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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
1
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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U型钢支架搭接段承载滑移机制及抗滑特性实验研究
2
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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软岩巷道围岩塑性区演化规律及形态模糊判别
3
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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纳米SiO2改性粉煤灰-水泥基注浆材料性能及声发射特征
4
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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沿顶掘进沿底综放机巷变形的尺寸效应及支护技术研究
5
作者 华心祝 杨勇 +3 位作者 杨朋 张九洲 张永松 李琛 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2026年第2期263-279,共17页
顾北煤矿14321工作面初始设计为综采,巷道沿顶布置。为提高采煤效率和防止透水事故,综采500 m后转为综放开采。为适应综放开采要求,原沿顶布置的巷道需通过卧底增加巷道高度,由此产生高帮巷道。巷道尺寸效应导致围岩应力分布和位移发生... 顾北煤矿14321工作面初始设计为综采,巷道沿顶布置。为提高采煤效率和防止透水事故,综采500 m后转为综放开采。为适应综放开采要求,原沿顶布置的巷道需通过卧底增加巷道高度,由此产生高帮巷道。巷道尺寸效应导致围岩应力分布和位移发生变化,易引发围岩结构失稳和支护失效等问题。以14321工作面机巷为工程背景,基于复变函数理论分析巷道高宽比与侧压系数对围岩应力场分布的影响,结合危险函数理论探讨巷道边界不同方位及岩性的围岩破裂危险性,采用FLAC^(3D)数值模拟研究巷道围岩位移演化和塑性区扩展规律。结果表明:巷道高宽比和侧压系数对围岩应力场分布具有显著影响,随着机巷高度增加,帮部围岩更易出现应力集中区;软弱煤帮与底角泥岩在高应力环境下存在较高的失稳破裂风险;高宽比增大加剧了围岩塑性区的扩展,卧底后帮部塑性区宽度增加31.8%,采动应力叠加后总扩展超过36.2%,其位移量达到原尺寸巷道的2倍以上。为此,提出以煤帮改性为基础的“锚注-喷浆”协同加固与卧底方案。现场监测结果表明,机巷注浆加固后围岩裂隙发育程度明显降低,位移量显著减小,稳定性得到有效控制。研究成果可为厚煤层沿顶掘进沿底综放回采巷道设计及支护提供参考。 展开更多
关键词 沿顶掘进 综放开采 回采巷道 尺寸效应 复变函数 支护技术
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复杂交岔点稳定性分析与钢管混凝土墩柱群支护技术
6
作者 王军 武兆龙 +5 位作者 刘洋 武玉梁 王波 刘杰 朱传根 吕顺章 《煤炭学报》 北大核心 2026年第2期1021-1036,共16页
巷道交岔点作为井下开采的关键部位对矿井安全生产具有全局性控制作用,针对深部复杂交岔点悬顶面积大、围岩应力集中、支护难度大等问题,以阳城煤矿-650南翼轨道大巷与联络巷交岔点为研究对象,采用理论分析、数值模拟、室内试验及现场... 巷道交岔点作为井下开采的关键部位对矿井安全生产具有全局性控制作用,针对深部复杂交岔点悬顶面积大、围岩应力集中、支护难度大等问题,以阳城煤矿-650南翼轨道大巷与联络巷交岔点为研究对象,采用理论分析、数值模拟、室内试验及现场应用等方法,系统开展了交岔点稳定性分析和复合支护技术研究。通过分析交岔点围岩地质与力学参数及变形影响因素,建立了交岔点顶板变截面梁支撑体系力学模型,推导了顶板岩梁挠度计算公式,确定了顶板跨度为影响交岔点稳定性的最重要因素,划定了交岔点顶板下沉危险区范围,提出了交岔点关键部位变形控制技术。