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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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高应力复合顶板淋水巷道围岩修复技术研究
2
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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迎采动大断面巷道围岩破坏特征及影响因素分析
3
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
4
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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U型钢支架搭接段承载滑移机制及抗滑特性实验研究
5
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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平顶山矿区地应力场分布特征研究
6
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
7
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
8
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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多源数据驱动的页岩储层单井地应力智能预测方法及应用
9
作者 申宝剑 李丹 +7 位作者 何建华 徐碧兰 吴炎峰 王濡岳 蒋睿 李瑞雪 霍志周 刘坤 《地质力学学报》 北大核心 2026年第1期227-244,共18页
针对深层页岩具有“高温、高压、高应力及强塑性”的特点,现有地应力测试方法与测井解释模型存在预测精度低、耗时且推广能力弱等缺点,限制了地应力大小解释结果对页岩气勘探开发的有效指导。以川南复杂构造页岩气区块作为典型解剖区,... 针对深层页岩具有“高温、高压、高应力及强塑性”的特点,现有地应力测试方法与测井解释模型存在预测精度低、耗时且推广能力弱等缺点,限制了地应力大小解释结果对页岩气勘探开发的有效指导。以川南复杂构造页岩气区块作为典型解剖区,充分利用井点钻、录、测、压裂等各类动、静态多源数据,并结合不同实验条件下的岩石物理参数、岩石力学及地应力大小的测试技术,采用机器学习与地质力学知识双向驱动的方法,构建了多方法融合的地应力大小智能预测方法,并将精细地应力解释剖面应用于页岩气高效开发。龙马溪组一段(龙一段)页岩受有机质含量、矿物组构及围压影响,使得整体下部(1)—(4)号小层的各向异性、力学性质及孔隙弹性效应明显强于上部小层。基于这种力学特征的差异,建立了适用于深层页岩的地应力各向同性解释模型。基于实验数据、工程数据及多向标定的地应力解释人工合成数据,形成了川南地区页岩储层地应力标准数据集。采用Pearson因子算法筛选了横波时差、电阻率、声波时差及杨氏模量等敏感特征参数,优化后的轻量级与极限梯度提升混合(L-XGBoost)融合智能模型实现三向地应力大小解释精度均在90%以上,且均方根误差、平均绝对误差及决定系数分别为6.63,3.89及0.91,具有推广泛化应用能力。纵向上受龙一段页岩岩相变化引起的力学强度波动,使其内部发育了4套应力隔挡层,其中(1)号层顶与(6)号层为2套强应力隔层,储隔应力差大于6 MPa,且褶皱变形挤压应力扰动区局部派生的挤压应力会增强纵向应力的隔挡作用,使得最小水平主应力值变大,造成压裂改造效果变差。研究揭示了龙一段页岩力学各向异性受控地质因素,并据此建立了适用于深层页岩的各向同性地应力解释模型。采用L-XGBoost融合智能模型实现三向地应力预测精度超过90%,明确了龙一段页岩4套应力隔挡层发育特征及其对压裂效果的影响。研究成果将为川东南复杂构造区页岩气纵向开发小层划分和水力压裂优化设计提供科学指导。 展开更多
关键词 深层页岩 川东南 五峰组—龙马溪组 地应力大小 测井智能预测 应力隔层
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高位厚硬关键层破断致灾机制及弱化减灾效应研究
