微提升,不同的能量变化率有所降低,能有效降低岩爆的突发性.

    非均质数值模型FDEM卸载速率岩爆试验裂纹扩展能量转化

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    三河尖关闭煤矿顶板砂岩三轴力学及渗透特性试验研究

    张卫强潘梓良张凤鸣罗跃...
    1267-1278页
    查看更多>>摘要：针对三河尖关闭煤矿地下空间稳定性和封闭性问题,对其顶板砂岩试样开展三轴伺服渗透试验并同步开展声发射监测,研究不同围压下试样应力、应变、声发射和渗透率变化规律,分析渗透率与应力-应变和声发射的关联关系,在特征应力识别的基础上探究变形过程中岩石破裂类型和最终破坏模式.结果表明:随着围压增大,峰值强度、破坏应变、弹性模量和残余强度逐渐增大,围压由5 MPa增至15 MPa时,其增幅分别为68.17％,49.18％,17.26％和60.13％;空隙渗透率和破坏过程中的最大渗透率逐渐减小,但数量级未变;破坏时剪裂纹占比逐渐增大,破坏形态由单侧剪切破坏变为双侧剪切破坏.渗透率随应变的变化可分为略微下降、基本稳定、缓慢上升和快速上升4个阶段,缓慢上升阶段后出现数量级变化.裂纹体积法和渗透率取值法可对试样特征应力进行较好识别,但声发射受渗流作用的影响较大,无法对闭合应力和起裂应力进行有效识别.

    关闭煤矿顶板砂岩围压力学性质渗透性

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    十二烷基硫酸钠对碱激发煤气化渣充填料浆封存CO2及流变性能的影响

    霍彬彬张吉雄周楠李猛...
    1279-1288页
    查看更多>>摘要：利用碱激发煤气化渣充填料浆(ACP)封存CO2能实现煤气化渣资源化利用和CO2封存目标,但CO2封存对ACP流变性有负面影响,探索了十二烷基硫酸钠(SDS)作为引气剂对ACP流变性和CO2封存性能的调控作用.研究表明:掺入SDS后,ACP内形成大量的气泡,气泡可封存CO2并为碳酸钙的生成提供成核位点,同时具有"降黏和滚珠润滑"效应,因此,SDS能显著改善ACP的CO2封存量和流变性能.SDS的最佳掺量为2％时,ACP的CO2封存量达到最大,屈服应力、塑性黏度和回滞环面积达到最小值.然而,掺入过量SDS时,由于气泡的破裂融合,ACP的比表面积和孔隙体积下降,CO2封存量减少,润滑效果变差.此外,碳足迹分析发现,SDS掺入可显著减少ACP的碳排放量,达到碳减排目标.

    煤气化渣充填料浆CO2封存流变十二烷基硫酸钠碳足迹

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    露天矿无人卡车与有人设备安全协调作业策略

    栾博钰周伟代伟敖忠晨...
    1289-1298页
    查看更多>>摘要：露天矿有人设备的难预测、难控制性是影响无人卡车运输安全的重要因素.为实现无人卡车与有人设备的安全交互,利用无人卡车的可控制性,以"空间换安全"为核心思想,提出了安全协调作业策略.策略将交互作业划分为非平行作业(设备一动一静)与平行作业(设备同时作业).非平行作业旨在建立设备安全区域及合理作业流程,以实现无人卡车和有人设备安全交互;平行作业则是建立基于分段行车许可控制的动态安全区域控制策略及速度控制策略,实现安全交互;提出了多设备间的平行作业策略,搭建了多智能体仿真模型验证.结果表明:设计逻辑可以有效监测到设计存在的4种潜在冲突,并做出相应的速度控制策略,解决了无人卡车与有人设备的安全冲突;对比感知停车策略,交叉冲突下还可提升运输效率约7.1％.研究可为露天矿无人卡车安全常态化运营提供一定的理论基础.

    露天矿无人卡车交互作业分段行车许可多智能体仿真

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    废弃巷道地下储气库复合结构变形特性试验研究

    吴云张凯张雪辉胡李华...
    1299-1310页
    查看更多>>摘要：地质力学模型试验是研究岩土工程问题常用的一种手段,选择合适的相似材料及配比是保证模型试验成功的关键.为研究废弃煤矿软岩巷道开展压缩空气储能的可行性及其应用效果,基于相似理论和正交试验方法,以水泥和石膏为胶结材料、砂为骨料,通过大量室内试验配置一种能够满足孔隙度、弹性模量、强度等要求的相似材料.研究各因素(砂粒径、膏砂比、灰砂比、水砂比)对相似材料物理力学参数的敏感性,并应用于废弃煤矿巷道压缩空气储能物理模型的研制与试验.开展不同工况(循环次数、气体压力、地应力)下储气库围岩-衬砌复合结构充放气试验.研究结果表明:试验所得的相似材料物理力学参数变化区间较大,可以满足煤矿巷道软岩压缩空气储能物理模型试验要求;灰砂比在相似材料单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内摩擦角和黏聚力方面起主要作用,灰砂比和膏砂比对相似材料密度和孔隙度影响起主要控制作用.所研制的物理模型能够有效模拟储气过程中围岩-衬砌复合结构的变形规律,为废弃煤矿软岩巷道开展压缩空气储能研究提供借鉴.

    废弃矿井软岩压缩空气储能相似材料模型试验

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    深部松软高瓦斯煤层底板岩层深孔聚能控制爆破增透研究

    张健玉刘泽功傅师贵乔国栋...
    1311-1322页
    查看更多>>摘要：为解决深部松软高瓦斯煤层深孔预裂爆破增透时存在的问题,提出了底板岩层爆破增透方法,搭建了双向加载气固耦合爆破相似模拟实验系统,开展了普通药包、聚能药包和控制孔爆破的对比实验.结果表明:普通药包爆破后能量大部分作用于底板岩层,对底板造成过度破坏,无法有效致裂上方煤体;布置控制孔爆破后测点拉应变峰值明显增大,煤体形成大量拉伸裂纹,损伤范围增大;聚能药包爆破后静载作用时间增加,聚能方向爆破裂纹集中扩展.聚能药包爆破后对底板的破坏减少了 26.67％,对煤体的损伤提高了 167％,有效致裂煤体的同时减少了对底板的破坏.使用ANSYS/LS-DYNA软件对普通药包和聚能药包耦合控制孔爆破进行对比分析,结果表明:聚能药包耦合控制孔相较于普通药包爆破,可在爆破孔和控制孔连线形成"倒三角形"应力集中区域,对煤体的损伤率提高了 85.37％,对底板的损伤率减少了 32.07％,爆破效果明显优于普通药包.研究成果对深部松软高瓦斯煤层爆破增透具有一定的参考意义.

    深部松软高瓦斯煤层深孔爆破增透聚能药包控制孔

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