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软岩巷道围岩塑性区演化规律及形态模糊判别
1
作者 刘家顺 王思宇 +3 位作者 左建平 郑智勇 张馨 贾宝新 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2026年第1期246-258,共13页
巷道开挖引起的应力扰动将引起围岩塑性区变化,导致围岩不均匀变形、顶板塌方和冒顶等工程灾害。为研究侧压力系数(λ)和主应力方向对围岩塑性区的影响,基于蝶形塑性区理论,引入主应力偏转角(α),构建考虑主应力方向的围岩塑性区边界方... 巷道开挖引起的应力扰动将引起围岩塑性区变化,导致围岩不均匀变形、顶板塌方和冒顶等工程灾害。为研究侧压力系数(λ)和主应力方向对围岩塑性区的影响,基于蝶形塑性区理论,引入主应力偏转角(α),构建考虑主应力方向的围岩塑性区边界方程,研究不同侧压力系数和主应力偏转角作用时围岩塑性区的演化规律,并利用FLAC3D进行数值模拟验证。结果表明:不同λ和α作用时,巷道围岩塑性区呈现圆形(CS型)、椭圆形(OS型)和蝶形(BS型)3种形态特征,其中λ影响塑性区形态,α影响围岩破坏位置,二者共同影响塑性区的扩展范围。蝶叶与竖直方向夹角随主应力偏转角度呈线性变化。基于模糊数学理论,提出了软岩塑性区形态模糊评价方法。以高家梁煤矿20110工作面为工程背景,采用数值模拟和现场松动圈测试等方法,验证了评价方法的可靠性。针对性地提出了“长短锚杆(索)+钢筋网+喷射混凝土+浅层注浆”相结合的非对称耦合支护方案,显著降低了围岩表面收敛变形。研究成果可为地下工程围岩变形控制与灾害防治提供理论支撑。 展开更多
关键词 软岩巷道 蝶形塑性区 主应力偏转 数值模拟 模糊数学
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基于响应面法的薄基岩煤层巷道变形机理及防控技术
2
作者 余永强 周子豪 +2 位作者 范利丹 彭天祥 张纪云 《金属矿山》 北大核心 2026年第3期71-81,共11页
薄基岩顶板较薄,巷道不易形成稳定结构,易引发局部冒顶事故。探究了厚松散层薄基岩煤层巷道变形的影响机制,重点解决多因素交互作用下的围岩稳定性分析问题。以赵固一矿16081上顺槽薄基岩巷道为背景,针对薄基岩巷道变形问题,将响应面法... 薄基岩顶板较薄,巷道不易形成稳定结构,易引发局部冒顶事故。探究了厚松散层薄基岩煤层巷道变形的影响机制,重点解决多因素交互作用下的围岩稳定性分析问题。以赵固一矿16081上顺槽薄基岩巷道为背景,针对薄基岩巷道变形问题,将响应面法与FLAC^(3D)数值模拟相结合,研究了多因素耦合效应,分析了基岩厚度、基岩底分层厚度与巷道断面宽度之间的交互影响机制。结果表明:(1)巷道总变形主导因素排序为基岩厚度>断面宽度>底分层厚度,塑性区体积主控因素为断面宽度>底分层厚度>基岩厚度;(2)基岩厚度对总变形的影响随着基岩底分层厚度和断面宽度增加逐渐增强,基岩底分层厚度与断面宽度的交互作用不显著;(3)基岩厚度对塑性区体积的影响随着底分层厚度增大而增强,基岩厚度和基岩底分层厚度、巷道断面宽度与基岩底分层厚度对巷道塑性区体积的交互影响不显著。结合上述分析,设计了5种支护方案,进行了方案优选,并对矿山围岩变形进行了现场实测,现场监测显示,90 d内顶底板移近量80 mm,两帮移近量140 mm,巷道整体变形控制较好。 展开更多
关键词 薄基岩 基岩厚度 基岩底分层厚度 巷道断面宽度 响应面法 方差分析
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高应力复合顶板淋水巷道围岩修复技术研究
3
作者 李世辉 王庆牛 +1 位作者 陈康 王威 《煤炭技术》 2026年第1期85-90,共6页
针对高应力复合顶板淋水巷道围岩松动范围大、变形剧烈、难支护的技术难题,以丁集矿1232(1)工作面轨道巷为工程背景,在现场调研巷道围岩破坏特征的基础上,结合理论分析和实验室试验,分析了巷道围岩失稳的主控因素和机制,提出了一种基于... 针对高应力复合顶板淋水巷道围岩松动范围大、变形剧烈、难支护的技术难题,以丁集矿1232(1)工作面轨道巷为工程背景,在现场调研巷道围岩破坏特征的基础上,结合理论分析和实验室试验,分析了巷道围岩失稳的主控因素和机制,提出了一种基于预应力全锚注的分级递进式围岩修复对策和方案,调动更大范围围岩的承载能力,建立新的围岩-结构体。工程实践表明:采用该方案修复巷道后,3个月内顶板下沉量和两帮相对移近量最大值分别为42 mm和81 mm,巷道围岩变形得到了有效控制,研究结果可为类似工程地质条件巷道围岩修复工作提供借鉴。 展开更多
