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期刊信息/Journal information
矿业研究与开发
矿业研究与开发

周爱民

双月刊

1005-2763

kyyk81@263.net

0731-88670962 88631209

410012

湖南省长沙市麓山南路343号

矿业研究与开发/Journal Mining Research and Development北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊是经国家科技部和新闻总署批准国内外公开发行的矿业技术类期刊，由中国有色金属学会和长沙矿山研究院主办。主要刊载采矿、地压选矿、爆破、矿山机电与自动化、矿山计算机应用、矿山环保、资源综合利用、特殊采矿及经营管理等方向的内容。主要面向矿山企业、科研设计、高等院校、矿业经营管理等部门的工程技术人员、管理干部和师生。
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    煤-岩层倾角对沿空留巷非对称变形破坏的影响研究

    种化省
    74-80页
    查看更多>>摘要：为揭示煤层倾角对沿空留巷变形破坏的影响,以山东锦丘煤矿为工程背景,通过现场调查、力学模型分析和数值模拟研究了缓倾煤层沿空留巷非对称变形破坏的倾角效应.结果表明:缓倾煤-岩层沿空留巷两帮变形呈现显著非对称特征,随着倾角增大,非对称变形特征加剧,煤-岩层面变形阶跃效应显著;煤-岩层倾角大于10°时,窄煤柱煤-岩界面已具备发生剪切滑移变形的条件;巷道两帮围岩沿煤-岩界面滑移和非对称变形、破坏特征加剧的本质是煤-岩层倾斜导致自重应力和窄煤柱附加应力沿层面分量增大.研究结果可为缓倾斜煤层开采和支护提供参考.

    煤层倾角煤岩巷道倾角效应非对称变形

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    二次采动下无煤柱厚硬顶板预裂控顶技术研究

    张欣涂敏张向阳赵高明...
    81-88页
    查看更多>>摘要：预裂控顶是改善沿空留巷邻面厚硬顶板强矿压显现的主要技术手段之一.针对张集矿1615A工作面留巷二次开采厚硬顶板难冒落问题,采用理论分析、数值模拟、现场实践的方法展开研究.通过理论分析建立了工作面预裂切顶顶板力学模型,得到4种工况下顶板位移、来压步距表达式,计算得出未进行预裂切顶初次来压步距为50.06 m、周期来压步距为21.04 m,预裂爆破后初次来压步距为31.66 m、周期来压步距为14.6 m;结合工程地质条件,设计厚硬顶板预裂控顶方案,并进行数值模拟,结果表明,预裂爆破后,破断步距得到有效缩短,工作面应力峰值降低21.46％～22.52％,有效改善了超前支承压力的影响;现场监测数据表明,预裂控顶效果明显,有效减少了矿压显现现象.研究结果可为类似沿空留巷工作面预裂控顶提供参考.

    二次采动厚硬顶板切顶卸压预裂爆破数值模拟

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    基于SSA-XGBoost模型的地表下沉系数预测研究

    赵兵朝张晴王京滨陈迪...
    89-95页
    查看更多>>摘要：为解决当前地表下沉系数预测模型精度有限、模型不统一、计算繁琐且不利于泛化等问题,对现有35组样本数据中地表下沉系数影响因素进行分析,建立了基于麻雀搜索算法(SSA)优化极限梯度提升树(XGBoost)的预测模型,通过SSA-XGBoost模型迭代学习地表下沉系数与煤层采高、煤层倾角、覆岩岩性、深采比、基载比和基采比之间的非线性映射关系,得到了基于SSA-XGBoost模型预计的下沉系数预测值,并利用拟合优度、预测均方根误差和平均绝对百分比误差对下沉系数预测值进行精度分析.结果表明:基于SSA-XGBoost模型建立的地表下沉系数预测组合模型的拟合优度为0.9516,预测均方根误差仅为0.0206,平均绝对百分比误差仅为2.47％;SSA-XGBoost模型相对于XGBoost模型、BP神经网络模型、随机森林算法模型拟合优度分别提升了 15.79％、111％和62.81％,预测均方根误差分别降低了43.25％、76.61％和73.72％,平均绝对百分比误差分别降低了 46.99％、73.52％和 75.99％;基于 SSA-XGBoost 的下沉系数预测结果拟合效果较好且模型精度较高,研究结果可为地表下沉系数的预测提供参考.

