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期刊信息/Journal information
煤田地质与勘探
中煤科工集团西安研究院
煤田地质与勘探

中煤科工集团西安研究院

王丽

双月刊

1001-1986

ccrimtdzykt@vip.163.com

029-81778075 81778078

710077

陕西省西安市高新区锦业一路82号

煤田地质与勘探/Journal Coal Geology & ExplorationCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊是中文核心期刊，被美国EI PAGE ONE数据库、美国能源研究院《煤文摘》（COAL ABSTRACT）和国际能源机械《煤文摘》（COAL HIGHLIGHTS）等12种数据库和文摘期刊收录。主要刊载煤田地质、矿井地质、煤层气、水文地质工程地质、环境地质、煤田物探、矿井物探、探矿工程等方面的新发现、学术论文、先进经验和技术革新成果。
正式出版
收录年代

    基于动态损伤速率的岩石损伤本构模型

    孟祥振张慧梅李玉根袁超...
    119-128页
    查看更多>>摘要：[目的]本构模型是描述岩体变形破坏特性、表征其力学行为最有效的方法,针对岩石受荷过程中损伤速率变化建立动态损伤演化方程及本构模型成为岩体力学重要内容.[方法]为进一步深入研究荷载作用下岩石变形破坏全过程,将受荷岩石抽象为损伤和未损伤 2部分,且未损伤部分承担有效应力,损伤部分承担残余应力,基于动态损伤速率的演化特征,建立动态损伤演化方程及本构模型,通过红砂岩常规三轴压缩试验结果验证模型的合理性.[结果和结论]结果表明:模型理论曲线可较好地反映岩石受荷损伤破坏的力学行为,其动态损伤演化依次经过损伤不变、损伤加快扩展、损伤缓慢增加和完全损伤 4个阶段,分别对应理论曲线的压密-弹性变形、塑性变形、峰后软化和残余变形阶段;随着围压的增加,岩石动态损伤累积速率减缓,说明围压可抑制损伤扩展,表现为岩石抗压强度的增加和塑性特性的渐次增强;最大损伤速率较为接近峰值点,并在其右侧应力下降阶段,且对应的损伤变量在不同围压下基本一致;模型参数f增加,岩石强度及塑性变形增加;模型参数m减小,岩石强度增加,但对岩石损伤变形影响较小.通过建立的演化方程及本构模型,探讨了最大损伤速率点的特征及模型参数对岩石强度和损伤变形的影响,对岩石力学的发展有重要的参考价值.

    岩石力学动态损伤速率演化方程本构模型围压损伤扩展模型参数

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    大倾角煤层覆岩应力非对称传递时空演化特征

    朱开鹏李志林罗生虎解盘石...
    129-140页
    查看更多>>摘要：[目的]大倾角煤层安全高效开采的关键是对围岩的有效控制,而发现并揭示覆岩应力传递路径的时空演化特征是围岩稳定性控制的基础.[方法]以新疆某矿 25221工作面为例,采用现场实测、物理相似模拟实验和数值计算相结合的研究方法,在综合厘定工作面矿压显现特征、覆岩变形破坏规律基础之上,构建以切应力与正应力为主的应力特征量,研究覆岩应力传递路径时空演化特征.[结果和结论]结果显示:工作面回采过程中,顶板倾向围岩结构呈中上部垮落高度较大、下部垮落高度较小的非对称分布特征,顶板走向围岩结构则随工作面推进呈周期性演化规律.受此影响,顶板采动应力随工作面推进呈现倾向非对称、走向对称的传递演化特征.在工作面倾向与走向剖面内,顶板应力特征量以切应力分界线为界沿采空区四周煤体传递,其传递路径呈现出"m"形分布特征.随着工作面推进距离的增加,应力传递路径由"m"形向中部相连的双"n"形转变,采空区两侧煤体支承压力峰值呈现增大→稳定的演化趋势.在平行煤层剖面内,顶板应力分界线为"w"形分布特征,应力分界线至采空区中心处,顶板应力呈单向传递特征,分界线至煤壁处,顶板应力呈双向传递特征.且随着顶板层位的增加,应力分界线演化至"v"形,研究结果揭示了大倾角煤层顶板应力非对称传递时空演化特征,对丰富大倾角煤层岩层控制理论具有重要意义.