关键词 高应力 复合顶板 浸水膨胀率实验 失稳机制 巷道修复
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厚煤层软岩临空巷道围岩塑性区演化规律及控制技术
4
作者 丁自伟 冯磊 +3 位作者 张会宾 马瑞 贾金兑 巩欣伟 《煤炭工程》 北大核心 2026年第3期94-103,共10页
巷道围岩塑性区宽度是巷道支护参数设计的重要依据。为揭示巷道围岩变形破坏特征,采用理论分析、数值模拟与现场工业试验相结合的方法,系统研究了不同侧压系数和围岩岩性下巷道塑性区演化规律。结果表明:①随着侧压系数减小,塑性区形态... 巷道围岩塑性区宽度是巷道支护参数设计的重要依据。为揭示巷道围岩变形破坏特征,采用理论分析、数值模拟与现场工业试验相结合的方法,系统研究了不同侧压系数和围岩岩性下巷道塑性区演化规律。结果表明:①随着侧压系数减小,塑性区形态依次从“圆形”向“类椭圆”“类蝶形”演化,最终发展为“蝶形”,不规则程度逐步增强;当侧压系数为0.8时,顶底板与两帮塑性区的分布形态及宽度趋于相近;在侧压系数0.2~1.0范围内,顶底板最大塑性区宽度依次为2.6、0.2、0.5、3.8和2.8 m,最大变化率达95%,两帮最大塑性区宽度依次为7.3、4.6、5.8、5.8和2.8 m,最大变化率为62%,顶底板塑性区变化幅度明显大于两帮。②围岩岩性主要影响塑性区发育范围,对塑性区形态无明显作用;围岩岩性越优、整体强度越高,塑性区发育范围越小,细粒砂岩中塑性区宽度显著小于煤层;所有岩性条件下,巷道塑性区破坏均以剪切破坏为主,且两帮变形量大于顶底板变形量;不同岩性下,顶底板塑性区宽度最大变化率为65%,两帮为68%,二者变化幅度基本一致。③依据塑性区发育规律,对巷道采用高预紧力锚杆(索)支护,并通过增大杆体直径、延长杆体长度提升支护体系强度与延伸率。现场试验表明:优化支护方案可有效控制围岩离层与破坏变形,围岩变形量控制在300 mm以内,巷道围岩稳定性显著提升。 展开更多
关键词 软岩巷道 塑性区 侧压系数 围岩性质 围岩控制 数值模拟 支护优化
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浅埋多煤层开采过上覆煤柱强矿压致灾机理研究
5
作者 梁运培 李其罡 +2 位作者 刘思辰 王冬冬 武兆鹏 《矿业安全与环保》 北大核心 2026年第1期131-140,共10页
随着陕北浅埋多煤层矿区开采深度不断增加,下部工作面回采过上覆煤柱时,易诱发强矿压动力灾害,严重威胁矿井安全生产。针对龙华煤矿302盘区工作面在出煤柱阶段发生的压架事故,以该盘区30208工作面为工程背景,综合采用理论分析与数值模... 随着陕北浅埋多煤层矿区开采深度不断增加,下部工作面回采过上覆煤柱时,易诱发强矿压动力灾害,严重威胁矿井安全生产。针对龙华煤矿302盘区工作面在出煤柱阶段发生的压架事故,以该盘区30208工作面为工程背景,综合采用理论分析与数值模拟的方法,研究了覆岩位移场、裂隙场、关键岩层应力演化规律及力链分布特征,明确了工作面过上覆煤柱覆岩运移特征,并在矿井现场实施了针对性的防治措施,通过矿压监测验证了防治成效。研究结果表明:上部关键层形成“三铰式”结构,上覆煤柱作为“转载体”向下传递应力。当工作面出上覆煤柱边缘时,上部关键层铰接结构失稳破坏,上覆垮落岩层回转下沉,导致煤柱内应力发生偏移,诱发下部关键层异常周期破断,二者释放的能量在短时间内汇集并迅速释放,最终导致强矿压灾害。 展开更多
关键词 浅埋深 多煤层 上覆煤柱 强矿压 覆岩运移 致灾机制
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迎采动大断面巷道围岩破坏特征及影响因素分析
6
作者 闫德忠 《煤炭工程》 北大核心 2026年第1期152-160,共9页
为解决迎采动压大高度巷道围岩控制难题,以寨崖底煤矿3924回风巷为研究背景,采用数值模拟方法分析了该巷道迎采掘巷动压影响范围、不同采掘阶段巷道围岩塑性区及最大剪切应变分布特征;基于巷帮煤体剪切滑块理论,构建了力学模型并推导巷... 为解决迎采动压大高度巷道围岩控制难题,以寨崖底煤矿3924回风巷为研究背景,采用数值模拟方法分析了该巷道迎采掘巷动压影响范围、不同采掘阶段巷道围岩塑性区及最大剪切应变分布特征;基于巷帮煤体剪切滑块理论,构建了力学模型并推导巷帮煤体安全系数计算表达式,代入实际参数后系统分析了巷道稳定性影响因素,结合数值模拟与理论分析结果设计了迎采段围岩支护参数并开展现场工业试验。结果表明,受采动应力影响范围为采掘间距40~-60 m,围岩塑性区与最大剪切应变分布范围高度吻合;巷帮肩角、底角为剪切破坏起始区域,受采掘叠加应力作用,迎采段煤柱帮形成X型剪切滑移带,将煤体分割为不稳定三角块,该三角块在动压与自重共同作用下滑移引发片帮,而动压是激活煤柱侧剪切滑移面的直接诱因;巷道高度与巷帮稳定性呈负相关,煤体强度、支护力与巷帮稳定性呈正相关。现场监测数据表明,实施该支护方案后,迎采段巷道围岩变形量较小,整体支护效果良好,可为同类条件巷道围岩控制提供参考。 展开更多