10
作者 王君 丁嘉兴 +3 位作者 宁杉 朱卫兵 赵波智 李竹 《工矿自动化》 北大核心 2026年第1期140-147,169,共9页
目前针对高位厚硬关键层的致灾机制研究多侧重于关键层的破断行为及其对采场强矿压的影响作用,关于关键层与煤层间距(层间距)变化对高位关键层的破断形式转变现象及其对应变能“积聚−释放”过程影响的研究相对较少。针对上述问题,综合... 目前针对高位厚硬关键层的致灾机制研究多侧重于关键层的破断行为及其对采场强矿压的影响作用,关于关键层与煤层间距(层间距)变化对高位关键层的破断形式转变现象及其对应变能“积聚−释放”过程影响的研究相对较少。针对上述问题,综合采用理论分析、数值模拟与相似模拟实验方法,揭示了高位关键层破断形式转变机制与能量聚散演化规律,比较了不同层位高位关键层弱化后工作面来压强度的衰减特征,阐明了高位厚硬关键层的弱化减灾效应。研究结果表明:关键层与煤层间距增大会导致关键层悬露区域面积发生变化,改变关键层走向及倾向边界上的弯矩大小及增长规律,促使其破断形式由竖向破断转变为横向破断;高位典型厚硬关键层因其承载能力强,悬露面积较低位关键层更大,弹性应变能积聚量更大,其破断弹性应变能快速释放诱发强矿压灾害的风险更高;水压致裂方法可显著改变关键层的破断步距及采场矿压显现强度,对煤层上方125 m处的高位关键层进行水压致裂弱化后,其破断步距较未弱化时减小40.94%,弹性应变能积聚量降低98.40%,工作面顶板压力下降了48.77%,因高位厚硬关键层断裂诱发的采场强矿压显现得到有效控制。 展开更多
关键词 高位关键层 厚硬岩层 覆岩运移 矿压显现 能量聚散 水压致裂
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基于无人机倾斜摄影的采空塌陷区识别方法
11
作者 张雷雨 朱进军 刘小丽 《金属矿山》 北大核心 2026年第2期269-275,共7页
针对传统人工解译方法在采空塌陷区识别过程中存在效率低下和主观性强的问题,结合无人机倾斜摄影技术与深度学习算法,提出了一种基于无人机倾斜摄影技术的采空塌陷区识别方法。该方法首先采用DJI Phantom4 RTK无人机在某矿采空塌陷区进... 针对传统人工解译方法在采空塌陷区识别过程中存在效率低下和主观性强的问题,结合无人机倾斜摄影技术与深度学习算法,提出了一种基于无人机倾斜摄影技术的采空塌陷区识别方法。该方法首先采用DJI Phantom4 RTK无人机在某矿采空塌陷区进行倾斜摄影测量,获取高分辨率的影像数据和三维点云数据;其次,利用Context Mapper三维重建软件对获取的数据进行处理,生成测区DOM(Digital Orthophoto Map)影像(分辨率2 cm)和DSM(Digital Surface Model)数据(分辨率5 cm);最后,结合形态学特征和光谱特征,构建了基于深度学习的塌陷区识别模型,以实现高效、准确的塌陷区自动识别。试验结果表明:所提方法在采空塌陷区识别中的总体精度达到94.3%,Kappa系数为0.91,显著优于传统人工解译方法。此外,所提方法的工作效率优于人工解译方法,显著降低了人为主观因素对识别结果的影响。在50个验证样本中,所提方法成功识别出47个塌陷区,仅漏判2个,误判1个,显示出该方法具有较高的可靠性,为地质灾害快速识别和动态监测提供了新的技术路径,具有较好的应用价值。 展开更多
关键词 采空塌陷区 无人机倾斜摄影测量 深度学习 目标识别 形态学 光谱特征
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急倾斜水平分段联合开采围岩破坏特征及应力传递规律研究
12
作者 伍永平 茹笑辉 +7 位作者 解盘石 王红伟 王立伟 杜玉乾 闫壮壮 田程阳 王乐辰 王正富 《煤炭工程》 北大核心 2026年第1期133-142,共10页
急倾斜煤层群水平分段开采过程中,多分段采动导致顶板运移与应力演化复杂。为研究其破断特征与应力演化机制,以新疆天顺矿为工程背景,结合物理相似模拟与数值计算,研究了围岩非对称破坏特征及能量-应力协同机制。结果表明,采动应力场呈... 急倾斜煤层群水平分段开采过程中,多分段采动导致顶板运移与应力演化复杂。为研究其破断特征与应力演化机制,以新疆天顺矿为工程背景,结合物理相似模拟与数值计算,研究了围岩非对称破坏特征及能量-应力协同机制。结果表明,采动应力场呈明显非对称偏转,沿倾向采空区顶板上下部形成应力集中区,中部为应力释放区,第三主应力逆向偏转,形成非对称应力包络拱。围岩破坏呈三阶段演化:一、二分段为初始稳定阶段,主应力偏转较小,围岩轻微垮落;三分段为临界失稳阶段,主应力偏转显著增大,微震能量和卸荷量均达峰值,承载拱突变失稳,高位岩层剧烈垮落;四、五分段为链式扩展阶段,卸荷范围扩大且微震频次增加,破坏范围随采深扩展。研究揭示顶板稳定性受开采工艺和主应力偏转的协同控制,分段高度为25 m时顶板阶段性失稳,三分段为临界阈值。 展开更多