    大倾角煤层采动应力切应力应力方向传递路径

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    大巷煤柱工作面过空巷矿压规律及控制技术

    李振华任梓源杜锋任浩...
    141-152页
    查看更多>>摘要：[目的]由于矿井工作面布置方式的调整,煤柱工作面经常会面临通过废弃巷道时覆岩顶板难以控制的情况.[方法]为解决这一问题,以河南赵固二矿二盘区外侧煤柱工作面过空巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,研究工作面与空巷覆岩破断组合结构,模拟不同支护强度下顶板应力-位移全周期演化规律,分析工作面矿压显现特征,提出相应的控制技术.[结果和结论]结果表明,基本顶不同破断形式对矿压显现特征影响显著,关键块断裂位置可分为煤柱上方、空巷上方和实体煤上方 3种类型.通过建立工作面过空巷力学模型,研究基本顶超前破断力学机理,基本顶受到空巷-煤柱-工作面支护系统支撑作用,形成"砌体梁"稳定承载结构,判定基本顶滑落失稳时空巷支护强度的临界值为 4.6 MPa.数值模拟显示,工作面超前支承压力与空巷应力集中产生的叠加效应对煤柱影响显著,当工作面推进至距空巷 5 m时,煤柱失稳破坏,基本顶易发生超前破断.在工作面过空巷过程中,煤柱超前支承压力分布特征由"双峰型"转变为"孤峰型".不同支护强度下的顶板应力分布特征存在明显差异,确定空巷支护强度为 4.5 MPa能够防止基本顶超前破断.最后,在研究区二盘区外侧煤柱工作面采用"锚网索"支护方式对空巷顶板进行补强支护,过空巷期间液压支架工作阻力在研究区域处于安全范围内,未发生顶板垮落和压架等事故,解决了二盘区外侧煤柱工作面过空巷技术难题,可为类似工作面提供参考依据.

    空巷煤柱力学模型冲击地压数值模拟现场试验

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    新街矿区厚硬顶板条件邻空巷道冲击地压机理与控制

    刘文超赵毅鑫郭继鸿
    153-165页
    查看更多>>摘要：[目的和方法]针对厚硬顶板条件下深部矿井回采巷道冲击地压严重威胁工作面安全生产的问题,以内蒙古新街矿区典型深采矿井 3-1103工作面辅运巷为工程研究背景,分析邻空巷道冲击地压频发区域外在主控因素和内在驱动力源;构建基于软化地基与弹性地基假定"岩梁-地基"系统力学特性的顶板断裂前受载力学模型,解析采场覆岩结构演化过程厚硬顶板岩梁能量演化规律及其主控因素;运用FLAC3D模拟并探查邻空巷道冲击失稳高风险区域位置与特征;研究采场覆岩结构优化与围岩应力能量控制方案,制定厚硬顶板破断诱发邻空巷道冲击地压控制方法.[结果和结论]结果表明:(1)邻空巷道冲击地压频发区域易发生以高静载或高静载叠加动载为主导灾变力源的失稳破坏,影响因素主要为顶板厚硬岩层、邻近采空区、区段煤柱.(2)顶板储能总量与覆岩载荷、软化地基系数、顶板岩梁弹性模量及惯性矩、采空区顶板极限跨距、工作面支架参数等有关.其中,覆岩载荷、软化地基系数和采空区顶板极限跨距与岩梁应变能密度呈正相关,顶板岩梁弹性模量及惯性矩、工作面支护参数与岩梁应变能密度呈负相关.(3)回采期间 3-1103工作面超前支承压力区及其影响区域内区段煤柱和回采巷道煤体呈现多因素叠加影响,发生应力集中和能量积聚,是冲击失稳高风险区域;该区域较 3-1101综采面其围岩应力与能量集中度进一步加剧增大.其中,工作面前方应力和应变能密度峰值增幅最大分别为 6.61%、12.04%,区段煤柱应力和应变能密度峰值增幅最大分别为 29.06%、65.14%.(4)提出了"卸压爆破预处理高静载区域+深孔爆破或水力致裂预裂厚硬顶板+强化巷道吸能防冲支护"的解决方案,现场应用效果明显.