    麻雀搜索算法XGBoost模型组合模型地表下沉系数

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    近断层煤层开采的采空区地震动力响应及其对地表的影响

    王少坤吕义清陈燕
    96-102页
    查看更多>>摘要：为研究近断层煤层采空区地震动力响应及其对地表的影响规律,以山西炉峪口煤矿为工程背景,基于工程波动理论,运用MIDAS GTS NX有限元软件并结合地质环境条件建立三维数值模型,对自由场地和近断层煤层开采场地采用非线性时程分析方法,计算分析其加速度响应规律、位移变化规律和塑性区分布情况.研究结果表明:在剪切地震波作用下,采空区的存在会减小其上方水平加速度峰值,改变了地表动力反应特性;采空区与断层之间会在极短时间内产生裂隙贯通,裂隙的扩张导致采空区跨落会持续加重,造成地表变形;相比自由场地,开采后下盘出露地表岩层沿软弱层面迅速产生裂隙贯通,其位移响应更大,会引起地表崩塌、滑坡等地质灾害.研究结果可以为煤矿地震动力灾害的科学防治提供一定参考依据.

    近断层煤层采空区地震动力响应数值模拟

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    层理角度对砂岩力学特性及断裂破坏规律影响研究

    郝瑞卿周玉国郜昕玥贾天枢...
    103-109页
    查看更多>>摘要：为探究不同层理角度下砂岩的力学特性以及裂纹扩展规律,对五种层理角度砂岩试样进行抗压强度和抗拉强度测试,并采用半圆盘试样进行Ⅰ型断裂韧度测试,获得其破坏荷载,借助有限元分析软件计算其断裂韧度,研究层理角度对砂岩力学特性的影响.研究表明:层理角度对砂岩抗压强度、弹性模量以及抗拉强度的影响非常显著,且随着层理角度的增加,其断裂韧度呈逐渐减小的趋势.裂纹的扩展路径分析结果表明,层理角度为0°和30°的试件破坏状态受层理面影响较小;当层理角度大于45°时,试样破坏主要受层理角度影响,其破坏路径沿层理角度方向扩展.研究结果为层理角度对砂岩断裂破坏和裂纹扩展路径的影响提供了新的思路.

    半圆形砂岩试样Ⅰ型断裂韧度裂纹扩展层理角度三点弯曲试验

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    基于Mogi-Coulomb准则的深部巷道围岩松动圈分析

    经来旺尚佳乐黄旭谢金鑫...
    110-115页
    查看更多>>摘要：巷道围岩松动圈是煤矿巷道支护设计的重要依据,研究松动圈半径的计算方式以及应力场和岩性参数对松动圈半径的影响对煤矿企业具有重要意义.基于Mogi-Coulomb准则推导了围岩松动圈半径计算公式,并与Mohr-Coulomb准则、Hoek-Brown准则、统一强度理论3种准则进行了对比,分析讨论了 4种准则的适用性与优劣性.结果表明,基于Mogi-Coulomb准则计算得到的松动圈半径最小,而基于Hoek-Brown准则计算得到的松动圈半径最大;中间主应力系数与内聚力对松动圈半径有显著影响;内摩擦角与内聚力、内摩擦角与中间主应力系数对松动圈半径的影响有限;在0.5～1的范围内增大中间主应力系数,同时提高内聚力可以有效抑制松动圈的扩展.

    松动圈Mogi-Coulomb准则中间主应力系数内聚力

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    锚注加固体力学特征及破坏机理研究

    臧传伟杨柳陈淼陈洋...
    116-121页
    查看更多>>摘要：煤矿开采中的高应力多扰动问题日益突出,导致巷道常因不同程度的破碎而需要锚注支护,为探究锚注体承载特性以及破坏机理,制作了含不同粒径的无锚和加锚的注浆加固体,分别对其破坏特征、应力-应变曲线以及声发射信号特征进行了分析.研究表明,加锚后注浆加固体的破坏特征由拉伸断裂破坏转为整体以及区域性的剥落破坏,不同粒径锚注加固体试件破坏特征有所不同;锚杆对于注浆加固体的强化主要体现在峰后,增大了注浆加固体的延性和残余强度;声发射特征表征了锚注加固体的破裂过程,阶段性特征明显,随着粒径的增大,声发射活跃期的跨度增长,表明试件的断裂过程更缓慢,能量的渐进释放特征更明显.研究结果为山西某煤矿不同破碎情况的围岩的支护设计提供了参考.