关键词 迎采掘进 大断面巷道 剪切滑移 最大剪切应变 围岩控制
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褶曲构造带高压劈裂注浆加固与工程实践
7
作者 孙林 李云峰 +2 位作者 贾术峰 葛志强 张俊宇 《煤炭技术》 2026年第2期119-124,共6页
针对巷道开挖过程中遇到褶曲构造带,且巷道顶板稳定性差和煤体破碎的情况。为防止巷道开挖过程中出现漏顶,将采用高压劈裂注浆对顶板进行加固封堵,确保巷道正常开挖。主要利用两段上行式注浆充填和大直径深孔高压劈裂超前帷幕注浆2种技... 针对巷道开挖过程中遇到褶曲构造带,且巷道顶板稳定性差和煤体破碎的情况。为防止巷道开挖过程中出现漏顶,将采用高压劈裂注浆对顶板进行加固封堵,确保巷道正常开挖。主要利用两段上行式注浆充填和大直径深孔高压劈裂超前帷幕注浆2种技术,首先,在巷道掘进工作面位置施工密闭墙,并且在施工前预留好注浆管道,对封闭墙进行全断面喷浆,然后,通过密闭墙内预留注浆管道,对漏顶区域进行充填注浆加固顶板,深部注浆孔分两阶段对前方巷道顶板进行全覆盖超前注浆加固。通过超前高压注浆,保证巷道顶板完整性,做到主动防控,避免灾害发生,确保巷道安全顺利贯通。该技术是保障褶曲构造带条件下,工作面安全高效开采的重要支撑,为行业向复杂构造区延伸提供了关键技术储备。 展开更多
关键词 顶板 高压劈裂 注浆加固 超前注浆
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深部岩层动力灾害防控基本原理与工程学 被引量：1
8
作者 谭云亮 杨生龙 +3 位作者 刘学生 范德源 李学斌 王宇 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2026年第1期202-221,共20页
深部煤炭开采已成为必然,研究深部岩层动力灾害发生机理、防控原理及工程技术,对于保障煤矿安全生产、践行煤炭托底保供国家要求具有重要意义。首先,探讨了工作面推进方向覆岩、侧空覆岩、断层切割覆岩3种典型条件下其运动致灾动力学过... 深部煤炭开采已成为必然,研究深部岩层动力灾害发生机理、防控原理及工程技术,对于保障煤矿安全生产、践行煤炭托底保供国家要求具有重要意义。首先,探讨了工作面推进方向覆岩、侧空覆岩、断层切割覆岩3种典型条件下其运动致灾动力学过程,构建了覆岩结构力学模型,解答了覆岩运动诱发巷道动力冲击的力学机制。然后,基于深部岩层结构的复杂性、致灾特征的多样性,提出了岩层空间结构全尺度调控方法,揭示了从巷道围岩局部卸压到区域岩层改性全尺度卸压力学原理。最后,阐明了以覆岩结构改性、上行卸压开采、煤层弱化、煤柱宽度设计、高预应力支护为主要内容的灾害防控基本原理,并开展了多项防治工程实践。实践结果表明,麦垛山煤矿水压致裂后围岩变形量减小了44.61%~46.53%,枣泉煤矿大直径钻孔卸压后煤体位移降低了68.24%~77.78%,大安山煤矿高强吸能支护后两帮变形量减小了62.5%,上行卸压开采和多参量智能化监测预警平台分别在忻州窑矿和新巨龙煤矿取得了成功应用。 展开更多
关键词 动力灾害 岩层结构 力学模型 全尺度防控 工程实践
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三软厚煤层工作面回采巷道超前“卸-支”协同围岩控制技术及应用 被引量：2
9
作者 刘少伟 米超 +1 位作者 贺德印 李小鹏 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期76-85,共10页
