期刊,煤炭科学技术 2024年卷12期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

煤炭科学技术

主　　编：王金华

出版周期：月刊

国际刊号：0253-2336

电子邮箱：cst410@china.com

电　　话：010-84262920 84262926

邮政编码：100013

地　　址：北京和平里青年沟路5号

煤炭科学技术/Journal Coal Science and TechnologyCSCD北大核心CSTPCD

查看更多>>该刊为实用性的技术类刊物。辟有技术经验、实验研究、问题探讨、专家论坛、新产品、科技信息等栏目。是全国优秀期刊之一，第二届全国科技期刊评比获二等奖。读者对象为有关专业的科研生产设计教学管理等单位的工作者。

正式出版

收录年代

坚硬顶板动压巷道远近应力场演化规律及调控技术

何杰程蓬吴乐范军平...

1-11页

查看更多>>摘要：针对坚硬顶板强动压巷道围岩变形破坏难控制的问题,以寺家庄 15119回风巷为工程背景,采用理论分析、现场实测、数值模拟与工业试验的综合研究方法,研究了坚硬顶板回采巷道远近应力场演化规律及调控技术.研究表明:15119回风巷在留设 25m煤柱时由于坚硬顶板难垮落造成远场应力集中,且在演化过程中加剧了巷道围岩近场应力环境恶化,这是致使该类巷道围岩变形破坏的问题所在.巷道围岩远近应力场存在紧密的相互作用关系,远场的应力能够引起近场应力范围和大小的变化,从而对巷道围岩的变形与破坏时效及范围产生影响.基于此,提出了巷道围岩的远场与近场应力场调控原理,即在通过工程干预手段有效地调控远近应力场的分布、传导途径及其相互作用,以此实现围岩应力环境的优化和巷道稳定性的增强.依据该原理,提出了"无煤柱留墙掘巷+切顶卸压+强力支护"远近应力场调控技术方案,新方案先调整15119回风巷至邻近15117工作面1.5 m处的低应力区,然后在 15117进风巷顶板水压裂预制裂缝卸压调控远场应力分布与传播途径,最后强化 15119回风巷围岩支护,优化近场应力环境.工业性试验表明:新方案能够有效减弱远场应力对近场应力的叠加作用,新方案中压裂对应的 15119回风巷顶底板移近量最大 460 mm,两帮收缩量最大为 430 mm,断面收缩率降低了 26.1%.巷道围岩远近场应力调控方案取得了良好的控制效果,可为类似巷道提供理论依据与技术参考.

关键词：

坚硬顶板采动巷道远近应力场无煤柱水力致裂卸压-支护

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维普
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大倾角近距离煤层综采运输巷断面形状与支护参数优化

潘坤鞠文君王俊超贾后省...

12-22页

查看更多>>摘要：针对大倾角近距离煤层巷道在多次剧烈采动作用下,巷道围岩频繁出现非对称变形破坏致使围岩控制困难的问题,以代池坝煤矿 31233运输巷为工程背景,通过理论分析、数值模拟、现场监测等综合研究方法,研究了大倾角近距离煤层开采下 3种断面形状巷道围岩变形破坏机理,进一步确定并优化了最佳非对称屋顶形巷道断面形状.研究结果表明:在大倾角近距离煤层剧烈采动情况下,无论巷道断面形状如何变化,其围岩破坏形态均呈现为最大破坏深度位置朝向顶板,且由于靠近上层工作面区域内塑性区扩展应力敏感性较强,导致该区域塑性区范围和深度达到最大,但 3种断面形状巷道整体围岩破坏规律和塑性区分布范围有着明显差别;与拱形巷道、斜顶直角梯形巷道不同的是,非对称屋顶形巷道可根据巷道围岩条件变化来改变左帮、右帮高度以及左坡顶、右坡顶角度,使得巷道围岩整体应力分布趋于合理化,提升围岩破坏可控性的同时提高了巷道断面利用率.据此,提出了基于巷道围岩塑性区分布的非均匀控制方法,并进行了现场工程应用,优化断面形状前后技术经济指标对比结果表明非均匀支护方式对控制围岩变形效果明显,研究结果可为同类型大倾角近距离煤层巷道断面形状选择与支护设计优化提供有效科学依据.

关键词：

大倾角近距离煤层回采巷道巷道断面形状巷道支护

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维普
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非均布载荷条件下端帮开采支撑煤柱参数设计方法

姜聚宇张玉龙曹兰柱王东...

