首页期刊导航|煤炭科学技术
期刊信息/Journal information
煤炭科学技术
煤炭科学技术

王金华

月刊

0253-2336

cst410@china.com

010-84262920 84262926

100013

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

    爆破扰动高应力巷道围岩力学响应特征研究

    常聚才齐潮殷志强史文豹...
    1-13页
    查看更多>>摘要：为研究深井厚硬顶板采场巷道围岩在高静载和强动载耦合作用下的力学响应,基于相似模拟试验分析原岩应力、采动应力及爆破扰动三阶段的巷道围岩应力场与位移场,结合光纤环向应变场研究巷道围岩破坏特征,探索爆破扰动应力波在不同煤岩体中的传播规律及巷道动力响应机制.研究结果表明:巷道开挖后顶底板卸压明显,两帮产生应力集中区,采动应力阶段应力集中区范围增加 50%,爆破后顶板围岩沿垮落角大范围卸压,应力沿巷道左肩窝逆时针逐渐增大;浅部巷道围岩呈现向自由面膨胀-变形,受巷道肩窝处剪切滑移错动影响,锚杆、锚索支护场产生相反的位移量,应力波扰动后,巷道左帮产生拉伸裂纹并与锚杆支护场连成宏观裂纹,裂纹发育高度大于锚杆支护场高度;巷道围岩顶底板呈现明显的张拉破坏特征,左右肩角呈现张拉及剪切复合破坏形式;应力波由小阻抗介质进入大阻抗介质的衰减速度最快,在同种介质中衰减速度次之,由大阻抗介质进入小阻抗介质中应力波峰值反而增大,应力波峰值强度衰减后仍大于巷道顶板极限抗拉强度,导致巷道围岩大变形失稳并产生一定程度的动力响应.基于应力波连续穿过层状岩体理论模型,结合动静载叠加理论,可优化爆破参数从而实现减冲抗冲主被动联合支护.

    高静载强动载巷道围岩爆破扰动高应力

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    跨断层切顶卸压自成巷顶板变形机理及控制技术研究

    郭志飚赵元欣杨东山高敬威...
    14-28页
    查看更多>>摘要：针对跨断层切顶卸压自成巷顶板变形大不易支护的问题,以棋盘井煤矿东区 11101工作面运输巷为工程背景,探究跨断层切顶卸压自成巷顶板变形机理,研究"切顶卸压+恒阻锚索"支护对跨断层切顶卸压自成巷顶板变形的控制效果.建立力学分析模型研究断层及切顶卸压自成巷顶板各相关参数对巷道直接顶应力的影响,将切顶卸压自成巷顶板变形过程划分为 4个阶段,研究巷道顶板各阶段及总垂直位移量计算方法并给出计算公式,并将相关参数代入公式求解跨断层切顶卸压自成巷顶板垂直位移量;利用 3DEC数值模拟软件建立跨断层切顶卸压自成巷数值计算模型,研究断层附近巷道顶板应力应变演化规律及恒阻锚索控制效果,研究结果表明:数值模拟上下盘巷道顶板变形数据与理论分析所得数据结果误差分别为 1.14%、4.04%;恒阻锚索能够有效减小巷道顶板变形,与未使用恒阻锚索模型相比,上盘巷道切缝侧顶板垂直位移量减小至 16.8%,下盘巷道切缝侧顶板垂直位移量减小至 50.7%;上下盘巷道顶板在工作面回采过巷道测点断面过程中出现不同程度的应力集中,其中上盘巷道顶板的垂直应力集中值大于下盘巷道,分别为 5.72 MPa和 4.48 MPa;恒阻锚索通过减缓断层附近巷道顶板变形速率,待巷旁碎石帮充填完成后与碎石帮共同对巷道顶板变形进行控制;将11101工作面运输巷围岩位移监测数据与理论模型计算结果相比较,误差均在10%以内,证明"切顶卸压+恒阻锚索"支护方式对跨断层巷道顶板变形具有良好的控制效果.

    切顶卸压跨断层开采3DEC顶板变形应力应变演化恒阻锚索

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    厚硬顶板刀把形采空区下综放工作面冲击地压机制研究