关键词 急倾斜煤层 水平分段 围岩破坏 应力传递路径 应力偏转方向
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深部岩层动力灾害防控基本原理与工程学
13
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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实用矿山压力控制理论研究进展与突破的重点
14
作者 宋振骐 郝建 +2 位作者 蒋宇静 李恩来 边华 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2026年第1期1-26,共26页
与岩层运动有关的重大灾害在煤矿事故灾害中占主导地位,建立并完善矿山压力控制理论是控制相关灾害的基础。在回顾矿山压力理论发展历程的基础上,总结凝练了以上覆岩层运动为中心的“实用矿山压力控制理论”的内涵,从理论、技术、装备... 与岩层运动有关的重大灾害在煤矿事故灾害中占主导地位,建立并完善矿山压力控制理论是控制相关灾害的基础。在回顾矿山压力理论发展历程的基础上,总结凝练了以上覆岩层运动为中心的“实用矿山压力控制理论”的内涵,从理论、技术、装备方面总结了实用矿山压力控制理论的突破。在理论方面:构建了显示覆岩运动和支承压力分布发展变化规律的采场动态结构力学模型,确定不同采动条件下模型的动态发展规律;建立了两个应力场理论,揭示了内应力场实现的条件;构建了以位态方程为核心的工作面顶板控制力学模型,建立了工作面顶板控制(支架受力)与岩梁位态之间的关系。在装备方面:研发了三维相似材料模拟试验台、矿压机械模拟试验台等装备,实现了矿山岩层运动规律和支承压力分布规律反演模拟;研制了大量程(200~300 mm)、高精度(0.01 mm)顶板动态仪等监测仪器,形成了岩层动态成套监测装备和平台;搭建了覆岩运动仿真模拟系统,将力学模型以计算机的形式进行展示,实现了矿山压力的仿真与决策。在技术方面:提出了井下岩层动态观测技术,实现了基本顶来压预测预报;提出小煤柱沿空掘巷技术,将回采巷道布置在稳定的内应力场中,成功控制了传统大煤柱护巷诱发的冲击地压、瓦斯突出等动力灾害。最后,凝练了该理论的思维内核,兼具哲学战略性、功能导向性、效果实用性及风险回避性,并指出理论应重点突破的五大前沿方向为采动条件极端化、岩层运动调控化、采动应力调控化、矿山压力利用化与无为化。 展开更多
关键词 矿山压力 岩层运动 支承压力 顶板控制 位态
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采场应力演化特征的数字化和可视化研究及应用
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作者 王宏伟 王泽亮 +3 位作者 朱战斌 祝捷 曾宪涛 姜耀东 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2026年第1期222-245,共24页
研究煤矿工作面采场应力的时空分布规律及演化特征,是建立灾害预警指标和实施有效防控的关键。笔者结合研究团队近年在煤矿数字化建模和智能化开采等方向的研究进展,开展了工作面采场应力数据库构筑及其演化特征可视化输出研究。以工作... 研究煤矿工作面采场应力的时空分布规律及演化特征,是建立灾害预警指标和实施有效防控的关键。笔者结合研究团队近年在煤矿数字化建模和智能化开采等方向的研究进展,开展了工作面采场应力数据库构筑及其演化特征可视化输出研究。以工作面应力多源数据为基础,通过数据采集、保真、传输与归一化处理,提出了采场应力数字化重构方法,构建了多源数据融合与高效存储数据库,开发了数据库智能检索、信息化输出和云平台查询等功能。针对采场应力数据库数据离散性等问题,提出了一种基于微元分段傅立叶变换的数据插值方法,开发了“点连成线、线连成面、面连成体”三维插值算法,实现了多源离散数据的连续性表达,构建了基于关键点和关键区域确定的线性、多项式和指数3种采场应力反演模型,开发了采动应力演化三维可视化输出反演算法。