23-37页

查看更多>>摘要：应用端帮采煤机开采工艺回收端帮滞留煤资源过程中,合理地设计支撑煤柱参数,是端帮开采安全、高效进行的前提.基于尖点突变理论,确立了端帮开采支撑煤柱失稳充要条件;建立了采硐顶板-煤柱力学分析模型,基于弹性地基梁理论,研究了煤柱局部失稳后顶板应力、变形空间演化规律,提出了采硐顶板垮落失稳判据,以此作为非均布载荷条件下支撑煤柱失效判据;研究了不同煤柱留设宽度下顶板极限垮落距与煤柱失稳区段长度变化规律,提出了非均布载荷下支撑煤柱参数设计方法.研究结果表明:煤柱失稳的充要条件为分叉集Δ<0;采硐顶板的失稳判据为最大拉应力σtmax大于抗拉强度σtl;煤柱的失效判据为煤柱失稳区段长度lmax大于采硐顶板极限垮落距l2max;设计了山西某露天煤矿端帮开采煤柱宽度最终为3.0 m.

关键词：

非均布载荷端帮开采支撑煤柱煤柱失效煤柱失稳参数设计

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维普
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基于开采深度与构造应力的冲击地压危险性评价子指标取值方法

李震吴冠洋司尚金高鑫...

38-47页

查看更多>>摘要：深部工程岩体复杂赋存环境致使其力学特性不同于浅部,在煤矿开采扰动下时常诱发冲击地压灾害,冲击地压危险性评价在煤矿动力灾害防控中起着重要作用.然而,考虑构造应力影响因素W5 的综合指数法子指标计算中,正常应力值并无明确的取值依据.针对此问题,首先,理清了我国煤矿开采深度现状与地应力分布规律,确定了数值研究中自变量(采深、地应力)的存在范围,基于室内试验结果建立了数值模型并开展了地下岩体开挖数值模拟,分析了破坏体积演化特征与规律,揭示了高地应力显现点对应的临界地应力比随采深的演化规律,建立了高应力显现临界地应力比的定量表达及高应力显现条件判据,最终提出了一种新的基于开采深度与构造应力的冲击地压危险指数子指标.结果表明:冲击地压危险性表现为矿压显现与煤岩体动力失稳,可将高应力显现与强破坏特征判定为"深部"条件;地下岩体破坏体积随地应力比和埋深的增大而增加,破坏体积曲线演化特征随岩性不同表现出差异性;高地应力显现点对应的地应力比随埋深增加而呈指数形式减小,当埋深趋于无穷大时,高应力显现临界地应力比趋于 0.6;当地应力比大于等于高地应力显现点对应的临界地应力比时,出现高地应力显现特征;正常应力值可取为高地应力显现点对应的最大水平地应力.提出的子指标可以准确地评价不同开采深度、不同构造应力条件下的冲击危险性,也体现了防冲工作的个性化特点.

关键词：

深部冲击地压危险性评价高地应力开采深度构造应力

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单轴压缩下不同层理煤能量演化及红外辐射特征

张国宁赵毅鑫孙远东宫智馨...

48-59页

查看更多>>摘要：为了研究不同层理煤变形破坏过程中能量演化及红外辐射响应特征,以红庆河煤矿 3-1煤层的煤样为研究对象,开展了 4种不同层理角度(0°、30°、60°及 90°)单轴压缩试验,并利用红外热成像仪监测煤样变形破坏过程中的红外温度场特征.试验结果表明:随着层理角度的增加,试样的抗压强度及应变能均呈"V"形变化趋势,60°时达到最小值,层理对峰前阶段的弹性应变能Ue及峰后阶段的耗散能Ud影响显著;不同层理角度煤样整体上表现为升温趋势,平均红外温度前兆点为0.84σp;试样破坏模式导致温度变化范围不同,0°和30°试样以张-剪破坏为主,升温幅度分别为1.12、1.30℃,而 60°试样以单一剪切破坏为主,升温幅度较低为 0.46℃,90°试样破坏以拉伸破坏为主,升温幅度最低为 0.4℃;应变能与平均红外辐射温度呈正相关关系,相关程度排序为总应变能U<弹性应变能Ue<耗散能Ud.研究结果可以为煤岩动力灾害预警提供参考.

关键词：

单轴压缩层理效应能量演化红外辐射前兆特征

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不同抵抗线影响下层状岩体爆破的破岩规律

于建新孟鹏展张馨李真珍...