设计了基于钢管混凝土组合支架和基于钢管混凝土墩柱群的2种交岔点复合支护方案,模拟显示采用2种支护方案后交岔点顶板分别下沉100 mm和150 mm,表明2种支护方案均能有效约束交岔点顶板下沉并保证交岔点支护安全。随后从施工难易、支护成本及允许变形量等方面开展对比分析,确定基于钢管混凝土墩柱群的复合支护方案为首选,并设计了轴压承载力试验对钢管混凝土墩柱群结构进行承载验证分析,进一步开展了工程实践,实践表明:基于钢管混凝土墩柱群的复合支护方案在-650南翼轨道大巷与联络巷交岔点实施后,顶板及围岩稳定性显著提升。现场监测显示,支护结构实施2 a和5 a后顶板的累积下沉量分别为65 mm和126 mm,小于钢管混凝土组合支架复合支护方案的数值模拟预测结果,满足交岔点使用要求,交岔点持续稳定,现场支护效果良好,且施工简单,成本经济,为复杂交岔点支护提供了良好借鉴。 展开更多
关键词 交岔点支护 顶板跨度 岩梁挠度 钢管混凝土墩柱群 钢管混凝土组合支架
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深部高应力煤巷围岩塑性破坏特征及支护对策研究
7
作者 王飞 涂敏 +2 位作者 张向阳 丁健 李苏豫 《中国矿业》 北大核心 2026年第3期46-55,共10页
针对深部煤巷掘进后围岩变形大、支护困难等问题,以朱集西11101运输顺槽为研究对象,理论计算了巷道掘进后的围岩塑性破坏半径,提出以“高预紧力锚杆(索)+金属网”为核心的支护方案,进而模拟分析了六种不同顶板支护密度下的巷道围岩变形... 针对深部煤巷掘进后围岩变形大、支护困难等问题,以朱集西11101运输顺槽为研究对象,理论计算了巷道掘进后的围岩塑性破坏半径,提出以“高预紧力锚杆(索)+金属网”为核心的支护方案,进而模拟分析了六种不同顶板支护密度下的巷道围岩变形特征及应力分布规律,筛选出了最优支护方案进行现场实践,结果表明:增加锚杆数量、减小锚杆排距虽均可提高围岩控制效果,但在保障巷道围岩控制效果的同时应考虑到经济效益,最终选择顶板锚杆间排距为800 mm×700 mm、锚索间排距为1800 mm×1600 mm、两帮锚杆间排距为800 mm×800 mm的最优支护方案;方案3同其他支护相比较,顶板最大下沉量从72 mm减小至60 mm,减小了16.67%,最大底鼓量从150 mm减小到90 mm,减小了40.00%,水平应力峰值从36.73 MPa减小到31.20 MPa,减小了15.06%,支护方案有效地降低了围岩应力峰值,减小了巷道围岩变形情况,验证了支护方案的可靠性;试验段监测结果表明方案3支护效果良好,在监测期内巷道顶板累计下沉量为61 mm,累计底鼓量为102 mm,两帮累计移进量为156 mm,有效地遏制巷道围岩的变形破坏。 展开更多
关键词 深部煤巷 围岩控制 破坏范围 数值模拟 支护方案
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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
8
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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变速率加载砂岩力学响应及声发射破裂前兆识别预警
9
作者 华心祝 李琛 +2 位作者 杨朋 刘啸 闫纪元 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第1期67-83,共17页
切顶留巷是深部煤炭安全高效开采的重要技术手段,但受一次掘进与二次强采动影响,围岩变形剧烈,底鼓问题突出。为揭示留巷过程中覆岩-底板的应力传递规律及底板岩石在变速率加载下的破裂演化机制,开展了相似模拟及单轴变速率加载试验,综... 切顶留巷是深部煤炭安全高效开采的重要技术手段,但受一次掘进与二次强采动影响,围岩变形剧烈,底鼓问题突出。为揭示留巷过程中覆岩-底板的应力传递规律及底板岩石在变速率加载下的破裂演化机制,开展了相似模拟及单轴变速率加载试验,综合分析底板应力响应特征与不同加载速率下岩石力学、声发射与分形行为。相似模拟结果表明:巷道开挖后底板表面瞬时卸荷,随工作面推进与覆岩周期垮落,垮落矸石堆积压实使得底板应力回升;覆岩结构稳定后底板应力变化趋缓,系统进入准静态平衡阶段。在此基础上开展的变速率加载岩石力学试验表明,加载速率显著影响砂岩的破裂模式与力学响应,快速加载下应变速率高、裂纹集中起裂并迅速贯通,能量释放剧烈,表现为典型脆性破坏;较早切入准静态加载时,裂纹呈多点萌生与缓慢贯通特征,峰前非线性阶段延长,脆性减弱、延性增强;全程准静态加载下损伤累积最充分,破裂过程呈渐进性。