    钟涛平李振雷杨伟赵志鹏...
    29-39页
    查看更多>>摘要：不规则的开采空间结构可增大煤矿冲击地压危险,研究多煤层复杂开采空间结构下工作面冲击机制对煤炭资源安全采出具有重要意义.综合采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,研究了某矿井W1123综放工作面的动静载分布特征,分析了冲击显现机制,提出了针对性的防冲措施并进行现场应用.结果表明,上覆刀把形采空区和厚硬顶板综合作用下W1123工作面动静载分布具有区域性特征,当工作面仅受到刀把形采空区的"刀柄"作用或同时受"刀柄"和"刀身"作用时,工作面中下部和区段煤柱静载集中、动载扰动剧烈,工作面回风巷围岩也存在动静载集中,且距离刀把形采空边界越近则围岩动静载越高;仅受"刀身"作用时,工作面回风巷围岩静载集中受动载扰动.工作面静载集中区和动载扰动区重合,动静载叠加造成冲击显现.依据刀把形采空区结构特征,W1123工作面回采期间冲击类型依次为强动载型、高静载强动载型、高静载型.数值模拟和现场监测揭示的冲击危险区与理论分析结果一致.针对W1123工作面静动载分布特征,优化设计了冲击地压防治措施,增大了厚硬顶板处理高度和破碎程度、增加了工作面运输巷煤体爆破和煤柱切顶以降低顶板和煤体应力和能量集中;优化措施实施后,工作面微震事件日均能量总体下降 54%,大能量事件大幅减少,冲击地压危险显著降低.该研究结果可为相似条件矿井的冲击地压防治提供借鉴.

    冲击地压刀把形采空区综放工作面静载分布动载扰动厚硬顶板

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    煤层厚度影响下大直径钻孔卸压释能机理

    张东晓王翔宇郭伟耀张悦颖...
    40-50页
    查看更多>>摘要：煤层厚度变化是影响大直径钻孔卸压效果的重要因素之一.基于等效弹性模量原理建立了大直径钻孔卸压弹性力学模型,以某矿不同工作面为工程背景,研究了不同煤层厚度条件下大直径钻孔卸压煤体应力分布特征和能量释放规律,探讨了煤层厚度影响下大直径钻孔卸压释能机理.研究结果表明:当大直径钻孔卸压参数相同时,薄煤层中原岩应力、钻孔切向应力及其塑性区范围均大于厚煤层;大直径钻孔周边应力峰值随煤层厚度增加呈非线性减小趋势,当煤层厚度由1m增加到9m,应力峰值由 23.2 MPa降低到 20.2 MPa,降低 12.9%;大直径钻孔卸压释能率随着煤层厚度增加呈减小趋势,当煤层厚度由 1m增加到 9m,大直径钻孔卸压释能率由 68.7%降低到 45.8%,即相同大直径钻孔卸压参数条件下薄煤层卸压效果更好;当大直径钻孔卸压参数相同时,钻孔切向应力随着煤层厚度增加而减小,导致煤体破碎区和塑性区范围以及存储弹性能释放量减小,即钻孔卸压释能率降低.某矿 1208工作面和 1203工作面煤层厚度分别为 9.08、4.95 m,虽然两工作面采取了相同的大直径钻孔参数,但 1208工作面巷道围岩变形破坏更为严重,对大直径卸压钻孔参数优化后,煤体平均钻屑量由 2.48 kg/m下降到 1.76 kg/m,表明随着煤层厚度增加,需采取减小钻孔间距、增大钻孔直径等措施来达到更好的卸压效果.

    冲击地压大直径钻孔煤层厚度应力演化卸压释能

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    易弹射煤体力学特性及能量演化机制

    许文涛成云海
    51-66页
    查看更多>>摘要：通过开展不同主应力条件下真三轴加卸载试验,研究不同加卸载路径下易弹射煤体的力学特性、破坏特征及能量演化规律,揭示开挖卸荷易弹射巷道围岩弹射机制.研究表明:易弹射煤样在高应力单面卸荷比加载破坏更剧烈,当轴压为峰值的 90%时卸荷,易弹射煤样表面出现一条大剪切裂缝,轴向应变率高,其自身破坏程度大,弹射现象明显;当轴压为峰值的 80%,70%时卸荷,煤样未发生整体宏观破坏,轴向应变率低,自身的破坏程度小,仅在临空面产生张拉裂纹,弹射现象不明显;随着第二主应力的增大,在一定范围内对易弹射煤样有补强的作用,易弹射煤样内部复合型裂纹先增加后减小,破坏形态由剪切破坏转变为张拉-剪切复合破坏,最后发展为劈裂破坏,弹射剧烈程度呈现出先增加后减小的现象;高应力卸荷破坏过程中,弹性能转化为耗散能瞬间释放,耗散能占比急剧增大,抛离母体的碎块携带能量弹射出去,临空面出现明显的交叉网格裂缝,弹射现象明显;高应力易弹射煤样卸荷后张拉-剪切裂纹迅速扩展贯通,发生张拉-剪切复合破坏,弹射现象显著;卸荷后,易弹射煤样出现张拉-剪切裂纹,RA急剧值增高,AF值持续降低,AE呈现高能、高计、高幅、高频特征.研究结果可为类似地下工程开挖围卸荷岩微冲击现象控制提供借鉴.

