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深部岩层动力灾害防控基本原理与工程学
1
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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功率超声与碱激发协同强化粉煤灰膏体充填材料力学特性实验研究
2
作者 尹博 贾晓磊 +6 位作者 黄平平 连全东 周楠 李先峰 吴祥 杨瑞宙 杨晓艳 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期64-75,共12页
目的为了解决粉煤灰膏体充填材料早期强度低的缺点,开展超声-碱激发协同改性机理与效果研究。方法通过单因素试验,分析超声作用时间、超声功率、Na_(2)SiO_(3)浓度和NaOH浓度等改性因素对粉煤灰膏体充填材料1,3,7 d峰值强度的影响。基... 目的为了解决粉煤灰膏体充填材料早期强度低的缺点,开展超声-碱激发协同改性机理与效果研究。方法通过单因素试验,分析超声作用时间、超声功率、Na_(2)SiO_(3)浓度和NaOH浓度等改性因素对粉煤灰膏体充填材料1,3,7 d峰值强度的影响。基于响应面法中3因素5水平中心组合设计(CCD)试验对超声-碱激发协同改性参数进行优化分析,进一步研究改性后微观性质变化和超声-碱激发协同改性机理。结果结果表明,粉煤灰膏体充填材料的峰值强度随超声作用时间、超声功率、Na_(2)SiO_(3)浓度和NaOH浓度增加先增大后减小。4个因素对粉煤灰膏体充填材料峰值强度的影响顺序为Na_(2)SiO_(3)浓度>超声作用时间>超声功率>NaOH浓度。超声-碱激发协同实验的最佳测试条件为超声作用时间28.62 min,超声功率700 W,Na_(2)SiO_(3)浓度0.57 mol/L。超声-碱激发协同作用提高了粉煤灰膏体充填材料的峰值强度,其中碱激发起主要作用,功率超声起强化作用。结论超声-碱激发协同作用进一步提高了粉煤灰膏体充填材料的水化反应速率,增加了水化产物的生成量,降低了材料孔隙率,从而提高了粉煤灰膏体充填材料的力学性能。 展开更多
关键词 粉煤灰膏体充填材料 功率超声 碱激发 协同效应
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单轴压缩下煤岩变形破坏中子辐射响应特征初探
3
作者 赵毅鑫 荆刚 +1 位作者 刘斌 GIUSEPPE Lacidogna 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2026年第1期92-104,共13页
为探索矿山动力灾害监测新方法,本文结合中子辐射信号不受电磁干扰等特点,选取煤、花岗岩和磁铁矿样品开展单轴压缩试验,同步监测中子辐射与声发射信号,对煤、岩失稳过程中的中子辐射信号特征进行初探,探讨煤、岩失稳破坏的中子辐射预... 为探索矿山动力灾害监测新方法,本文结合中子辐射信号不受电磁干扰等特点,选取煤、花岗岩和磁铁矿样品开展单轴压缩试验,同步监测中子辐射与声发射信号,对煤、岩失稳过程中的中子辐射信号特征进行初探,探讨煤、岩失稳破坏的中子辐射预警指标。结果表明:煤、岩在失稳破坏时中子辐射发生显著变化,表明中子辐射技术具有作为煤、岩失稳监测新方法的潜力;在受载过程中样品突然破坏时,铁元素含量较高的样品更易引发中子辐射,且其幅值与铁元素含量亦相关;红庆河强冲击倾向性煤样在失稳时中子辐射信号峰值约为测试环境中子辐射背景信号的13.3倍,而王楼弱冲击性煤样失稳时中子辐射信号强度始终与测试环境背景信号无显著差异。声发射能够连续刻画损伤累积的全过程,而中子辐射则在宏观失稳临界点呈现突增特征,二者在时序与物理机制上形成互补。失稳前中子辐射表现为累计值的非线性增长与变异系数的数量级跃迁,样品临近失稳时,变异系数曲线均出现显著突增峰值。 展开更多
关键词 煤岩 单轴压缩 变形破坏 中子辐射 响应特征
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倾斜煤层开采覆岩裂隙分布规律试验研究
4
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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基于主成分分析法与决策树算法的岩爆预测方法与应用
5