目的为了解决三软厚煤层工作面开采过程中回采巷道超前支护区域围岩应力集中、超前支护工序繁琐且效果差、工作面推进缓慢等问题,开展三软厚煤层工作面回采巷道超前“卸-支”协同围岩控制技术及应用研究。方法以赵家寨煤矿12203工作面... 目的为了解决三软厚煤层工作面开采过程中回采巷道超前支护区域围岩应力集中、超前支护工序繁琐且效果差、工作面推进缓慢等问题,开展三软厚煤层工作面回采巷道超前“卸-支”协同围岩控制技术及应用研究。方法以赵家寨煤矿12203工作面胶带运输巷为研究背景,利用数值模拟结合现场工业性试验,分析工作面回采巷道超前支护区域围岩应力集中程度影响因素,研究最佳切顶方案和超前锚索补强支护方案。结果结果表明,工作面超前和侧向支承压力与回采巷道开挖形成的侧向支承压力叠加,对回采巷道超前支护区域围岩应力集中程度影响显著。数值模拟证明了切顶能够从回采巷道围岩应力转移、改变采场荷载分布情况、卸压3个方面有效改善回采巷道超前支护区域围岩应力集中。最终确定切顶角10°、切顶深度18 m为最佳方案,同时明确了最佳超前锚索补强支护方案。在赵家寨煤矿12203工作面胶带运输巷开展“卸-支”协同技术现场应用试验,回采巷道超前支护区域浅部围岩应力集中程度得到有效缓解,取消了工作面回采巷道超前被动支护,保证了巷道安全生产。结论回采巷道超前“卸-支”协同围岩控制技术能够有效卸压、补强支护,保障回采巷道安全稳定的同时,又保证工作面安全快速回采,可为同类三软厚煤层回采巷道围岩控制提供有效技术参考。 展开更多
关键词 切顶卸压 应力转移 超前支护 围岩控制 三软厚煤层
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倾斜煤层开采覆岩裂隙分布规律试验研究 被引量：1
10
作者 柴敬 吕伟明 +3 位作者 韩志成 朱海涛 侯树宏 马永生 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2026年第1期1-10,共10页
为研究倾斜煤层采动覆岩裂隙分布规律,选择枣泉煤矿150202工作面作为研究对象,将分布式光纤感测技术应用于物理相似模拟试验中,监测岩层内部应变,并结合分形理论,得到不同工作面长度下覆岩裂隙分形维数云图,定量表征了覆岩裂隙发育程度... 为研究倾斜煤层采动覆岩裂隙分布规律,选择枣泉煤矿150202工作面作为研究对象,将分布式光纤感测技术应用于物理相似模拟试验中,监测岩层内部应变,并结合分形理论,得到不同工作面长度下覆岩裂隙分形维数云图,定量表征了覆岩裂隙发育程度和分布特征;提取光纤沿线处的裂隙分形维数,进一步分析了光纤应变数据与覆岩裂隙分形维数之间的关系。研究表明:工作面两侧裂隙发育更充分,工作面上部贯通裂隙分布更集中,覆岩裂隙分形维数呈现两头高中间低的驼峰状,工作面上部峰值宽度小于工作面下部;裂隙率和分形维数总体均呈现上升趋势,覆岩裂隙分形维数呈上升—稳定—下降的周期性发展趋势;模型开挖过程中水平光纤应变曲线由单峰、双峰状向三峰状演变,由于煤层倾角的影响,光纤应变呈非对称分布特征,其左侧峰值远大于右侧,水平光纤沿线的裂隙分形维数峰值分布特征与光纤应变峰值分布特征保持一致;覆岩裂隙分形维数云图有分区特征,垂直光纤应变和其沿线分形维数曲线都呈现台阶状,台阶分界面与覆岩“三带”裂隙发育高度相对应,给出了垂直光纤应变与其分形维数之间的函数关系。研究结果为分布式光纤传感技术表征覆岩裂隙发育程度提供参考。 展开更多
关键词 采动覆岩 裂隙发育 分形理论 模型试验
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冲击地压的煤岩动力学物理模拟相似原理
11
作者 窦林名 阚梓豪 +14 位作者 曹安业 鞠明和 王桂峰 何江 康建宏 黄传甫 马衍坤 王恩元 王汉鹏 张志镇 闫晨龙 李浩丙 南天琦 彭程阳 简磊磊 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期274-292,共19页
冲击地压是一种在动、静载荷叠加作用下发生的突发性动力灾害,具有破坏过程剧烈、能量释放集中、发生机制复杂等特点,对矿井安全生产构成严重威胁。为在实验室中真实再现冲击地压的破坏过程并揭示其动力学本质,仅依赖现有静力学相似原... 冲击地压是一种在动、静载荷叠加作用下发生的突发性动力灾害,具有破坏过程剧烈、能量释放集中、发生机制复杂等特点,对矿井安全生产构成严重威胁。为在实验室中真实再现冲击地压的破坏过程并揭示其动力学本质,仅依赖现有静力学相似原理的物理模拟方法难以全面揭示冲击地压的动力学特征。为此,以冲击地压的动力致灾机理为研究对象,提出了一种以加速度相似比为核心的煤岩动力学相似准则体系,旨在构建可真实反映冲击地压动力学响应特征的物理模拟理论框架。通过量纲分析的方法,对冲击地压过程中的关键指标进行了系统分析。以加速度相似比作为核心控制参数,推导建立了冲击地压动力学相似准则的理论方程组,构建了包含应力相似比、弹性模量相似比、时间相似比及应变率相似比在内的动力学相似准则系数体系。通过引入动力学相似准则系数,分析了其与各相似比之间的耦合关系与约束条件,形成了物理模型的冲击倾向性相似判据体系。结合相似理论推导结果,对不同几何相似比条件下的模型强度曲线演化规律进行了归纳分析,明确了动力学相似准则的适用范围与参数取值区间。研究表明:动力学相似准则系数是控制动力学相似关系的关键参数,其取值直接决定模型惯性响应与能量传递的相似性,确定了动力学相似准则适用的最优几何相似比与物理模型的波速相似比。提出的冲击地压煤岩动力学相似原理突破了传统静力学相似理论的局限,实现了对惯性效应和能量释放行为的量化描述,为冲击地压动力学物理模拟试验提供了理论依据。 展开更多