声发射结果显示,快速加载下AE信号突发集中、计数与能量峰前急剧上升,预警窗口极短;降低加载速率后,裂纹扩展受抑、事件转为连续活跃,峰后仍保持高能量释放。多重分形分析表明,AE分形谱呈“钟形”分布,随应力增加先展宽后收敛。快速加载或晚期切速使谱形左偏、突发性增强;低速或早期切速下谱形更对称,表明裂纹渐进扩展。基于AE多参量方差构建的预警指标进一步表明快速加载下方差在峰前短时急剧抬升,预警信号出现晚、持续时间短;降低加载速率后,方差呈持续上升、多峰密集,L1、L2、L3三级预警依次触发,窗口明显延长;全程准静态加载时方差波动更密集,可提前识别裂纹加速贯通的过程,表明加载速率越低,裂隙演化越充分,破裂前兆越易识别。降低加载速率有利于裂纹的充分演化发展,从而增强岩石破裂前兆特征的可识别性与可预见性,为深部岩体稳定性监测与灾害预警提供理论依据。 展开更多
关键词 切顶留巷 底板应力 多重分形 前兆信息 声发射预警
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基于煤岩系统刚度变化的冲击地压全过程探讨
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作者 蔡武 刘爱鑫 +2 位作者 朱旭明 袁莎莎 窦林名 《煤炭学报》 北大核心 2026年第2期1102-1118,共17页
煤矿冲击地压因其发生过程的复杂性、突发性、多样性等特点,其监测预警与防治一直是困扰学术界及采矿界的世界性难题,该难题涉及的冲击地压全过程(孕育—启动—显现—结束)机理尚未得到有效揭示。在总结采场应力环境和动静载叠加诱冲理... 煤矿冲击地压因其发生过程的复杂性、突发性、多样性等特点,其监测预警与防治一直是困扰学术界及采矿界的世界性难题,该难题涉及的冲击地压全过程(孕育—启动—显现—结束)机理尚未得到有效揭示。在总结采场应力环境和动静载叠加诱冲理论的基础上,建立了顶板-煤层-底板冲击系统模型,探讨了基于煤岩系统刚度变化的冲击地压全过程解释,包括基于刚度变化的位移突变和能量释放2个准则,以及一种广义刚度启动条件和塑性变形与载荷增量2种动载诱冲效应;开展了组合煤岩试样的真三轴准静载、循环加卸载和动静组合试验,分别验证了刚度启动静载条件、塑性变形型和载荷增量型动载诱冲效应。结果表明:刚度启动静载条件是煤体屈服刚度大于顶底板围岩刚度,叠加动载作用下的广义刚度启动条件等价于降低围岩刚度,由此推导出的位移突变和能量释放准则可以预测冲击地压的时空位置;塑性变形型动载诱冲效应的本质是峰前累积的永久塑性变形超过准静载条件下的冲击启动临界应变值。载荷增量型动载诱冲效应的本质是输入的动载能量大于峰前应力状态发展至峰后冲击启动时所需的耗散能,且存在剩余弹性能释放;冲击地压定义的科学内涵包括冲击载体、物理参量和宏观现象3个特征,其中,刚度变化响应、表征和匹配是指导冲击地压监测与防治的关键。煤岩系统刚度变化解释了顶底板围岩加载系统与受载煤体的相对刚度变化对冲击地压的影响,以及由此引发的能量动态平衡问题,综合了动静载叠加、强度、刚度、能量、冲击倾向性等理论的核心思想,可为揭示冲击地压全过程机理和能量释放规律提供新的视角。 展开更多
关键词 冲击地压 刚度变化 位移突变 能量释放 真三轴试验
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深部矿柱渐进失效机制与锚杆支护效应连续-非连续数值研究
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作者 邱士利 张世瑞 +3 位作者 江权 黄青富 张合作 向天兵 《岩土力学》 北大核心 2026年第1期281-295,共15页
为了研究深部矿柱破坏机制与锚杆加固效应,在有限-离散元方法(finite-discrete element method,简称FDEM)的基础上提出了一种可破Voronoi块体模型(Voronoi breakable block model,简称VBBM)用来表征矿柱岩体。通过开展实验室尺度和现场... 为了研究深部矿柱破坏机制与锚杆加固效应,在有限-离散元方法(finite-discrete element method,简称FDEM)的基础上提出了一种可破Voronoi块体模型(Voronoi breakable block model,简称VBBM)用来表征矿柱岩体。