    煤体弹射主应力卸荷能量冲击地压

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    基于能量原理不同含水率下煤岩体变形破坏能量损伤演化机制

    于永江刘佳铭杨云涛宋志远...
    67-80页
    查看更多>>摘要：为探究不同含水率下煤岩体在变形破坏过程中的能量演化规律与损伤演化特征,对双马一矿煤岩体开展了在不同含水率条件下单轴压缩试验,基于能量计算及最小耗能原理,分析不同含水率下煤岩体能量耗散特征及损伤演化机制,结果表明:不同含水率下煤岩体力学性质不同,峰值应变与含水率呈正相关,抗压强度、弹性模量与含水率呈负相关;煤岩体含水率越高,其在峰值处弹性应变能及破坏吸收总应变能越小,耗散能占总应变能比例越高;基于最小耗能原理建立的损伤本构模型表明:随着煤岩体含水率增加,损伤门槛值逐渐降低;干燥状态下,煤岩体在应力峰值处损伤变量分别为 0.36、0.28,当含水率增至自然状态时,煤岩体在应力峰值处损伤变量值分别下降 0.09、0.18,但当含水率增至饱水状态时,煤岩体在应力峰值处损伤变量值反而分别大幅度上升 0.102、0.49,总体呈先减后增的发展趋势;进一步建立了不同含水率煤岩损伤应变能释放率演化模型,低含水率煤岩较干燥煤岩的最大损伤应变能释放率大幅度下降,降幅分别为 45.61%、31.29%,而随着含水率增加至饱水状态,其最大损伤应变能释放率增大幅度较平缓,分别为 3.08%、8.80%,表明煤岩破坏剧烈程度并未大幅度增加.研究成果对煤岩矿柱水害预测评价与岩石损伤评估具有一定参考意义.

    能量演化煤岩体最小耗能法损伤本构模型最大损伤应变能释放率

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    考虑中间主应力效应的修正Hoek-Brown真三轴强度准则

    李亚鹏吴晓锁张强蒋斌松...
    81-89页
    查看更多>>摘要：为改善Hoek-Brown强度准则未考虑中间主应力对岩石强度的影响,通过岩石真三轴试验结果分析了岩石强度的演化规律,引入中间主应力系数,量化分析主应力系数对岩石真三轴强度的影响,考虑Hoek-Brown强度准则中的参数和岩石应力水平间的关联性,提出了基于拉格朗日插值方法的修正岩石真三轴Hoek-Brown强度准则,分析了其空间包络特征.最后,利用 7种岩石的真三轴试验数据与其它 3种真三轴强度准则进行最优拟合误差分析,探讨了修正强度准则的合理性.研究结果表明:岩石强度随着最小主应力的增加逐渐增大,随着中间主应力的增加则呈现先增大后减小的变化规律,表现出显著的区间效应;修正强度准则不仅能够继承Hoek-Brown强度准则在子午面上的非线性优点,且能够表征岩石强度在应力空间中的基本特性;线性和非线性插值形式的修正强度准则空间包络面分别为非等边的六棱锥面以及能够满足拉压子午面区间连续光滑要求的圆锥面;修正强度准则能够较好地预测岩石真三轴试验强度,较为合理地反映中间主应力对岩石强度的影响;相比于线性插值形式强度准则,二次插值形式强度准则能够提高岩石强度的预测精度 1.2～2.0倍;相较于其他真三轴强度准则,修正强度准则对不同硬脆性岩石的真三轴试验结果均具有良好的强度预测精度,体现了修正强度准则的适用性和可靠性.

    岩石Hoek-Brown强度准则真三轴试验中间主应力拉格朗日插值

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    循环荷载下含瓦斯煤力学特性及应变场演化规律研究

    王磊钟浩范浩邹鹏...
    90-101页
    查看更多>>摘要：为研究循环荷载下含瓦斯煤力学特性及应变场演化规律,利用MTS816岩石力学试验系统和自主研制的含瓦斯煤气固耦合装置开展循环加卸载条件下含瓦斯煤力学特性试验,分析循环加卸载下煤样强度和变形特性,并结合数字图像相关(DIC)技术探究含瓦斯煤应变场演化规律.结果表明:①循环加卸载作用下,加卸载曲线之间不重合,形成滞回环,且随着循环次数的增加,滞回环面积逐渐增大,并向着应变增大的方向逐渐移动;不同瓦斯压力的煤样在循环荷载作用下均呈明显的脆性破坏.②循环加卸载作用下,随瓦斯压力升高,煤样峰值强度降低,加载变形模量和卸载变形模量均增大,且卸载变形模量始终大于加载变形模量;随着循环次数的增加,变形模量差值逐渐减小并最终在 0～0.1 GPa.③循环加卸载条件下煤样不可逆应变与循环次数之间呈"初始、稳定、加速扩展"的 3阶段变化特征,曲线整体从L型向U型趋势发展,累计不可逆应变与循环次数之间呈快速增加、缓慢增加、快速增加的趋势,不可逆应变与累积不可逆应变均随瓦斯压力增大而增加.④在低瓦斯压力下,煤样应变集中区主要为单一竖向应变集中带,随瓦斯压力增大,局部应变集中带逐渐由竖向单一向无序复杂转变;瓦斯压力越大,应变场波动程度越剧烈且剧烈程度主要集中在中部区域;高瓦斯压力下,随瓦斯压力升高,峰值点的个数越多,应变越大.