关键词 冲击地压 相似准则 物理模型 动力学 相似模拟
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煤岩张剪裂隙震源机制及应力反演方法
12
作者 王恩元 张力 +2 位作者 王笑然 刘晓斐 李楠 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期293-313,共21页
精准监测与定量反演煤岩裂隙形态及应力场分布特征,是揭示冲击地压演化过程及致灾机理的科学基础,更是解决深地工程动力灾变演化问题的重要手段。以位移不连续理论为基础建立不同破裂类型的裂隙震源模型,通过修正Bott假设,提出适用于张... 精准监测与定量反演煤岩裂隙形态及应力场分布特征,是揭示冲击地压演化过程及致灾机理的科学基础,更是解决深地工程动力灾变演化问题的重要手段。以位移不连续理论为基础建立不同破裂类型的裂隙震源模型,通过修正Bott假设,提出适用于张剪裂隙类型的应力反演模型,并融合格里菲斯与摩尔-库仑准则构建复合破裂判据,实现真实裂隙面的有效识别,并以震源机制参数及应力场参数的最优适配为目标,进一步提出裂隙震源与应力联合迭代反演方法,并开展了实验室尺度的煤岩破坏监测反演的实践应用。结果表明:偏移角α可有效区分张拉、剪切及压缩等破坏类型,提出基于张剪复合失效准则的裂隙面与应力迭代求解方法,有效选取真实裂隙面提高应力反演精度,建立裂隙震源与应力的联合交替迭代模型,可有效减少理论滑移方向与真实滑移方向的偏差。在煤岩三点弯曲试验过程中,偏移角α主要处于0°~20°,表明破裂微裂纹主要为张剪复合类型,利用应力反演模型求得最大主应力σ_(1)为拉应力,中间主应力σ_(2)和最小主应力σ_(3)为压应力,应力形状比平均值为0.87,表明σ_(1)占主导作用,σ_(2)和σ_(3)几乎相等,符合三点弯曲试样的受力状态,应力分布影响了试样裂纹运动方向主要为沿X轴方向的张拉分离,并促进了裂纹取向为沿Y轴方向的发育扩展。另外,应力旋转作用导致裂纹面取向在Y轴方向的分量被减小,裂纹运动方向与X轴方向的夹角增大,而这一改变随着应力旋转角度的增大得到加强。利用裂隙震源与应力联合迭代反演方法对应力反演过程进行优化,理论滑移方向与真实滑移方向之间的平均滑移偏差角依次降低了33.91%、79.86%和94.12%。将提出的张剪震源应力反演方法与VAVRYČUK方法进行对比,应力的形状比噪声误差率最大降低了6.49%,三向应力反演精度平均提升了15%~40%,研究成果可为煤岩体动力灾变演化研究提供一种科学方法,为深地工程冲击地压孕育机制解析与灾害预警提供新的理论支撑。 展开更多
关键词 矩张量 震源机制 联合迭代反演 应力分布 应力旋转
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深埋特厚煤层采动覆岩破断及裂隙场演化特征
13
作者 谭毅 张少普 +11 位作者 何满潮 李辉 郭文兵 王宇 白二虎 朱淳 杨军 程浩 郭纬宇 王燃烈 曹新发 李林猫 《煤炭学报》 北大核心 2026年第2期924-942,共19页
揭示深埋特厚煤层采动覆岩破断失稳致灾机理与裂隙场演化规律,是煤矿工作面突水溃沙等灾害防治的理论基础。以陕西某矿2301工作面采矿地质条件为工程背景,基于数值模拟、分形理论、裂隙熵理论、力学模型构建及现场实测相结合的方法对采... 揭示深埋特厚煤层采动覆岩破断失稳致灾机理与裂隙场演化规律,是煤矿工作面突水溃沙等灾害防治的理论基础。以陕西某矿2301工作面采矿地质条件为工程背景,基于数值模拟、分形理论、裂隙熵理论、力学模型构建及现场实测相结合的方法对采动覆岩破断运移和裂隙场动态分布特征展开研究。从采动裂隙场角度分析了覆岩裂隙率、分形维数、裂隙长度和裂隙熵动态演化规律,揭示了各子研究区域采动过程中覆岩裂隙张开闭合裂隙占比、裂隙长度及分形演化特征,量化了覆岩裂隙空间展布的各向异性,构建了覆岩应力拱平衡轨迹方程。结果表明:采动覆岩呈现显著成组破断运移规律和裂断拱周期性起拱特征,且裂断拱周期性起拱为裂隙场主控裂隙;裂隙带内裂隙呈现“弧形”破坏分布特征,平均裂隙率及分形维数分别为2.40%与0.81,采动裂隙场演化为大部对称“拱形”拓扑结构;采动裂隙场呈现“应力场重构—裂隙萌生扩展—结构失稳重组—自修复调控”演化特征,覆岩裂隙经历了“裂隙张裂—裂隙闭合”动态演化过程,优势裂隙群通过合并机制形成贯通型裂隙网络。