通过开展实验室尺度和现场尺度矿柱单轴压缩试验,探讨模型参数标定方法以及验证模型有效性,结合全长黏结锚杆模型,探讨矿柱渐进损伤机制与锚杆支护效应。研究结果表明:提出的参数标定方法能有效利用实验室数据获得不同尺度岩柱模型参数设置,基于合理的参数设置并开展模拟研究发现,该模型能有效捕捉从柱角初始剥落到矿柱浅表层剥落和深层共轭剪切破坏的宏观破坏机制,矿柱宽高比(W/H)是其应变软化行为到伪延性行为转变以及核心区域变形差异性的根本因素。全长黏结式锚杆产生的被动围压只有在矿柱产生足够的体胀时才会激活,锚杆产生的约束显著影响矿柱峰后变形行为。矿柱变形由浅表层到核心区存在梯度特征,裂纹张开度和动能释放率与锚杆支护压力呈负相关,且存在较强的幂指数关系,说明支护压力存在一个过渡区间,锚杆密度存在最优值。研究成果为深部岩体渐进破裂机制提供了一个有力的分析工具,为深部采矿灾害风险评估和支护可靠性评价提供理论支撑。 展开更多
关键词 硬岩矿柱 有限元/离散元方法(FDEM) 可破Voronoi块体 锚杆 破坏机制
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偏心加载对吸能玻璃钢锚杆力学性能影响的研究
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作者 唐治 贾敦炜 +2 位作者 吴志伟 吕进国 常得志 《机械强度》 北大核心 2026年第4期91-102,共12页
【目的】针对煤矿巷道支护中锚杆受偏心载荷作用导致性能下降的问题,探究偏转角对吸能玻璃钢锚杆力学性能的影响规律,确定其正常工作角度范围,为同类巷道支护设计提供参考。【方法】首先,通过力学分析推导了吸能玻璃钢锚杆最大偏转角与... 【目的】针对煤矿巷道支护中锚杆受偏心载荷作用导致性能下降的问题,探究偏转角对吸能玻璃钢锚杆力学性能的影响规律,确定其正常工作角度范围,为同类巷道支护设计提供参考。【方法】首先,通过力学分析推导了吸能玻璃钢锚杆最大偏转角与玻璃钢杆体的应力-应变柔度矩阵关系,明确了偏心载荷下锚杆受力特性与适用判定准则;其次,通过万能试验机拉伸试验,测定了玻璃钢杆体关键力学参数,为数值模拟提供基础数据;然后,基于Hashin失效准则编写了Vumat子程序,采用Abaqus有限元软件建立了常规与吸能玻璃钢锚杆数值模型;最后,对比分析了静载与不同冲击参数动载作用下锚杆的核心力学指标。【结果】结果表明,静载作用下,两类锚杆的破断力、延伸率、吸能量均随偏转角增大成非线性衰减,确定吸能玻璃钢锚杆适用偏转角不大于4°;在4°偏转角工况下,该锚杆动态力学指标显著优于常规锚杆,吸能量约为常规锚杆的12倍,具备优异的抗冲击与吸能特性;不同冲击工况下,4°偏转角的该锚杆各项指标均满足预设适用准则。 展开更多
关键词 吸能玻璃钢锚杆 偏心加载 冲击能量 冲击速度 抗冲击性能
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注浆钢管墩柱承载性能与综放开采切顶留巷应用研究
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作者 李怀珍 李家豪 +2 位作者 袁瑞甫 穆棒棒 解帅帅 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期129-139,共11页
目的采用不同形式充填体进行巷旁支护存在运输量大、工艺复杂、初强低和成本高等问题,因此亟需研发一种高强、高刚、轻型模块化巷旁支护结构。方法采用理论分析、室内试验、数值计算和工程应用等方法开展研究,选取长500 mm,φ159 mm的... 目的采用不同形式充填体进行巷旁支护存在运输量大、工艺复杂、初强低和成本高等问题,因此亟需研发一种高强、高刚、轻型模块化巷旁支护结构。方法采用理论分析、室内试验、数值计算和工程应用等方法开展研究,选取长500 mm,φ159 mm的钢管墩柱,采用不同壁厚和不同水灰比注浆进行轴心加载试验和数值计算,明确影响注浆钢管墩柱承载性能的敏感因素和合理参数。对外形结构进行设计并加工长1200 mm,φ159 mm的钢管墩柱,注入水灰比0.4的浆液进行轴向加载试验和数值计算。结合某综放工作面切顶留巷,通过极限平衡法和数值计算,分析现场用墩柱(长3000 mm、外径299 mm、壁厚8 mm、水灰比0.4)的承载性能。结果结果表明,钢管壁厚为8 mm、水灰比为0.4时钢管墩柱具有相对理想的极限承载力。工程现场注浆钢管墩柱轴向极限承载力超过4800 kN,与理论预测高度吻合。结论注浆钢管墩柱通过优化钢管壁厚与浆液配比,具备较高承载能力,简化了施工流程,降低了设备需求与材料成本。工程实践表明,采用注浆钢管墩柱进行综放开采切顶留巷巷旁支护,巷道稳定后的顶底板最大移近量为78 cm,巷帮最大移近量为95 cm,巷道收缩率满足工程要求。 展开更多