60-70页

查看更多>>摘要：层状岩体是地下工程建设常见的地质构造,钻爆法施工在层状岩体中表现为爆破成型效果差、超欠挖现象严重、振动传播不均衡等问题.抵抗线是影响爆破效果的关键参数,本研究以最小抵抗线为控制指标,研究初始应力与节理角度等影响下的层状岩体爆破破岩规律.以Ⅲ级围岩为地质背景,采用分层浇筑的方法制备不同节理参数的混凝土试块作为层状岩体的模拟材料,进行了一系列不同爆破条件下的爆破试验,结合高速摄影机、动态信号分析系统以及智能五段爆速仪等设备监测了试验过程;利用LS-DYNA三维数值仿真模型,分析了地应力静载与爆炸动载耦合作用下层状岩体的损伤及应力波传规律.研究结果表明:节理对爆破应力波地传播有阻隔作用,改变了裂纹扩展的方向和形态,应力波传至节理面后大量能量发生反射现象,少量能量发生透射现象穿过节理面,爆破效果上表现为主裂纹首先沿节理弱面贯穿,垂直于节理方向迎爆侧的岩石裂纹发育优于背侧裂纹,迎爆侧岩石内的应变强度大于背爆侧;随着抵抗线在 6～10 cm增大,层状岩体爆破产生的爆破粉碎区及裂隙区范围逐渐减小,但爆破空腔范围先增大后减小,抵抗线较小时爆炸能量主要以气体形式逸出造成能量浪费,较大时爆炸能量作用于岩石内部难以抛掷岩石,当抵抗线为H=8 cm时,爆破产生的破岩效果最好;节理面迎爆侧有效应力随最小抵抗线的增加呈现先增大后减小趋势,合速度呈现先减小后增大趋势,节理面背爆侧有效应力峰值和合速度峰值变化趋势平缓.研究成果有助于加深对地下工程中层状岩石爆破破岩机理的认识.

关键词：

层状岩体爆破不同抵抗线裂纹扩展应力波传播

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含共面双裂隙复合岩三轴力学行为及能量演化规律

司余洁肖桃李袁浩折海成...

71-83页

查看更多>>摘要：大量深部岩体工程中广泛存在着不同性质岩石相互接触,局部构成了典型的复合岩体,而裂隙构型属性和围压对复合岩力学行为、能量演化及裂纹扩展规律都有着显著影响.为了研究裂隙构型属性和围压对复合岩力学行为、能量及微裂纹演化规律的影响,基于室内单轴和三轴压缩试验,采用离散元软件构建含共面双裂隙复合岩三轴压缩颗粒模型,系统研究了复合岩在不同裂隙倾角、长度和围压下的力学行为、能量及微裂纹的演化规律.研究结果表明:①裂隙倾角和围压的增加对岩样的力学特性有着优化作用,裂隙长度的增加对其有着劣化作用,且复合岩从单向受力转变为三向受力时,力学特性发生骤变,得到显著的优化;②随着裂隙倾角、长度及围压的增加,复合岩能量大小分别呈现"U"形分布、递减和递增的变化规律,能量的损耗主要出现在损伤应力以后;③岩样在变形加载过程中,产生的微裂纹以张拉裂纹为主,剪切裂纹主要出现在损伤应力后,裂隙几何参数和围压主要影响在相同应力阈值时的微裂纹演化特性.

关键词：

离散元复合岩共面裂隙力学特性能量特征微裂纹

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冻融循环作用下饱水砂岩强度衰减及细观结构特征

谢昊天徐颖郑强强于美鲁...

84-93页

查看更多>>摘要：边坡岩体的冻融破坏是西部寒区露天矿山开采中常遇到的主要病害之一.为了研究冻融循环作用下边坡岩石的力学特性及细观结构劣化规律,对经历 5种不同冻融循环次数(0、20、40、60、80次)的饱水砂岩进行静态压缩试验,并利用核磁共振与扫描电镜技术测试冻融前后饱水砂岩内部孔隙及形貌变化,分析冻融循环条件下饱水砂岩孔隙率、细观结构特征及静态压缩强度的演化规律,建立饱水砂岩在冻融循环条件下的强度衰减预测模型.结果表明:随着冻融循环次数的增加,饱水砂岩弹性模量线性降低,80次冻融循环后,静态抗压强度下降 28.13%,且静态抗压强度与孔隙率呈负相关,冻融作用引起岩样内部较弱的矿物颗粒剥落析出,对其细观结构有明显弱化效应,细观结构损伤会进一步劣化其宏观力学性能;冻融循环作用下饱水砂岩的孔径呈"三峰"分布,随着冻融循环次数的增加,小孔隙扩展发育形成中孔隙和大孔隙,核磁共振T2 谱面积增加,中孔隙和大孔隙占比增加;冻融条件下的饱水砂岩强度衰减预测模型符合指数方程,模型为冻融作用下岩石的力学性能与耐久性提供了有意义的衰减常数和半衰期参数,且孔隙率变化量与相对峰值强度的拟合优度较好,可以很好的反映不同冻融循环次数下的饱水砂岩强度劣化规律.