采用裂隙熵理论量化了裂隙场不同区域裂隙空间展布的各向异性,并统计分析了采动覆岩不同区域内裂隙倾角演化规律及分布特征;基于三铰拱结构理论,构建了采动覆岩应力拱平衡轨迹方程;通过现场实测结果分析得出导水裂隙带高度为224 m,裂采比为24.9,现场实测结果与数值模拟结果基本一致,研究结果对类似地质条件工作面相关灾害防治具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 采动覆岩 分形理论 裂隙率 应力拱 钻孔漏失量
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沟谷地貌下近距离煤层覆岩结构演化及矿压规律研究
14
作者 杨涛 张一铭 +8 位作者 张杰 林海飞 刘东 朱建涛 刘辉 何义峰 孙建平 邓佳玥 孙佳瑞 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2026年第2期389-403,共15页
安山煤矿浅埋近距离煤层(2^(-2)煤和3^(-1)煤)开采中,下煤层开采扰动导致上部采空区覆岩结构活化,易引发矿压灾害,沟谷地貌下更为显著。研究采用现场调研、理论分析、相似模拟和数值模拟方法,得出以下结论:基于关键层理论构建悬臂梁力... 安山煤矿浅埋近距离煤层(2^(-2)煤和3^(-1)煤)开采中,下煤层开采扰动导致上部采空区覆岩结构活化,易引发矿压灾害,沟谷地貌下更为显著。研究采用现场调研、理论分析、相似模拟和数值模拟方法,得出以下结论:基于关键层理论构建悬臂梁力学模型,分析得出沟谷地段下的来压步距,提出双关键层同步破断时支架阻力计算方法。相似模拟显示,逆坡开采时覆岩双结构易发生“同步位移”引发动载矿压;声波CT监测表明关键层断裂重合处岩层垂直切落可导致地表剧烈下沉。UDEC模拟证实坡角越大越易引发双结构同步位移,逆坡开采时岩层载荷集中作用于支架,造成台阶式地表下沉和动载矿压。研究揭示了沟谷地貌下覆岩结构演化与矿压联动机制,为灾害防控提供了理论依据。 展开更多
关键词 浅埋近距离 沟谷地貌 覆岩结构 矿压规律 动压防治
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U型钢支架搭接段承载滑移机制及抗滑特性实验研究
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作者 王其洲 李志 +5 位作者 刘高强 李宁 叶海旺 雷涛 刘然 黄玉书 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2026年第1期84-93,共10页
针对矿用U型钢支架搭接段承载缩动特性,通过平直搭接段轴向加载实验与理论分析,研究搭接段抗滑荷载变化规律和宏观滑移特征,阐明卡缆数量、螺母预紧扭矩对抗滑荷载、滑移变形及螺栓-螺母荷载的影响规律,剖析两因素的作用实质,揭示搭接... 针对矿用U型钢支架搭接段承载缩动特性,通过平直搭接段轴向加载实验与理论分析,研究搭接段抗滑荷载变化规律和宏观滑移特征,阐明卡缆数量、螺母预紧扭矩对抗滑荷载、滑移变形及螺栓-螺母荷载的影响规律,剖析两因素的作用实质,揭示搭接段缩动增阻全过程,并从增大接触面摩擦因数、优化螺栓-螺母结构和配合形式、改善接触面法向荷载分布特征等角度,提出搭接段摩擦增阻措施建议。研究表明:搭接段承载滑移过程分为弹性增阻、小位移增阻和大位移恒阻3个阶段,其中小位移增阻阶段的荷载-位移关系呈现规律性极强的周期波动型递增特征;卡缆数量对各阶段临界抗滑荷载和后两阶段缩动增阻规律影响显著,促使宏观变形特征由低阻滑移向高阻缩动特征转变;施加螺母高预紧扭矩,能显著提高特征点荷载极限值,缩短小位移增阻阶段对应的位移区间,延长搭接段摩擦增阻作用时间,减小缩动变形速率,充分发挥型钢接触面的抗剪性能。 展开更多
关键词 U型钢 搭接段 抗滑性能 摩擦刚度
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深部含瓦斯煤冲击动力学试验研究进展及展望
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作者 刘晓斐 张思清 +4 位作者 顾周杰 王恩元 周鑫 王笑然 张奇明 《煤炭学报》 北大核心 2026年第2期1260-1283,共24页