开展了煤矿采场应力演化特征的物理试验研究,在实验室尺度实施了采场应力多源数据库构筑及其演化特征的可视化输出。以北京昊华能源集团大安山煤矿典型构造和内蒙古鄂尔多斯马泰壕煤矿3105工作面为工程地质背景,开展了原位应力场精细化插值和基于微震定位和液压支架载荷的采动应力可视化反演,在现场尺度实现了采场应力的动态可视化输出。研究结果表明,通过多源数据缺失填补、重复消除、数据降噪和格式转换,实现了采场数据的采集保真、有效融合和分类入库,并依据检索条件对采场数据进行精确快速查询和定位;基于傅立叶变换的采场应力插值算法分别在一维、二维和三维应力连续性表达中,达到了88%、82%和74%的精度提升;通过对工作面支架压力和微震数据的获取与分析,在现场尺度再现了工作面采动应力的动态演化过程,多源监测数据与反演结果的分布吻合较好,验证了反演结果的准确性。 展开更多
关键词 工作面采场 多源数据 数字化 可视化 断层构造
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高速铁路采空区地基“活化”及临界荷载研究
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作者 高保彬 陈志斌 +4 位作者 任连伟 邹友峰 王昕 朱宏博 任闯难 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第1期70-76,共7页
目的为了合理预计高速铁路列车动荷载是否会引起下方采空区“活化”的阈值,开展高速铁路采空区地基“活化”及临界荷载研究。方法采用理论分析计算和数值模拟相结合的方法,系统分析高速铁路采空区地基“活化”判定、采空区高速铁路列车... 目的为了合理预计高速铁路列车动荷载是否会引起下方采空区“活化”的阈值,开展高速铁路采空区地基“活化”及临界荷载研究。方法采用理论分析计算和数值模拟相结合的方法,系统分析高速铁路采空区地基“活化”判定、采空区高速铁路列车动荷载及对应的列车速度与轴重的计算。基于高速铁路采空区地基“活化”判定与高速铁路列车动荷载计算,建立采空区高速铁路临界荷载计算方法,应用于工程实践并得到临界荷载,对应得到高速铁路列车临界静轴重与临界速度;通过MIDAS软件进行数值模拟计算,求取导水裂隙带高度和临界荷载范围,验证采空区高速铁路临界荷载计算方法及理论分析计算结果的可行性和正确性。结果结果表明:在高速铁路列车通过采空区地表时,临界荷载为26.60 t。以设计静轴重17 t通过采空区地表时,临界车速为188.24 km/h,以设计速度250 km/h通过采空区地表时,临界静轴重为15.20 t。高速铁路列车以不超过计算的临界荷载26.60 t运行时,采空区地基不易“活化”;若同时以设计速度250 km/h和设计静轴重17 t通过采空区地表时,高速铁路列车荷载29.75 t已超过计算的临界荷载,为保证高速铁路和列车安全,应进行采空区处理。结论研究结果对高速铁路在采空区地表的建设和治理方案选择具有一定的指导价值。 展开更多
关键词 高速铁路 采空区 采空区“活化” 交通荷载 数值模拟
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巨厚顶板砂岩含水层下采煤水害防治:理论与技术
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作者 李振华 黄玉峰 +5 位作者 王文强 杜锋 丁湘 马丹 张勃阳 翟明磊 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第1期270-289,共20页
黄陇煤田煤层赋存于洛河组巨厚砂岩含水层之下,该含水层地下水储量丰富、补给充分,造成煤层开采受顶板水害威胁严重,顶板水害防治技术成为制约矿井安全生产的关键。为全方位分析黄陇煤田巨厚顶板砂岩含水层下采煤水害防治现状,探讨未来... 黄陇煤田煤层赋存于洛河组巨厚砂岩含水层之下,该含水层地下水储量丰富、补给充分,造成煤层开采受顶板水害威胁严重,顶板水害防治技术成为制约矿井安全生产的关键。