关键词：

岩石力学冻融循环孔隙率强度衰减砂岩

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冻融-荷载共同作用下砂岩损伤力学特性

宋勇军操警辉

94-104页

查看更多>>摘要：寒区工程岩体长期承受冻融循环与荷载的共同作用,致使岩体力学性质劣化,极易引发各类地质灾害和工程事故.为真实再现寒区工程岩体在反复冻融过程中的力学响应特征,将岩石在受荷(0、15%σc、30%σc、40%σc,σc为岩样的平均峰值强度)状态下进行冻融循环,而后在此基础上开展力学特性研究.结果表明:砂岩质量损失率随冻融次数增大呈幂函数增长,且受荷水平越高质量损失率越大,最大质量损失为 0.37%;受荷砂岩因冻融过程中两端面受端部摩擦力的长期作用,受扰动后极易出现岩石基质脱落现象.随冻融次数增加,岩样孔隙率呈幂函数增长、纵波波速呈指数函数衰减;砂岩在 15%σc应力水平下冻融,其孔隙率增幅最缓、纵波波速降幅最慢,15次冻融循环后孔隙率增长 6.00%,纵波波速衰减 7.91%.岩样峰值强度和弹性模量与冻融次数呈负相关,冻融过程砂岩所受荷载水平对其力学特性影响较为显著,冻融早期受荷砂岩抵抗冻融作用的能力较强,而长期冻融循环作用下砂岩受荷水平越高抵御冻融作用的能力越弱;砂岩峰值应变与冻融次数呈正相关,砂岩冻融过程所受荷载水平对其变形特性产生明显的影响,受荷冻融岩样单轴压缩峰值应变小于无荷冻融岩样.运用损伤力学基本原理建立考虑受荷冻融及力学加载因素的分段损伤本构模型,模型与试验数据匹配度良好,能较好地适用于描述受荷冻融岩石加载损伤破坏过程.

关键词：

岩质边坡受荷冻融物理特性力学特性损伤模型

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煤与瓦斯突出过程中渗流与煤岩体破坏耦合作用机制

张士岭崔俊飞和树栋

105-115页

查看更多>>摘要：针对煤与瓦斯突出诱发机理不清的问题,研究了瓦斯渗流对工作面煤体破坏及煤与瓦斯突出的力学作用机制,分别从煤体渗流试验和土力学 2个角度引入瓦斯渗透力这一体积力的概念,明确了瓦斯压力梯度作用在煤体的力学形式.基于弹塑性力学构建了含瓦斯工作面煤体极限平衡方程,进而将渗流与极限平衡区煤体应力进行耦合,从而得到了瓦斯压力作用下煤体拉应力产生以及拉伸破坏的力学原因.从渗透力作用的角度解释了突出孔洞壁层裂破坏特征和层裂体分布规律,揭示突出煤体层裂破坏时瓦斯压力作用的力学本质,并进行了模拟验证.结果表明:含瓦斯煤体受到瓦斯流动产生的渗透力,其大小等于瓦斯压力梯度,从能量的角度来看为单位长度的瓦斯压能损失.渗透力与围岩支承压力共同作用到工作面煤体上,成为破坏煤体的重要诱因.突出前瓦斯流动在新暴露工作面煤壁产生极高的渗透力;渗透力并非均匀地作用在煤壁内,而是集中作用在煤壁暴露面附近小于 0.1 m的薄层内,促使煤体采掘方向应力急剧降低甚至成为负值形成拉应力,从而导致该薄层拉伸破坏失稳,形成层裂.煤体内渗透力与应力随时间快速变化,煤壁刚暴露时渗透力是稳定渗流时的 6倍以上,相应产生的最大拉应力是稳定渗流时的 5倍以上.煤层强度大小与煤体所受拉应力呈现此消彼长的关系,煤层强度越低,由渗流引起的拉应力越大,瓦斯压力的拉伸破坏作用越得以充分发挥,表现为瓦斯为主导的突出和典型的层裂破坏现象.

关键词：

煤与瓦斯突出煤体破坏渗透力煤体应力瓦斯压力梯度层裂瓦斯渗流

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