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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
1
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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纳米SiO2改性粉煤灰-水泥基注浆材料性能及声发射特征
2
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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变速率加载砂岩力学响应及声发射破裂前兆识别预警
3
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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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
4
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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注浆钢管墩柱承载性能与综放开采切顶留巷应用研究
5
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
6
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
7
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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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
8
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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厚硬顶板巷道切顶卸压机理及小煤柱护巷围岩控制技术研究
9
作者 陈晓祥 王冬冬 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期97-106,共10页
目的为研究直覆厚硬顶板邻近工作面切顶卸压效应和沿空掘巷小煤柱合理留设宽度,开展厚硬顶板巷道切顶卸压机理及小煤柱护巷围岩控制技术研究。方法以同宝煤业15号煤层15107工作面回风巷为研究对象,采用理论计算、数值模拟和现场工业性... 目的为研究直覆厚硬顶板邻近工作面切顶卸压效应和沿空掘巷小煤柱合理留设宽度,开展厚硬顶板巷道切顶卸压机理及小煤柱护巷围岩控制技术研究。方法以同宝煤业15号煤层15107工作面回风巷为研究对象,采用理论计算、数值模拟和现场工业性试验方法,研究直覆厚硬顶板条件下切顶卸压留小煤柱沿空掘巷围岩应力分布规律。结果结果表明:15106工作面运输巷切顶高度取21m时能够切断上层厚硬顶板;理论计算得出沿空掘巷小煤柱宽度范围为4.807~5.225m;切顶后,采空区右侧实体煤中的围岩应力显著下降,沿空掘巷围岩应力更为缓和;切顶有效降低小煤柱内部垂直应力峰值;切顶后煤柱宽度为3,5,7,9m时数值模拟结果显示,煤柱宽度由3m增至5m,煤柱帮顶板表面垂直应力峰值增幅高达166.31%,煤柱宽度由5m增至9m,煤柱帮顶板表面垂直应力峰值变化幅度均小于27.32%。结论现场试验表明,留设5m宽的小煤柱,并对15107回风巷进行合理支护,受工作面回采影响后,巷道的围岩变形均在200mm以下,采用深孔预裂爆破切顶卸压效果明显,满足15107工作面安全生产要求,可以为类似条件煤矿生产提供借鉴和参考。 展开更多
关键词 厚硬顶板 小煤柱 切顶卸压 沿空掘巷 围岩控制
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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