关键词 沿空留巷 注浆钢管墩柱 承载性能 综放开采 工程应用
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新城金矿某中段巷道加锚围岩损伤失效与锚固时机数值模拟研究
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作者 关凯 蒋旭 +3 位作者 朱万成 刘溪鸽 朱兆文 刘滨 《中国矿业》 北大核心 2026年第1期156-164,共9页
锚固时机的合理选择应在充分发挥支护结构对围岩控制作用的同时,也能积极调动围岩的自稳能力,合理的锚固时机对保证掘进工程的安全性与经济性具有重要意义。本文通过综合考虑围岩弹性损伤模型、锚杆弹塑性硬化模型和界面双指数剪切滑移... 锚固时机的合理选择应在充分发挥支护结构对围岩控制作用的同时,也能积极调动围岩的自稳能力,合理的锚固时机对保证掘进工程的安全性与经济性具有重要意义。本文通过综合考虑围岩弹性损伤模型、锚杆弹塑性硬化模型和界面双指数剪切滑移模型,建立加锚围岩损伤与锚固失效的数值模拟方法,并以新城金矿某中段大巷的掘进与支护工程为例,对比分析不同支护时机与不同锚固长度条件下巷道收敛变形、围岩损伤与锚杆状态,发现锚固锚杆支护越早,巷道收敛变形越小,但是过早的支护时机将使得更多的锚固锚杆进入塑性硬化与锚固界面滑移失稳阶段而发生锚固失效;由于新城金矿高围岩强度限制了围岩损伤演化与变形发展,支护时机和锚固长度对巷道收敛变形和开挖损伤区大小影响也较小;通过对围岩及锚固锚杆力学响应的分析,发现锚固长度为1.7 m时,锚固锚杆发生滑移脱黏现象更少,并确定了离掌子面距离为4 m进行锚固锚杆支护为最佳支护时机。该研究为其他矿山掘进与支护工程支护时机研究提供了理论分析方法。 展开更多
关键词 锚杆 锚固时机 巷道掘进 围岩损伤 锚固失效
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小煤柱沿空掘巷矿压显现规律及围岩控制技术
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作者 李瑞 吴劲松 +6 位作者 方良才 孙方 聂政 朱乐章 高登友 于学雷 陈中华 《煤》 2026年第2期11-17,共7页
为解决小煤柱沿空掘巷巷道围岩大变形问题,以袁店一井煤矿823工作面回风巷为研究对象,采用现场试验、数值模拟、现场实测相结合的方法,研究巷道围岩变形特征及巷道矿压显现规律。研究结果表明:煤柱整体处于塑性破坏状态,0~2.1 m范围内... 为解决小煤柱沿空掘巷巷道围岩大变形问题,以袁店一井煤矿823工作面回风巷为研究对象,采用现场试验、数值模拟、现场实测相结合的方法,研究巷道围岩变形特征及巷道矿压显现规律。研究结果表明:煤柱整体处于塑性破坏状态,0~2.1 m范围内裂隙发育,最长裂隙约为39 mm;煤柱应力集中程度随工作面推进逐渐增大,最大垂直应力为16.94 MPa,应力集中系数为2.04;煤柱和巷道在采动影响下主要表现为剪切破坏,巷道围岩随工作面推进发生显著变形。现场监测结果表明,采用“979”支护方案后,顶板与右帮最大变形量约为90 mm,底板与左帮最大变形量约为120 mm.从现场应用情况看,回采过程中未发生片帮、冒顶等事故,验证了该支护方案的合理性。 展开更多
关键词 沿空掘巷 小煤柱 围岩变形 矿压显现规律 “979”支护
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高应力复合顶板淋水巷道围岩修复技术研究
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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
原文传递
厚煤层软岩临空巷道围岩塑性区演化规律及控制技术
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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