为全方位分析黄陇煤田巨厚顶板砂岩含水层下采煤水害防治现状,探讨未来基于新技术开展顶板水害防控的重点攻关方向,从水害防治理论和技术视角全方位总结了近年来黄陇煤田巨厚复合顶板砂岩含水层水害防治的研究进展,依据黄陇煤田煤层开采过程中顶板水害特点,顶板充水类型总体上可以划分为3类6型,其中持续性高涌水量水害和非持续性涌水类中的脉冲式涌水、离层突水灾害为主要灾害形式;在理论方面,通过总结巨厚顶板砂岩含水层突水灾害形成的水源、通道、突水预兆、顶板结构、含水层的补给-径流-排泄条件、顶板覆岩破断以及导水通道演化等研究现状,明确了在高强度采动影响下,导水裂隙带发育高度显著,裂采比最高达30以上,直接沟通含水层是引发持续性涌水的原因,含水层补给和采动挤压的双重作用是造成覆岩弯曲下沉带与裂隙带交接区域产生离层空间形成脉冲式突水灾害的原因;总体上明确了强采动条件下覆岩变形破坏特征及水害成灾机制;在技术方面,通过分析现有的导水裂隙带发育高度探查、含水层水文地质参数获取、巨厚顶板砂岩含水层水害治理等技术的优缺点,提出“地下水截流”结合长距离定向钻探与靶向探放技术,形成的“断源截流、集中疏排”是有效防治巨厚顶板砂岩含水层突水的技术体系,并且明确了该技术体系的多元信息智能监测与预警技术建设方向。在总结现行巨厚顶板砂岩含水层水害防治理论和技术的基础上,结合前沿发展方向,明确了黄陇煤田当前仍面临强采动条件下离层水复杂流动路径释水致灾机理不明等问题,在深层次突水机理、高精度探测与监测、新型注浆材料研发、保水开采与生态保护以及矿井水资源化与智能化防控方面指出了今后需要重点发展的方向。 展开更多
关键词 巨厚顶板砂岩含水层 深埋侏罗系煤层 顶板水害防治 离层突水 多元信息预警
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内蒙古矿区矿震发生特点及防控对策与实践
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作者 曹安业 杨耀 +6 位作者 陈凡 王常彬 白贤栖 顾颖诗 马祥 秦续峰 丁国利 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第1期130-149,共20页
我国煤炭资源开发重心已向西部矿区优势资源快速转移,期间大规模、高强度开采诱使2.0级及以上矿震活动频发。2024年内蒙古原煤产量跃居全国第一,但矿震灾害尤为突出。为有效遏制内蒙古矿区矿震突增势头,统计了内蒙古矿震频发矿井地质沉... 我国煤炭资源开发重心已向西部矿区优势资源快速转移,期间大规模、高强度开采诱使2.0级及以上矿震活动频发。2024年内蒙古原煤产量跃居全国第一,但矿震灾害尤为突出。为有效遏制内蒙古矿区矿震突增势头,统计了内蒙古矿震频发矿井地质沉积特征,梳理了自2020年以来发生的26起2.0级及以上矿震案例,总结了矿震发生特点及发展趋势,结合地表岩移监测与覆岩离层观测结果,初步揭示了复杂沉积地层破断活动特征对频发矿震活动影响的特殊性,明确了矿震发生原因,提出了以主动卸压、减沉降载和生产布局优化为指导的矿震防控思路,并在受矿震严重制约生产的矿井开展了防控工业性试验。结果表明:内蒙古频发矿震矿区白垩系地层经历河流与风化沉积且发生大规模碳酸胶结作用,与下伏侏罗系地层形成重大不整合面,整体赋存形态和力学属性均表现出“骤变型”空间展布特征,造成了内蒙古煤矿矿震发生规律与机理的独特性;矿震多发生在邻空开采期间,震源位于采空区,对井上下几乎没有影响,发生过矿震的工作面复产期间降速开采甚至停产仍会再次发生矿震,凸显了矿区内覆岩断裂诱发矿震的复杂性;对矿震起控制作用的岩层动态变化,矿震发生后,地表快速下沉呈“阶梯式”,引起矿震的岩层及其上覆岩层内部裂隙快速扩展,裂隙扩展范围的所有岩层错动失稳均可能诱发矿震,这是内蒙古煤矿矿震难以有效防控的主要原因;矿震防控工程实施后,白垩系地层积聚能量稳步释放,地表沉降得到有效控制,减震效果显著;通过优化开采布局,降低了高强度开采带来的不利影响,实现源头防控矿震的同时,也促进了内蒙古煤矿矿震与冲击地压协同主动调控技术升级,对于后续矿井产能稳步释放具有重要意义。研究成果可促进对内蒙古矿区矿震的理性认识,并可为矿震有效防控提供宝贵思路。 展开更多
关键词 内蒙古矿区 矿震 沉积环境 巨厚覆岩 矿震防控 覆岩隔离注浆 开采布局优化
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Transformer架构驱动下的综采工作面矿压时序特征智能预测
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作者 杜锋 陈博 +7 位作者 王文强 浦海 杜雪明 李国栋 乔瑞 李鑫磊 徐杰 曹煜 《煤田地质与勘探》 北大核心 2026年第2期1-13,共13页