10
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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高强吸能玻璃钢锚杆抗冲力学特性研究
11
作者 唐治 于明丘 +1 位作者 施访 孟令健 《振动与冲击》 北大核心 2026年第5期229-236,共8页
为解决常规玻璃钢锚杆强度和延伸率低的问题,设计研发了一种在杆体尾部设有恒阻吸能装置的高强吸能玻璃钢锚杆。采用静载拉伸试验和ABAQUS数值模拟相结合的研究方法,研究了静载和不同冲击速度下高强吸能玻璃钢锚杆力学特性,并与常规玻... 为解决常规玻璃钢锚杆强度和延伸率低的问题,设计研发了一种在杆体尾部设有恒阻吸能装置的高强吸能玻璃钢锚杆。采用静载拉伸试验和ABAQUS数值模拟相结合的研究方法,研究了静载和不同冲击速度下高强吸能玻璃钢锚杆力学特性,并与常规玻璃钢锚杆力学性能进行了对比分析。结果表明,研发的高强吸能玻璃钢锚杆强度超过了660 MPa,在静载下的延伸率为5.16%,吸能量为15.54 kJ,分别为常规玻璃钢锚杆的2.66倍和2.55倍。冲击模拟结果表明,冲击速度在8 m/s内,高强吸能玻璃钢锚杆的延伸率、吸能量和抗冲时间均随冲击速度的增大有减小的趋势,但冲击速度对高强吸能玻璃钢锚杆延伸率和吸能量等指标的影响小于对常规玻璃钢锚杆的影响,抗冲时间明显优于常规玻璃钢锚杆。冲击速度对玻璃钢杆体的破断强度影响较小。研究成果为冲击地压巷道回采帮支护提供了新装备。 展开更多
关键词 冲击地压 高强吸能 玻璃钢锚杆 抗冲力学特性
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拉拔荷载下变截面锚杆承载特性研究
12
作者 朱昌星 刘旭 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第1期95-102,共8页
目的 为了解决煤巷树脂锚杆承载时尾部钢材抗拔性能不能充分发挥的问题,提出一种尾部空心的变截面锚杆,开展拉拔荷载下变截面锚杆承载特性研究。方法 采用理论分析研究拉拔荷载下变截面锚杆锚固段内力分布规律、破坏模式和弹性承载力,... 目的 为了解决煤巷树脂锚杆承载时尾部钢材抗拔性能不能充分发挥的问题,提出一种尾部空心的变截面锚杆,开展拉拔荷载下变截面锚杆承载特性研究。方法 采用理论分析研究拉拔荷载下变截面锚杆锚固段内力分布规律、破坏模式和弹性承载力,揭示空心段对锚杆承载性能的影响规律,并通过室内拉拔试验验证理论成果。结果 结果发现:与普通锚杆相比,空心段引起锚杆轴力分布曲线非线性增加和锚固剂-围岩界面最大剪应力增大,变化幅度随着空心段尺寸参数增大而增大;变截面锚杆的2种破坏模式为锚固剂-围岩界面滑脱和变截面位置锚杆破断,根据二者发生条件推导出相应的弹性承载力计算公式和破坏模式临界状态方程,对比2种破坏模式下锚杆弹性承载力和安全性的基础上,确立以锚固剂-围岩界面滑脱为首要破坏模式;当变截面锚杆发生锚固剂-围岩界面滑脱破坏时,其弹性承载力随着空心段尺寸参数增大,初始阶段先缓慢下降,随后加速下降,呈现负指数衰减。结论 该研究结果可为提高煤巷支护系统的经济效益和解决传统锚杆钢材利用率较低的问题提供借鉴。 展开更多
关键词 变截面锚杆 承载特性 破坏模式 弹性承载力
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循环浸水煤系砂岩微结构演变与声发射特征研究 被引量：1
13
作者 王伟男 姚强岭 +4 位作者 王爱文 宋义敏 唐治 梁顺 张晨曦 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2026年第1期158-172,共15页