作者 杨宫印 崔鹏艳 《有色金属(矿山部分)》 2026年第1期101-108,共8页
针对工程中岩爆难以预测的问题,采用主成分分析法与决策树算法结合预测岩爆等级,选取工程埋深H(m)、最大切向应力σ_(θ)、单轴抗压强度σc、单轴拉应力σt、应力集中因子SCF、脆性指数B1、脆性指数B2和弹性能量指数W_(et)为预测指标,... 针对工程中岩爆难以预测的问题,采用主成分分析法与决策树算法结合预测岩爆等级,选取工程埋深H(m)、最大切向应力σ_(θ)、单轴抗压强度σc、单轴拉应力σt、应力集中因子SCF、脆性指数B1、脆性指数B2和弹性能量指数W_(et)为预测指标,建立样本数据集,建立PCA-DT C4.5岩爆预测模型。结果表明,模型预测准确率达95%,召回率为97.1%,精确率为95.7%,F_(1)分数为0.964。通过将岩爆预测模型在新城金矿工程应用后,预测效果较好,且优于BPNN、SVM、DNN等模型。得到一种高效准确的岩爆预测新方法。 展开更多
关键词 岩爆预测 主成分分析 决策树 灾害防治
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软岩巷道围岩塑性区演化规律及形态模糊判别
6
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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采动覆岩破断运动与地表沉陷智能监控进展与展望
7
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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高位厚硬关键层破断致灾机制及弱化减灾效应研究
8
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
9
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
10
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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实用矿山压力控制理论研究进展与突破的重点
11
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
12
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
13
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
14
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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不同粒径煤岩块体超低摩擦滑动规律研究
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作者 李利萍 宋旭冬 +2 位作者 潘一山 胡学锦 齐桐 《自然灾害学报》 北大核心 2026年第1期205-215,共11页
煤岩颗粒粒径影响界面粗糙度和微裂隙萌生与扩展是超低摩擦滑动重要影响因素。为探究不同粒径煤岩块体对超低摩擦滑动影响规律,利用颗粒流方法建立超低摩擦数值模型,在垂直扰动作用下对工作块体分别施加瞬时和持续水平冲击,以工作块体... 煤岩颗粒粒径影响界面粗糙度和微裂隙萌生与扩展是超低摩擦滑动重要影响因素。为探究不同粒径煤岩块体对超低摩擦滑动影响规律,利用颗粒流方法建立超低摩擦数值模型,在垂直扰动作用下对工作块体分别施加瞬时和持续水平冲击,以工作块体水平位移和煤岩界面摩擦力为超低摩擦效应强度表征参数,分析不同粒径煤岩块体接触力链、微裂隙分布以及宏观裂隙演化,得到了不同粒径煤岩块体超低摩擦滑动规律。研究结果表明,瞬时水平冲击作用下,工作块体水平位移最大值和稳定值随煤岩粒径比增大呈先增大后减小趋势。粒径比为1.0时界面粗糙度较小,超低摩擦效应强度较大。煤岩块体产生微裂隙主要分布在煤岩界面,颗粒粒径相差越大,产生微裂隙数目越多,工作块体损伤程度越高,煤岩界面细小颗粒对工作块体滑动有润滑作用,导致界面摩擦力由波峰值到波谷值的降幅近80%。持续水平冲击作用下,煤岩粒径比为0.6、0.8、1.0时,工作块体易产生由煤岩界面向内部延伸的贯穿型张拉裂隙,煤岩界面摩擦力显著降低,易发生超低摩擦滑移。煤岩粒径比为1.2、1.4时,煤岩界面易发生超低摩擦自锁现象。 展开更多