随着煤炭开采深度的增加,煤体所处的地质力学环境由浅部相对简单的应力状态,逐步演化为高地应力、高瓦斯压力、高地温及强扰动共同作用的多场强耦合状态,其动力响应规律显著复杂化。近年来,国内外学者围绕复杂应力、瓦斯环境下的煤体开... 随着煤炭开采深度的增加,煤体所处的地质力学环境由浅部相对简单的应力状态,逐步演化为高地应力、高瓦斯压力、高地温及强扰动共同作用的多场强耦合状态,其动力响应规律显著复杂化。近年来,国内外学者围绕复杂应力、瓦斯环境下的煤体开展了大量的冲击动力学试验并获得了丰硕的研究成果。系统综述近年来含瓦斯煤冲击动力学试验研究、试验结果的最新进展,重点梳理了从单轴(σ_(1)≥σ_(2)=σ_(3)=0)、常规三轴(σ_(1)≥σ_(2)=σ_(3)≠0)到真三轴(σ_(1)≥σ_(2)≥σ_(3)≠0)含瓦斯煤霍普金森压杆(SHPB)试验系统的发展演变,介绍了不同类型含瓦斯煤霍普金森压杆试验系统的主体构成,分析了各类冲击压杆试验中试样形状、尺寸的要求以及相应的数据解算方法,综合归纳了不同加载模式下煤体的应力-应变曲线演化、峰值强度与应变、冲击破坏模式、能量耗散与瓦斯放散规律,总结了基于试验数据的含瓦斯煤动力学本构模型及其在损伤演化、渗流耦合方面的拓展,探讨了动静载作用下含瓦斯煤力学特性及劣化机制。最后,对未来研究方向进行了展望,指出真三轴多场耦合-动静联合加卸载,动静载组合下含瓦斯煤体多源信号智能监测,高静载、瓦斯压力以及动载荷叠加对煤体冲击失稳灾变机制的深入研究,将成为含瓦斯煤冲击动力学领域的重要发展趋势。 展开更多
关键词 含瓦斯煤 冲击动力学 真三轴试验 多场耦合 监测预警
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基于离散-连续耦合方法的底抽巷围岩破坏规律
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作者 范超军 张佳绩 +4 位作者 罗明坤 兰天伟 李胜 蒋晓锋 杨雷 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期129-136,共8页
为揭示底抽巷在上覆煤层回采过程中围岩破坏演化规律,以某煤矿2901工作面底抽巷为研究对象,采用连续-离散耦合的跨尺度数值模拟方法,结合现场钻孔窥视进行验证。研究结果表明:随回采工作面推进,围岩颗粒力链数量呈现“初始平稳-快速衰减... 为揭示底抽巷在上覆煤层回采过程中围岩破坏演化规律,以某煤矿2901工作面底抽巷为研究对象,采用连续-离散耦合的跨尺度数值模拟方法,结合现场钻孔窥视进行验证。研究结果表明:随回采工作面推进,围岩颗粒力链数量呈现“初始平稳-快速衰减-动态稳定”三阶段演化特征。裂纹演化遵循“点-线-面”的跨尺度规律,破坏主要集中于左帮与顶板,呈显著非对称性。基于钻孔窥视结果,将顶板划分为裂隙充分发育区、微裂隙萌生区、煤岩交界稳定区。研究结论为类似条件下的巷道围岩稳定性分析提供理论依据。 展开更多
关键词 底抽巷 回采 围岩破坏 力链 裂纹
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平顶山矿区地应力场分布特征研究
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作者 李培涛 范利丹 +3 位作者 余永强 张建国 朱元广 张纪云 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期186-194,共9页
目的为探究平顶山矿区深部地应力场分布规律,开展平顶山矿区地应力场分布特征研究。方法在分析矿区地质构造特征基础上,提出以主控地质构造锅底山断层和李口向斜为边界的区域构造单元划分方法。然后,基于Hoek-Brown强度准则推导出可以... 目的为探究平顶山矿区深部地应力场分布规律,开展平顶山矿区地应力场分布特征研究。方法在分析矿区地质构造特征基础上,提出以主控地质构造锅底山断层和李口向斜为边界的区域构造单元划分方法。然后,基于Hoek-Brown强度准则推导出可以定量反映区域地质构造对深部地应力场影响的侧压比分析曲线。结果结果表明,各区域构造单元受不同区域地质构造影响呈明显不同的深部地应力分布规律。西部区域构造单元内深部地应力以正断层应力状态为主,中部区域同时存在3种应力状态,东部区域以走滑型应力状态和逆断层应力状态为主。垂直应力在不同区域构造单元内均随埋深呈线性增大。最大水平主应力均值、变化范围和应力梯度均呈从西向东逐渐增大趋势。同时,侧压比变化范围和幅值也呈从西向东逐渐增大趋势,这表明从矿区西部到东部区域水平地质构造作用越来越强烈。区域地质构造影响分析结果也表明矿区深部地应力场分布特征服从区域地质构造演化规律。其中,东部区域构造应力场影响系数最大,为1.07,中部区域次之,为0.55,西部区域最小。结论基于侧压比分析曲线的区域地质构造影响评价方法适用于平顶山矿区深部地应力场分析。 展开更多