反复浸水对煤矿地下水库边界煤岩柱强度弱化作用明显,是影响地下水库安全运行的关键因素之一。采用微观与宏观相结合的方法对干燥~浸水4次的煤系砂岩损伤和破坏过程开展试验研究,结果表明:随着浸水次数增加,岩样内部孔径、孔隙之间的连... 反复浸水对煤矿地下水库边界煤岩柱强度弱化作用明显,是影响地下水库安全运行的关键因素之一。采用微观与宏观相结合的方法对干燥~浸水4次的煤系砂岩损伤和破坏过程开展试验研究,结果表明:随着浸水次数增加,岩样内部孔径、孔隙之间的连通性逐渐增大;由浸水1次到浸水4次,岩样溶蚀孔孔径分别为0.9,3.0,8.1和16.2μm,T2曲线最大幅值分别为1 520.62,1 523.80,1 541.72和1 561.54,全孔、小孔、中孔和大孔的T2谱面积增大幅度分别为9.96%,5.32%,141.82%和119.72%;浸水次数越多,岩样脆性越小,残余强度特征越明显,AE信号强度越弱,AE值越小,内部张拉裂隙数量越少,剪切裂隙数量越多;随着时间增加,不同浸水次数下岩样AE计数时间分布分形维数(D_(AEtd))整体上均先升后降,而AE空间分布分形维数(DAEsd)均呈下降趋势,且下降规律不同;干燥~浸水4次,D_(AEtd)变化范围分别为1.351~2.612、1.097~2.425、1.444~2.236、1.107~2.213和1.456~2.452,DAEsd变化范围分别为2.379~2.788、2.147~2.856、2.236~2.537、2.057~2.306和2.080~2.477;随着浸水次数增加,D_(AEtd)无明显变化规律,而DAEsd整体呈下降趋势。研究成果可为受水反复侵蚀的地下煤系沉积岩结构稳定性评价和设计提供参考。 展开更多
关键词 煤系砂岩 干-湿循环 微结构演变 裂隙演化 AE分形特征
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短壁块段式采煤覆岩隔水层失稳判别依据研究 被引量：1
14
作者 赵长政 曹胜根 +2 位作者 张云 都书禹 车驰远 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2026年第1期148-157,共10页
短壁块段式采煤技术作为新型绿色开采技术,在确保煤炭资源高效开采的同时兼顾了水资源保护和生态环境修复,成为保水采煤技术的重要组成部分。基于短壁块段式采煤工艺特点,建立了短壁块段式采煤覆岩力学模型,探讨覆岩隔水层失效判别依据... 短壁块段式采煤技术作为新型绿色开采技术,在确保煤炭资源高效开采的同时兼顾了水资源保护和生态环境修复,成为保水采煤技术的重要组成部分。基于短壁块段式采煤工艺特点,建立了短壁块段式采煤覆岩力学模型,探讨覆岩隔水层失效判别依据。根据覆岩运移特征以及隔水层破坏形式,确定了覆岩隔水层失效的主控因素,并研究各主控因素影响下覆岩隔水层变形破坏规律。研究表明:保护煤柱宽度增加可以显著降低保护煤柱区域的破坏程度;隔水层厚度增加,块段区域破坏程度逐渐升高,而保护煤柱区域的破坏程度降低;随着隔水层高度升高,块段区域破坏程度随之降低;随着弹性模量增加,块段区域破坏程度逐渐升高,保护煤柱区域破坏程度显著降低。以西北地区伊宁矿区某矿为分析实例,基于建立的隔水层阻水性能评价模型,确定了短壁块段式开采最佳方案。 展开更多
关键词 短壁块段式采煤 力学模型 主控因素 评价模型
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软岩巷道围岩塑性区演化规律及形态模糊判别
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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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某金属矿山深部辅助斜坡道的支护模拟研究
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作者 朱志岗 侯克鹏 +5 位作者 孙华芬 者亚雷 虞云林 牛向东 杨梅 杨勇 《矿业研究与开发》 北大核心 2026年第1期19-30,共12页