    循环加卸载含瓦斯煤力学特性数字图像相关(DIC)应变场演化

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    松软煤层底板爆破致裂增透模拟试验研究及应用

    高魁王秘乔国栋田宇...
    102-110页
    查看更多>>摘要：针对松软煤层爆破增透钻孔施工困难,爆破增透产生的裂隙不发育且易于重新压实的问题,提出在底板岩层开展爆破作业,达到松软煤层增透进而增加瓦斯有效抽采时间的目的.为了监测跨界面应力波传播规律及煤层损伤状况,在实验室构建了物理模型并开展了煤层底板爆破相似模拟试验.同时使用数值模拟的研究方法对煤层底板爆破过程中煤、岩体内部的损伤及裂隙的演化过程进行补充.结果表明:松软煤层底板爆破裂纹沿爆破孔向四周岩体扩展,爆破孔位置和底板煤岩交界面以及煤层内部的破坏较为严重,产生跨界面损伤裂纹.爆炸应力波从松软煤层底板岩层传播到松软煤层时,岩体和松软煤体的交界面产生透射压缩应力波和反射拉伸应力波,透射波作用于松软煤体,使煤层裂隙增加;反射波反作用于岩体,在煤岩交界面形成交叉裂纹,使底板岩层裂隙和松软煤层裂隙贯通,有利于松软煤层的瓦斯垂向运移流动和卸压瓦斯抽采.潘一东煤矿现场应用表明,煤层底板爆破增透后瓦斯抽采纯量及其浓度快速上升,抽采纯量从 0.06 m3/min提高到 1.46 m3/min,增加了 23.33倍;瓦斯浓度从爆破前的 10.46%上升到 45.50%左右,增加了 3.34倍,并且长时间维持在较高水平.研究成果可为深部松软煤层瓦斯高效抽采提供理论基础和技术支持.

    松软煤层爆破增透裂隙演化爆炸应力波卸压瓦斯抽采

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    保温时间对二次炭化型煤微结构的影响与力学-渗流特性强化研究

    甘青青许江彭守建蔡果良...
    111-122页
    查看更多>>摘要：物理模拟试验是煤矿瓦斯灾害发生机制与防控的一种有效方法.目前开展煤矿瓦斯灾害物理模拟试验所用型煤材料其力学强度、渗透率与原煤差异性较大,如何改善型煤(BC)的抗压强度、渗透率是型煤成型过程中面临的关键问题.基于此,采用热压成型方法制作了若干不同保温时间下二次炭化型煤,并采用SEM、NMR、XRD、FTIR、MTS-815岩石力学试验系统和含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验装置对不同保温时间下二次炭化型煤进行测试分析,分析了不同保温时间对其表面形貌、T2 谱形态、孔隙度、微晶结构、基本结构单元芳香烃、烷基侧链和各种官能团演化规律,厘清了不同保温时间下二次炭化型煤的力学及渗流特性,并确定最优的保温时间.结果表明:随着保温时间的增加,二次炭化型煤表面粗糙度、孔径逐渐变大,且增至 6.7 h后,BC表面有裂隙出现,保温时间越长,裂隙越明显;BC累计孔隙度及中孔孔隙度逐渐增大,而微孔孔隙度逐渐减少;芳香层间距(d002)呈先减后增,而微晶直径(La)和微晶高度(Lc)均先增后减;脂肪链的长度减少,芳香环的缩合程度(Aar/Aal)呈先增大后减小;单轴抗压强度呈先增大后减小,渗透率呈先减小后增加.在保温时间为 5.3 h为最佳保温时间,此时热压BC的单轴抗压强度和弹性模量都最大、泊松比和渗透率最小,其力学强度、渗透率和密度依次为 9.85 MPa,1.49×10-15 m2 和 1.127 g/cm3.该研究为提高煤矿瓦斯灾害发生机制与防控基础试验中的真实还原性,有效预防控制煤矿瓦斯灾害事故具有重要的现实指导意义.

    煤矿瓦斯灾害微结构力学特性渗流特性二次炭化型煤

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据