【背景】矿压预测是顶板灾害预警和管理的重要手段,是智能化矿井安全生产的前提和基础。开采过程中综采工作面环境复杂多变,导致基于电液控制系统采集的支架压力数据分布差异较大,预测困难。【方法】基于Transformer的矿压预测模型,使... 【背景】矿压预测是顶板灾害预警和管理的重要手段,是智能化矿井安全生产的前提和基础。开采过程中综采工作面环境复杂多变,导致基于电液控制系统采集的支架压力数据分布差异较大,预测困难。【方法】基于Transformer的矿压预测模型,使用线性插值填补缺失的矿压值,并使用滑动窗口算法调整训练时的矿压数据结构;针对矿压数据的时序特性,构建融合时序特征的输入序列,利用多头注意力(multi-head-attention)机制动态计算权重,根据数据本身自适应地聚焦关键时间步,从而有效捕捉复杂的非线性时序依赖,显著提升特征表征与预测能力,最后使用迁移学习方法,完成对上、中、下工作面支架工作阻力预测,并搭建基于矿压大数据的智能分析及预测平台。【结果和结论】使用多头注意力机制代替神经网络捕捉全局矿压数据特征,比循环神经网络(recurrent neural network,RNN)和长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)具有更强长序列依赖能力和特征学习能力,能有效降低模型损失,更加适用于预测矿压,Transformer模型在测试集上的均方误差和平均绝对误差损失精度分别达到0.34%和2.57%。Transformer模型也具有较强的泛化能力,使用迁移学习方法微调后,能够有效降低模型损失,在迁移同工作面其他支架时具有更好的泛化效果,Transformer预测模型进一步验证在矿压预测问题的适用性和可行性。平台可视化显示系统可精准分析预测前后的来压次数、推进距离、来压判据和工作面矿压云图等关键参数,为顶板灾害预警乃至其他灾害预警提供新思路,也为矿井安全高效开采与智能化建设奠定了坚实基础。 展开更多
关键词 综采工作面 深度学习 Transformer模型 时间序列 矿压显现 矿压预测
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基于时频域特征融合与深度学习的液压支架压力信号预测模型
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作者 余琼芳 孙成成 +2 位作者 杨艺 杨鹏飞 王珂一 《振动与冲击》 北大核心 2026年第3期20-31,共12页
液压支架压力信号的准确预测对于提升煤矿安全生产水平具有重要的理论意义与应用价值。然而,现有方法在处理压力信号中复杂的时频特性时仍存在一定局限。为此,提出了一种融合时频域分析与深度学习的压力信号预测框架——时频融合神经网... 液压支架压力信号的准确预测对于提升煤矿安全生产水平具有重要的理论意义与应用价值。然而,现有方法在处理压力信号中复杂的时频特性时仍存在一定局限。为此,提出了一种融合时频域分析与深度学习的压力信号预测框架——时频融合神经网络(time-frequency Transformer network,TF-TransNet)。首先,采用高斯移动均值滤波对原始压力信号进行去噪处理,并利用格兰杰因果分析筛选出最具预测价值的特征变量。在特征表示阶段,引入通道注意力机制以动态调整特征权重,并设计特征融合模块以增强变量间的交互建模能力。模型核心为创新性的时频融合编解码结构,结合快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)、长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)与概率稀疏自注意力(probabilistic self-attention,PSA)机制,实现对压力信号多维度时频特征的深度挖掘。FFT提供频域全局信息,揭示信号隐含的周期性模式;LSTM有效捕捉长时序依赖关系;PSA机制则引导模型关注关键的时频特征信息。以山东枣庄付村煤矿实际液压支架压力数据为基础,分别与传统LSTM及Transformer模型进行了对比,并通过消融试验验证了各模块对模型性能的贡献。试验结果表明,在12步长预测任务中,TF-TransNet在均方根误差上较LSTM和Transformer分别降低约28.10%和20.48%,平均绝对误差分别降低约33.62%和24.00%,R^(2)指标分别提升0.482 6和0.301 0。 展开更多
关键词 液压支架压力信号 深度学习 时频域分析 快速傅里叶变换(FFT) 特征融合 概率稀疏注意力(PSA)机制
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