关键词 冲击地压 超低摩擦 粒径比 煤岩界面 裂隙演化 摩擦力
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静态致裂作用下采煤工作面端头悬顶破断演化机理研究
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作者 袁瑞甫 李辉 +1 位作者 董卓 张群磊 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期54-63,共10页
目的为了揭示采场端头悬顶破断演化机理并实现合理矿压控制,开展悬顶破断静态致裂破坏规律与最佳钻孔间距研究。方法利用连续-非连续单元方法(CDEM)建立采场端头悬顶破断数值模型,分析悬顶破断静态致裂破坏规律;基于某矿5-2煤层实际地... 目的为了揭示采场端头悬顶破断演化机理并实现合理矿压控制,开展悬顶破断静态致裂破坏规律与最佳钻孔间距研究。方法利用连续-非连续单元方法(CDEM)建立采场端头悬顶破断数值模型,分析悬顶破断静态致裂破坏规律;基于某矿5-2煤层实际地质条件建立工作面端头区域地层数值模型,探究开挖过程中静态致裂前后悬顶变形、破断过程,揭示静态破碎剂作用下悬顶破断演化机理。结果结果表明:静态破碎剂膨胀压力与悬顶抗拉强度呈正比,当抗拉强度低于8 MPa且膨胀压力≥30 MPa时致裂效果最佳;悬顶致裂钻孔最佳间距为1.25 m;静态致裂前工作面端头悬顶周期垮落步距为37.5~22.5 m,平均步距27.5 m,而静态致裂后周期垮落步距减少至12~17 m;开采工作面支架压力和顶板位移现场测试结果进一步表明静态致裂技术的可行性。结论静态致裂技术通过控制悬顶垮落步距与破裂顺序,可有效避免矿压突变带来的安全隐患,研究结果可为静态致裂技术致裂坚硬顶板工程提供理论指导。 展开更多
关键词 端头悬顶 静态致裂 切顶卸压 数值模拟 破断机理
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厚松散层内“类散体拱”结构演化及覆岩运移规律
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作者 谭毅 王宇 +5 位作者 李辉 张少普 冯羿翔 葛志博 汤泽 张志翔 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期43-53,共11页
目的为探究松散层内“类散体拱”结构发育与地表损害之间的关系,开展厚松散层内“类散体拱”结构演化及覆岩运移规律研究。方法以鹤煤五矿2303工作面为研究背景,综合运用PFC颗粒流数值模拟、现场钻孔漏失量观测联合微动勘探实测和非线... 目的为探究松散层内“类散体拱”结构发育与地表损害之间的关系,开展厚松散层内“类散体拱”结构演化及覆岩运移规律研究。方法以鹤煤五矿2303工作面为研究背景,综合运用PFC颗粒流数值模拟、现场钻孔漏失量观测联合微动勘探实测和非线性回归分析等方法进行研究。结果随着工作面推进,基岩整体破坏形态呈“正梯形”,松散层底部颗粒受基岩弯曲下沉扰动形成“拱形”胶结破坏区,颗粒在运动压实过程中形成具有一定承载能力的“类散体拱”结构;裂隙场、应力场和位移场均具有阶段性发育特征,导水裂隙带高度发育经历快速增长、缓增、骤增和稳定4个阶段,应力场演化主要经历基岩“压力拱”结构发育、“压力拱”与“类散体拱”结构联合演化、“类散体拱”结构发育3个阶段,地表下沉主要经历缓慢下沉、快速下沉、急速下沉和稳定下沉4个阶段,“三场”演化各阶段相互对应;通过在地表构建测量圆测量开采过程中地表下沉值,地表下沉曲线整体呈近似“V”形,开采结束后在采空区中部地表出现“台阶裂缝”,采空区两侧出现拉伸裂缝,与实际勘探结果吻合;现场联合钻孔漏失量观测和微动勘探实测表明,2303工作面导水裂隙带高度为147.46 m,裂采比为16.49;垮落带高度为57.46 m,垮采比为6.43;基于回归理论构建厚松散层地表最大下沉值多元非线性预测公式,有效降低了考虑单一影响因素地表最大下沉值预测误差,获得良好的拟合优度0.98。结论研究方法可为类似条件下煤矿的安全生产以及地表保护提供参考。 展开更多
关键词 厚松散层 类散体拱 导水裂隙带 覆岩破坏 地表下沉
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