    厚硬顶板冲击地压矿震邻空巷道分源防控

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    弱动力扰动作用下岩石微裂隙演化特征及灾害防控

    姜明伟梁运涛冯文彬李海涛...
    166-176页
    查看更多>>摘要：[目的]高应力叠加弱动力扰动是诱发冲击地压的关键因素,但不同扰动幅值、频率、卸载范围下的岩石微裂纹扩展特征和能量耗散规律尚不明确,无法为冲击地压防治提供技术支撑.[方法]基于真三轴卸载动力扰动试验,分析了不同扰动幅值(5、10 MPa)、频率(4、10 Hz)、三向应力卸载(0、12 MPa)下深部围岩失稳破坏规律,并结合SEM扫描分析了岩石微裂隙特征.通过锚杆拉拔试验,优化了锚杆肋间距和肋高,提高了其吸能支护作用,提出了"吸能锚杆-低阻抗混凝土注浆-喷浆-挂网"组合支护技术.利用传感器对巷道进行长期监测,得到治理前后压力与振动数据.[结果和结论]研究表明:(1)随着扰动幅值和频率的增加,裂纹增加显著且不规则,岩石断口的方向分形维数降低.当扰动为 10 MPa、10 Hz时,分形维数降至最低值 0.62,孔隙方向角 80°～120°孔隙定向频率达到最大值的 52%,约为原始岩石的 1.68倍.说明岩石受扰动后颗粒的应力不均匀,导致应力集中,断裂方向明显.(2)随着扰动幅值和频率的增加,SEM图像的微孔隙面积先快速增加,后缓慢增加且增加趋势越来越小.扰动频率每增加 2 Hz,岩石微裂隙面积增加约 24.13%.(3)现场测试表明随着锚杆肋间距和肋高增加,拉拔曲线形态由"弹塑性阶段-破坏失效阶段-残余阶段"逐渐过渡为"弹塑性阶段-微量屈服阶段-大量强化阶段-破坏失效阶段-残余阶段",肋间距48 mm、肋高2 mm的螺纹钢锚杆吸能效果最好.经现场监测可将巷道压力稳定在 36 N左右,峰值加速度控制在8 000 mm/s2 以内.研究揭示了卸载动力扰动作用下围岩破坏及能量释放规律,提出的"吸能锚杆-低阻抗混凝土注浆-喷浆-挂网"支护技术,可为类似深部工程提供理论指导.

    真三轴试验冲击地压SEM扫描微裂隙吸能锚杆弱动力扰动

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    无镉钎料对PDC切削齿力学性能和微观形貌的影响

    张素慧姚宁平刘庆修刘欢...
    177-185页
    查看更多>>摘要：[目的]PDC钻头不仅是地质保障装备的重要组成部分,更是推动煤炭行业技术进步和效率提升的关键工具.针对目前PDC钻头采用含镉银钎料进行钎焊,而镉是污染性毒性元素,提出采用无镉环保钎料钎焊PDC钻头的新思路.[方法]从钎料与母材的润湿机制出发,采用高银含Sn、含Mn、Ni和只含Ni的Ag-Cu-Zn系钎料对PDC切削齿和钢进行火焰钎焊.分析了不同钎料的剪切强度和PDC切削齿的焊后性能.对熔化温度最高的钎料焊前和焊后PDC切削齿进行微观形貌、元素含量和拉曼光谱分析,探究钎焊温度是否会对PDC切削齿造成热损伤.在此基础上,分析了钎缝界面组织形貌、元素扩散情况、焊后断面特征和物相组成,阐述了无镉Ag-Cu-Zn系钎料钎缝形成机理.同时测量并计算了钎料与两侧界面的润湿角和化学亲和力参数,综合评价钎缝性能.[结果和结论]研究表明:(1)4种无镉Ag-Cu-Zn系钎料均能满足PDC切削齿钎焊强度要求,其中含Mn、Ni的Ag-Cu-Zn系钎料可获得 322.989 MPa的强度值.(2)含Sn的Ag-Cu-Zn钎料钎缝形成机理是界面处元素的微扩散;而含Mn、Ni或只含Ni的Ag-Cu-Zn钎料钎缝形成机理是在界面处形成扩散层,增加了界面处的键合力.(3)含 3%Sn、含Mn、Ni和只含Ni的Ag-Cu-Zn系钎料为延性断口;含5%Sn的Ag-Cu-Zn系钎料为脆-韧混合断口.(4)Mn能降低两侧界面处富Cu相与母材的张力,而Ni只能降低钢界面处富Cu相的张力.因此,含Mn、Ni的无镉Ag-Cu-Zn系钎料强度最高.研究结果为环保型无镉钎料在PDC钻头钎焊方面的工程应用提供了理论和试验支撑,有力推动了PDC钻头的钎焊技术向更加环保、新型的方向转型升级.