深部巷道稳定性是深部开采的关键问题之一,同时也是难点之一。以某硬岩金属矿山深部开采为工程背景,根据地应力测试结果,应用FLAC3D构建数值模型,选择5个代表性的高程,从应力、位移、应变和塑性区四个方面,定量分析不同支护方案下的辅... 深部巷道稳定性是深部开采的关键问题之一,同时也是难点之一。以某硬岩金属矿山深部开采为工程背景,根据地应力测试结果,应用FLAC3D构建数值模型,选择5个代表性的高程,从应力、位移、应变和塑性区四个方面,定量分析不同支护方案下的辅助斜坡道稳定性。研究表明:采用厚度为100 mm的C30喷射混凝土支护圆弧拱时,高程2325 m及以上的辅助斜坡道可以保持稳定,在高程2175 m和1950 m处表现为不稳定状态,需要加强支护;底板采用厚度为300 mm的C30浇注混凝土铺设,在高程2850 m~1950 m范围内底板均表现为不稳定状态;分别研究了仅提高圆弧拱支护体的喷射混凝土强度、仅增加喷射混凝土支护厚度、延伸圆弧拱支护体为圆筒状支护结构等3种加强支护的方案,结果均不能保持辅助斜坡道深部段的稳定性;提出“圆筒状结构+喷射钢纤维混凝土+滞后造底”联合支护方案,经计算,验证该支护方案可行,推荐矿山在高程2325 m以下的辅助斜坡道使用该支护方案,支护体为100 mm厚的圆筒状CF35喷射钢纤维混凝土。 展开更多
关键词 深部开采 巷道支护 喷射混凝土 巷道稳定性 数值模拟
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煤炭气化高温下注浆加固岩体浆-岩界面剪切性能及损伤机制研究
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作者 王帅 浦海 +4 位作者 王红红 王连国 王清 胡李华 苏海霆 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2026年第1期208-220,共13页
煤炭地下气化引发的高温环境对浆-岩界面黏结性能及裂隙扩展特征具有显著影响。采用自主研发的耐高温复合水泥材料,结合保压注浆技术,研究了高温作用下浆-岩界面剪切性能与损伤机制。通过室内剪切试验与数字散斑相关法(DIC)分析发现,随... 煤炭地下气化引发的高温环境对浆-岩界面黏结性能及裂隙扩展特征具有显著影响。采用自主研发的耐高温复合水泥材料,结合保压注浆技术,研究了高温作用下浆-岩界面剪切性能与损伤机制。通过室内剪切试验与数字散斑相关法(DIC)分析发现,随着温度升高,浆-岩界面剪切强度显著下降,400℃为临界温度,超过此阈值后,界面黏聚力下降42.11%,内摩擦角下降23.43%;显微观测分析发现,在600~800℃高温区间,裂隙开度增加是界面损伤的主要原因;通过引入峰值摩擦系数和稳定摩擦系数,系统评价了法向应力与高温对浆-岩界面剪切性能的影响;同时,分析了高温下砂岩与浆液结石体热膨胀系数差异对界面黏结性能的影响,随着温度升高,热膨胀差异引发的热应力增加导致界面裂纹形成,进一步加剧了界面损伤。研究结果可为煤炭地下气化环境下裂隙岩体加固提供理论支持。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 注浆裂隙岩体 浆-岩界面 高温损伤 剪切强度
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煤矿采动巷道冒顶机理及其关键控制技术与装备
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作者 王卫军 赵志强 +2 位作者 贾后省 张盼栋 马念杰 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期338-351,共14页
针对由于煤矿采动巷道围岩条件复杂、开采强度大、矿压显现强烈,导致巷道冒顶、大变形等动压现象频发的难题,深入探讨了煤矿采动巷道冒顶机理,揭示了煤矿采动巷道冒顶的直接原因和力学本质,建立了裂隙危岩坠落、松散岩体垮落、弱黏结复... 针对由于煤矿采动巷道围岩条件复杂、开采强度大、矿压显现强烈,导致巷道冒顶、大变形等动压现象频发的难题,深入探讨了煤矿采动巷道冒顶机理,揭示了煤矿采动巷道冒顶的直接原因和力学本质,建立了裂隙危岩坠落、松散岩体垮落、弱黏结复合顶板垮落、大变形巷道蝶叶型冒顶等巷道顶板灾害的情景模式,阐明了先天缺陷型和采动影响型2种巷道冒顶类型。在巷道冒顶机理的指导下,开发了系列覆盖巷道服务全周期、拥有自主知识产权的煤矿采动巷道冒顶控制的关键技术和装备:巷道顶板灾害隐患分级定位排查方法、巷道围岩状态感知技术和支护设计智能决策系统、配备有集束式架载锚杆钻机群的综掘液压支架临时支护系统、以“悬臂式掘进机+综掘掩护支架+架载有轨锚杆钻机”为核心的掘进工作面“三机”配套新模式、异形变孔径钻进锚固增效技术、大变形抗冲击韧性锚索、可折叠无反复支撑超前支架等,阐明了各项自主技术的研发背景、关键创新和良好应用效果,解决了复杂条件煤巷冒顶机理、冒顶隐患定位排查预警、全周期顶板安全支护与控制等关键难题,实现了冒顶隐患可视化智能分析和巷道差异化支护设计,对于从源头上消除掘进空间和采动影响期间巷道冒顶安全隐患,提升我国煤矿灾害防治水平,保障国家能源安全具有重要意义与广阔应用前景。 展开更多