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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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基于视觉检测及面向边缘计算的液压支架姿态模型研究
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作者 解盘石 邢军军 +1 位作者 段思宇 李国欣 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期107-119,共13页
目的液压支架稳定性控制是大倾角煤层开采所面临的主要技术难题,受地质条件和采场环境变化影响,支架易处于非稳定的工作状态。方法采用改进的YOLOv11n-Pose算法训练支架姿态检测模型,实现支架整体姿态检测。为满足模型轻量化需求,在算... 目的液压支架稳定性控制是大倾角煤层开采所面临的主要技术难题,受地质条件和采场环境变化影响,支架易处于非稳定的工作状态。方法采用改进的YOLOv11n-Pose算法训练支架姿态检测模型,实现支架整体姿态检测。为满足模型轻量化需求,在算法的主干层引入GhostNet网络结构和RepConv模块;设计C3k2-RVB-EMA注意力机制模块增加模型的鲁棒性;为提高模型的整体精度与收敛效率,对比常用的损失函数CIoU,GIoU,DIoU,EIoU,SIoU和WIoU,选择WIoU为该模型的损失函数。基于双目视觉模型和坐标转换关系,实现对支架支撑高度、顶梁俯仰角及底座偏转角的数据测量。结果结果表明,模型采用轻量化设计,比YOLOv11n-Pose算法模型体积减少30.26%;采用C3k2-RVB-EMA注意力机制模块和WIoU损失函数,模型准确率提升1.7%;改进算法模型生成的支架姿态曲线、关键点位置和输出的置信度数值均优于现存算法模型;在支架姿态测量实验中,所提模型测量结果最大相对误差在5.52%以内。将所提模型部署至边缘计算设备平台上,其参数量、计算量、体积和推理时间均优于常用模型。结论改进算法模型用于大倾角煤层支架整体姿态检测,展现出较高的准确性和鲁棒性;同时将模型部署至边缘计算设备上,实现了高效推理,有效兼顾了检测精度与轻量化部署需求,为大倾角煤层液压支架姿态检测提供了可行技术路径。 展开更多
关键词 液压支架 姿态检测 YOLOv11n-Pose 轻量化模型 模型部署
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厚煤硬顶综放末采覆岩深孔预裂爆破参数优化与效果分析研究
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作者 张向阳 张高俊 +1 位作者 许林峰 王重凯 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期31-42,共12页
目的为保障厚煤硬顶综放工作面末采期间支架安全回撤,开展厚煤硬顶综放末采覆岩深孔预裂爆破参数优化与效果分析。方法以王家岭矿区12314工作面为背景,构建大空间采场末采阶段结构力学模型和数值模型,建立覆岩荷载与支架承载力的动态耦... 目的为保障厚煤硬顶综放工作面末采期间支架安全回撤,开展厚煤硬顶综放末采覆岩深孔预裂爆破参数优化与效果分析。方法以王家岭矿区12314工作面为背景,构建大空间采场末采阶段结构力学模型和数值模型,建立覆岩荷载与支架承载力的动态耦合解析方法,提出切顶卸压的应力阻断定位方法。结果末采阶段,支架受力强弱的主控因素为顶板结构的悬臂长度和高度;增加切顶高度和缩小切顶位置均能显著提升应力阻断效果;应力阻断效果随切顶高度增加逐渐趋于稳定,临界高度为35 m;应力阻断效果随切顶位置与停采线之间距离增加逐渐减弱,临界距离为60 m;基于切顶参数和卸压指标的非线性关系,通过曲面拟合建立切顶卸压效果预测模型,预测误差仅为3.32%;12314工作面最优切顶参数下(停采线前35 m切顶配合30 m切顶高度),超前支承峰值应力降低25.93%,顶板最大下沉量降低14.10%,左帮和右帮峰值应力分别降低9.83%,5.50%。结论设计末采切顶参数组合应力阻断效果良好,预测模型可实现各卸压指标的快速计算与可视化,完成深孔预裂爆破关键参数设计与优化;“理论解析-数值模拟-预测分析-现场验证”研究框架和切顶参数设计标准化流程可为类似工程问题提供借鉴作用。 展开更多
关键词 厚煤硬顶 深孔预裂爆破 切顶卸压 切顶高度 切顶位置
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