    无镉钎料PDC切削齿力学性能微观形貌化学亲和力

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    煤矿巷道空间毫米波雷达测量特性与重建方法

    薛旭升杨星云岳佳宁王川伟...
    186-194页
    查看更多>>摘要：[目的]煤矿井下空间测量是煤矿透明地质建模的重要组成,然而煤矿巷道环境复杂、信息获取不全、感知数据精度不足等难题亟待解决.[方法]首先,深入研究粉尘、水雾、围岩结构等复杂环境因素下毫米波雷达信号特性,建立煤矿巷道围岩毫米波信号衰减模型,对比分析复杂环境因素毫米波雷达的影响机理.其次,针对煤矿复杂环境下毫米波雷达的巷道数字建模问题,提出巷道空间毫米波雷达点云泊松表面重建方法.通过实验测试与模拟巷道环境验证,在揭示煤矿复杂环境条件下的毫米波雷达感知机理基础上,实现了煤矿巷道空间测量与数字建模重构.[结果和结论]结果表明:(1)毫米波雷达能够适应煤矿井下多粉尘、多水雾、围岩粗糙的巷道环境,为煤矿巷道空间重建提供有效数据.(2)泊松表面重建方法能够充分展示真实巷道围岩信息,重建巷道整体宽度的平均绝对误差百分比为 0.59%,巷道整体高度的平均绝对误差百分比为 0.78%.煤矿复杂环境下毫米波雷达空间测量特性与重建方法的研究,为煤矿井下透明地质建模提供巷道空间测量数据,对推动煤矿智能开采具有重要意义.

    毫米波雷达复杂环境巷道建模空间测量煤矿

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    深部地质钻进过程地层特征参数建模与安全预警研究进展

    杨豫龙曹卫华甘超黎育朋...
    195-206页
    查看更多>>摘要：[意义]新一轮找矿突破战略行动持续开展,资源勘探向地球深部进军.深部地层的岩石种类多样,岩石力学参数复杂难测,存在高温、高压、高地应力的复杂环境,易发生钻具失效、井壁坍塌、井漏、井涌等井下事故,给地质钻探带来了挑战.[进展]针对复杂地质环境的感知与建模问题,从地层可钻性、地层压力建模两方面梳理地层特征参数建模的研究现状,依据可钻性和压力两个关键地层特征参数,为地质钻进过程的工艺调整和效率优化提供指导;围绕地质钻进过程安全、高效的需求,从井壁稳定评估、井下故障监测两方面讨论地质钻进过程安全预警的研究进展,通过钻进过程的安全预警技术,帮助司钻人员及时发现并辨别已发生的井下事故,提前辨别并消除潜在的安全隐患.[展望]面对深部地层更加复杂、严苛的地质条件,地层特征参数模型将在地质钻探各个环节发挥更加重要的作用,钻进过程安全预警将成为新一代智能化地质钻进装备的核心技术.在未来,需要构建以地质勘探数据中台为核心的智能地质勘探系统,发挥数据在地质勘探和矿产开发全流程中的关键作用,推动人工智能技术在地质钻进过程优化、地层环境感知与找矿预测领域的落地应用,为地质钻探的安全和高效开展提供保障.

    地质钻探地质钻进过程环境感知地层特征参数建模安全预警地质勘探数据中台

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    《煤田地质与勘探》征稿简则

    封3页
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