关键词 动压巷道 蝶形破坏理论 巷道冒顶控制 冒顶隐患分级 智能决策
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深部大断面硐室围岩力学分析与稳定控制方法
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作者 朱成 袁永 +2 位作者 刘彤 陈忠顺 袁超峰 《科学技术与工程》 北大核心 2026年第6期2338-2350,共13页
大断面硐室围岩长时稳定控制是深部煤炭资源安全高效开采的重要保证。基于深部大断面硐室围岩的赋存特征、损伤规律及应力分布特点,分别建立了顶板变截面梁、帮部柱体及底板外伸梁力学模型,推导得到了围岩挠曲线方程,探讨了随不同因素... 大断面硐室围岩长时稳定控制是深部煤炭资源安全高效开采的重要保证。基于深部大断面硐室围岩的赋存特征、损伤规律及应力分布特点,分别建立了顶板变截面梁、帮部柱体及底板外伸梁力学模型,推导得到了围岩挠曲线方程,探讨了随不同因素变化围岩变形破坏的响应特征,通过相似模拟试验研究了围岩的损伤演化规律及破坏模式,最终提出了深部大断面硐室围岩稳定控制系列对策。研究结果表明:影响深部大断面硐室围岩稳定性的关键因素为开采深度、围岩强度与刚度、硐室断面形状与尺寸、应力分布状态;不同的异质岩层条件下帮部围岩变形破坏特征差异显著;单纯提升自由面支护强度对于控制围岩变形破坏效果有限;基于深部大断面硐室围岩挠度分布特征进行非等强支护,即在挠度峰值区通过加大锚杆长度、缩小锚杆(索)间排距、注浆加固等方式增强岩体的强度与刚度,力求使围岩整体处于应力均衡状态,可最终实现围岩均匀协调变形。 展开更多
关键词 深部大断面硐室 围岩力学分析 挠曲线方程 变形破坏规律 围岩稳定控制
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采动应力干扰下分段压裂裂缝竞争扩展规律及诱导应力场演化机理
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作者 时培涛 闫浩 +2 位作者 张吉雄 陈驰 金磊林 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2026年第1期173-187,共15页
压裂技术在煤层增透、促进顶煤冒放、顶板压裂防冲等方面应用广泛。在煤层或顶板中压裂时,采掘活动引起的扰动应力场将直接影响裂缝扩展规律和压裂效果。基于采动应力场中压裂工程背景,提出了采动应力张量变换下压裂模拟方法,通过二次开... 压裂技术在煤层增透、促进顶煤冒放、顶板压裂防冲等方面应用广泛。在煤层或顶板中压裂时,采掘活动引起的扰动应力场将直接影响裂缝扩展规律和压裂效果。基于采动应力场中压裂工程背景,提出了采动应力张量变换下压裂模拟方法,通过二次开发SIGINI子程序实现了平衡态预定义采动应力场,研究了在旋转应力场中分段压裂时裂缝面的扩展规律,并基于李群和李代数描述了诱导应力场三维演化规律。结果表明:在原始地应力场中,随着压裂段间距的增大,裂缝面平均粗糙度和最大高度差总体呈下降趋势,中间裂缝面粗糙度往往最小,表明压裂段间距的增加弱化了缝间应力阴影的影响;在旋转应力场中,中间裂缝面粗糙度往往最大,说明其在扩展过程中弯曲较多;裂缝诱导应力场使部分区域应力发生重定向,并且使应力值大幅变化,从应力阴影到原始地应力区,最小主应力值增加了16.2%,中间主应力值增加了8.5%,最大主应力值减小了71.1%;在裂缝诱导应力场影响范围内,相邻裂缝竞争扩展,旋转应力场推动裂缝面偏转到诱导应力场范围内,受诱导应力场和旋转应力场双重影响,裂缝形态更加复杂。 展开更多
关键词 采动应力 应力旋转 煤层压裂 分段压裂 应力张量
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