关键词 地质构造 地应力场 分布规律 侧压比 平顶山矿区
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纳米SiO2改性粉煤灰-水泥基注浆材料性能及声发射特征
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作者 赵光明 李秋利 +1 位作者 王艳芬 程详 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第1期100-117,共18页
为研发新型绿色高性能矿用注浆材料,以普通硅酸盐水泥(OPC)和粉煤灰(FA)为原材料,通过引入纳米二氧化硅(nano-silica,NS)对粉煤灰-水泥基注浆材料(FCGM)进行改性,构建高性能复合注浆材料体系。采用不同宏观与微观测试方法,系统研究NS对F... 为研发新型绿色高性能矿用注浆材料,以普通硅酸盐水泥(OPC)和粉煤灰(FA)为原材料,通过引入纳米二氧化硅(nano-silica,NS)对粉煤灰-水泥基注浆材料(FCGM)进行改性,构建高性能复合注浆材料体系。采用不同宏观与微观测试方法,系统研究NS对FCGM浆液性能、力学特性及水化产物演变规律的影响。通过砂岩骨料注浆固结试验,对比分析NS改性对胶结体宏观力学行为及声发射(AE)损伤演化特征的影响规律。研究结果表明:NS掺量对FCGM具有显著影响,可明显提高FCGM的抗压强度,缩短凝结时间,减少泌水率,降低流动度。尤其当NS掺量为1%时FCGM抗压强度最佳,3 d和90 d抗压强度较对照组N1分别提高了10.58%和98.00%。微观表征(XRD、FTIR、TG-DTG及SEM)证实NS可有效促进FCGM水化进程,显著优化结石体内部微观结构。砂岩注浆加固试验表明:1%NS改性FCGM固结体的28 d单轴抗压强度提升了90.8%,并有效抑制裂纹扩展与孔隙发育,改善其多重分形特征。AE监测进一步揭示NS增强机制,改性后胶结体的损伤前兆信号更早、更活跃,表现为高幅值振铃计数与累计能量的同步快速增长,最终使其宏观破坏模式从张拉-剪切复合型转变为张拉主导型。研究通过建立材料改性、微观结构、宏观力学与损伤演化之间多尺度关联,阐明了NS增强FCGM的综合机理,为高性能深部注浆材料研发及预测其工程失效行为提供理论依据与数据支撑。 展开更多
关键词 普通硅酸盐水泥(OPC) 纳米二氧化硅(NS) 粉煤灰(FA) 注浆材料 声发射(AE) 力学特性 砂岩胶结试验
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采动覆岩破断运动与地表沉陷智能监控进展与展望
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作者 黄庆享 李星亮 郭强 《西安科技大学学报》 北大核心 2026年第1期1-14,共14页
为探究采动覆岩破断与地表沉陷的内在关联机制,理清采动覆岩破断运动与地表沉陷智能监控领域从经典理论向智能监控技术的演进脉络,围绕覆岩结构演化、地表沉陷响应机制及监测手段,从理论模型、监测技术以及预测方法等方面,对典型研究成... 为探究采动覆岩破断与地表沉陷的内在关联机制,理清采动覆岩破断运动与地表沉陷智能监控领域从经典理论向智能监控技术的演进脉络,围绕覆岩结构演化、地表沉陷响应机制及监测手段,从理论模型、监测技术以及预测方法等方面,对典型研究成果进行系统梳理及综合评述,分析不同研究范式的内在联系与发展逻辑。结果表明:以“砌体梁”与“关键层”为代表的经典理论,揭示了覆岩破断的宏观控制机制,奠定了岩层控制的理论基础;而以InSAR、UAV测绘、DFOS、微震监测等技术为核心的“空-天-地”一体化监测体系,进一步实现了对覆岩破断规律与地表沉陷过程的动态精细化表征;上述理论与技术的进步,推动着当前研究范式从单一机理分析向多源数据融合驱动的转变,其预测模型亦从传统经验公式向物理机理与数据驱动相融合的智能模型演进;构建“感知-认知-决策”一体化的智能监控理论与技术体系,是实现矿区安全与生态协同控制的必然趋势,未来研究应着力多源异构数据融合、多物理场耦合致灾机理等技术瓶颈,并构建基于数字孪生的智能决策系统,为矿山精准开采与生态保护提供理论与技术支撑。 展开更多
关键词 覆岩破断 地表沉陷 岩层控制 多源数据融合 数字孪生 智能监控
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