    煤矿锚注加固体力学特征声发射

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    单轴压缩条件下冻融灰岩裂隙扩容及损伤破坏分析

    宋心怡宋彦琦马宏发杨江坤...
    122-128页
    查看更多>>摘要：为研究冻融灰岩单轴压缩下裂隙应变演化及渐进损伤特征,开展了 0次、10次、20次、40次灰岩冻融单轴压缩试验,建立了基于裂隙体应变特征的冻融灰岩损伤本构方程,结合PFC2D数值模拟分析了冻融灰岩的损伤破坏模式.结果表明:经历40次冻融循环后,灰岩的单轴抗压强度、弹性模量、泊松比由原来的109.88 MPa、65.38 GPa、0.225分别降至 70.36 MPa、46.62 GPa、0.197;冻融 10 次、20 次、40 次灰岩裂隙体应变极值分别增至0.0106,0.0146,0.0269.基于体积应变拐点法及位移回归分析法得到的冻融灰岩扩容应力值随冻融循环次数增加而降低,两种方法所得结果的相对误差低于10％.基于裂隙体应变特征的理论应力-应变曲线与试验曲线具有较好的一致性,所建的损伤本构方程适用于低冻融次数灰岩.基于PFC2D所得的冻融灰岩单轴压缩破坏模式为劈裂破坏和"劈裂-剪切"破坏.

    冻融循环力学参数裂隙体应变扩容应力损伤本构

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    三轴加载下灰岩的力学特性及声发射特征

    王巍浩杜西岗许城高凯...
    129-137页
    查看更多>>摘要：灰岩作为煤矿广泛赋存的沉积岩之一,揭示其力学性质和损伤演化过程对于煤炭资源的安全开采至关重要.针对取自淮北某矿81采区-950 m回风石门底板的灰岩试样进行了不同围压下的三轴压缩试验,并采用声发射对灰岩的变形破坏全过程进行监测.试验结果表明:(1)灰岩的应力-应变曲线可划分为四个阶段.随着围压的增大,弹性模量E、泊松比μ、起裂应力σci以及峰值应力σpv均会增大,但闭合应力σc基本保持不变;应力比σc/σpv随围压的增大而减小,σci/σpv与σr/σpv对围压变化不敏感,残余应力σr处的内聚力和内摩擦角相比于峰值应力处分别降低了 18.94％和26.27％.(2)声发射(AE)演化能够较好地表征灰岩的渐进性破坏过程,不同围压下灰岩的声发射演化规律保持一致;振铃计数峰值随着围压的增大而减小,声发射幅值均分布在20～100 dB范围内,灰岩试样内的高幅值AE事件会随着轴向应力的加载增多并呈聚集分布.(3)以累计振铃计数作为特征参量建立的损伤演化模型能够较好地描述三轴应力下灰岩内部的微裂隙闭合、扩展、贯通直至发生宏观破坏这一渐进性破坏过程.

    灰岩三轴压缩力学性质声发射损伤演化

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    预氧化煤复燃特性及关键官能团研究

    巩想军徐永亮霍兴旺张健...
    138-143页
    查看更多>>摘要：为研究封闭火区内煤体复燃特性及关键官能团变化规律,采集综掘工作面长焰煤,采用程序升温在不同氛围(氮气和干空)及预氧化温度(80 ℃、120 ℃、160 ℃和220 ℃)下对煤样进行处理,氧化时间4 h,并以原煤为对照,开展热重分析(TG-DTG)及红外分析(FTIR).通过TG-DTG分析煤样3个特征温度(T1,T2,T3)的变化规律,结合综合燃烧指标公式分析煤样的燃烧性能.通过FTIR分析了不同氛围及预氧化温度下煤样羟基的变化情况.结果表明:预氧化煤T1和T3均低于原煤,并与预氧化温度成负相关,T2随预氧化温度先增大后减小,在120 ℃达到峰值,预氧化煤比原煤更易发生自燃,氮气氛围比干空氛围安全.预氧化煤最大失重速率、Cb和S高于原煤,Hf小于原煤,经过预氧化后,煤的氧化燃烧更加稳定.经过不同氛围预氧化处理后,煤中官能团的种类未发生变化,但羟基含量呈现先升高再降低的趋势,当预氧化温度高于160 ℃时,煤中脂肪侧链与氧反应产生新的羟基,使得干空氛围下羟基含量有所上升.研究结果可为遗煤复采提供一定参考.

    预氧化煤特征温度燃烧指标红外光谱羟基基团

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