主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
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采矿与安全工程学报

期刊英文名:Journal of Mining & Safety Engineering

  《采矿与安全工程学报》,双月刊,创办于1984年,双月刊,是由中国矿业大学和中国煤炭工业劳动保护科学技术学会联合主办的一级学术期刊,被美国《工程索引》(Ei Compendex)、中国科学引文数据库核心库(CSCD)等数据库收录。
  • 作者(Author):李树刚赵波赵鹏翔杨二豪徐培耘
    关键词(KeyWords):吸附材料吸附量增量吸附量比值吸附常数

    摘要:为研究"固-气"耦合物理相似模拟试验中模拟煤层材料的瓦斯吸附问题,根据孔隙特征及吸附特征选择活性氧化铝、硅胶、硅藻土、高岭土、3A分子筛、4A分子筛、5A分子筛作为吸附材料以及屯堡矿煤样为对比材料,采用WY-98A瓦斯吸附常数测定仪对以上材料开展瓦斯吸附量及吸附常数a,b值试验。试验结果表明,高岭土、硅藻土呈现先平缓后陡峭的等温线,不符合Langmuir单分子层吸附模型,不能作为吸附材料;活性氧化铝和硅胶与屯堡矿煤样的吸附量增量变化趋势相似并且屯堡矿煤样与其吸附量比值在0.6~2之间且比值变化趋于常数,因此吸附过程变化规律与屯堡矿煤样较为相似;且吸附常数a值较大,有作为吸附材料的可能性;3种分子筛吸附量增量变化趋势呈"W型",分别在0.9,0.6,0.4 mL/g左右波动;屯堡矿煤样与其吸附量比值变化较大且不稳定,吸附过程变化规律与屯堡矿煤样相似度较低;吸附常数a值较小,不适合作为吸附材料;各种试验材料吸附常数b值均存在较大差异且都小于屯堡矿煤样。研究结果为"固-气"耦合物理相似模拟试验中具有瓦斯吸附性材料的选择及开展"固-气"耦合物理相似模拟试验提供了一定的实验基础。
  • 作者(Author):王春来廖泽锋李长峰陈增石峰李广永李海涛
    关键词(KeyWords):岩爆声发射空间定位时空熵值耗散结构预警

    摘要:对花岗岩开展室内真三轴条件下岩爆模拟实验,并运用声发射监测技术获得其变形破坏过程中声发射参数和空间定位信息。基于信息熵理论,分析试样在破坏过程中声发射事件在时空上从无序走向有序的演化过程,计算得到了声发射事件空间熵值和时间熵值。实验表明:岩石破坏前声发射能量突然大量释放,声发射事件出现空间积聚现象;空间熵值出现"震荡-上升-下降-小幅上升-急剧下降"和时间熵值出现"震荡-下降-小幅上升-急剧下降"的演化模式。2种熵值在岩爆发生前都出现了急剧下降的现象,可作为岩爆发生前兆信息,下降点可作为岩爆预警点。并运用耗散结构理论证明了岩石破裂失稳过程中时空熵值演化是一个远离平衡态的非线性动力过程。实验结果为岩爆预测提供了新的手段,对于实际矿山岩爆等动力灾害的预警具有一定的理论研究意义。
  • 作者(Author):辛亚军吕鑫郝海春董帅姬红英
    关键词(KeyWords):损伤岩石胶结厚度蠕变试验强度特征破坏形态失稳模式

    摘要:通过RLW-2000型三轴流变仪,对2组13个损伤试样进行胶结重增量加载蠕变试验,研究了损伤岩石胶结试样在不同蠕变应力水平下瞬时应变与蠕变应变特性,分析了不同胶结状态及胶结厚度对试样蠕变破坏强度影响,确定了胶结厚度与试样瞬时应变、蠕变应变关系,探讨了胶结试样蠕变破坏形态,确定了胶结试样蠕变破坏基本模式。结果表明:随着蠕变应力水平提高,2组试样瞬时应变均表现为减小趋势,大理岩和粗砂岩试样蠕变应变分别表现增加与减小趋势;紧缝胶结试样蠕变破坏强度大于无胶结试样,但随着胶结厚度增加,胶结试样蠕变破坏强度呈现减小趋势;在相同蠕变应力水平下,随着胶结厚度增加,胶结试样蠕变应变呈缓慢增加趋势,但蠕变应变增加幅度小于瞬时应变;紧缝胶结试样破坏主控面单一,主控面角度近似垂直,且破裂块体较大,而厚度胶结试样破坏主控面复杂,且试样上下部滑移错动失稳明显;胶结试样蠕变破坏模式分为分离破坏模式、贯穿劈裂模式与贯穿滑移模式。
  • 作者(Author):安百富余伟健吴根水王彩龙
    关键词(KeyWords):固体充填房式煤柱初始夯实力液压支架充填致密度

    摘要:为了提供综合机械化固体充填回收房式煤柱采场围岩稳定性控制的理论依据,分析得到了风积沙和黄土混合物料的力学特性和最佳配比,研究了充填物料所受不同初始夯实力、液压支架组对采场煤柱塑性区及应力分布的影响规律。结果表明:随着工作面推进距离的增加,煤柱塑性区最大截面积及煤柱所受应力逐渐增大并趋近于某一定值,且随着充填物料所受初始夯实力的增大,煤柱塑性区最大截面积及煤柱上最大压应力逐渐减小;液压支架可减少工作面周围煤柱的压应力及塑性区发育范围,但影响较小,且随着充填物料所受初始夯实力的增大,液压支架的作用逐渐减弱。结合分析结果和工程实际,设计采空区充填致密度临界值为1 684.70 kg/m~3。
  • 作者(Author):曹帅薛改利宋卫东
    关键词(KeyWords):组合胶结充填体不同灰砂比数值模拟力学特性试验采场

    摘要:为探究组合尾砂胶结充填体力学特性及破坏机制,利用大冶铁矿全尾砂制备灰砂比分别为1∶4,1∶6,1∶8和1∶10的三分层柱状组合胶结充填体试样,借助SANS数显式试验机开展不同配比组合充填体单轴压缩试验。以大冶铁矿为工程背景,借助数值模拟手段优化了充填方案并开展工业试验。研究结果表明:1)组合充填体顶底分层为1∶4时,二分层灰砂比降低,胶结充填体整体强度弱化明显;当二分层配比1∶10时,顶底层灰砂比减小,充填体整体强度逐渐降低,但影响较小。且组合充填体破坏形式主要表现为中部首先发生破坏,顶部和底部伴随拉伸和剪切破坏。2)采空区-171~-159 m灰砂比1∶4,-159~-120 m配比均为1∶8方案最优,同时现场充填体取芯强度较好。将研究成果成功应用于试验采场309矿柱回采,实现了回采率92.14%、贫化率为9.07%的良好技术指标。
  • 作者(Author):兰立信李猛张强邰阳
    关键词(KeyWords):固体混合充填材料压实特性较佳配比时间相关特性

    摘要:通过压实试验,得到了矸石和粉煤灰、矸石和黄土以及风积沙和黄土3种固体混合材料试样在不同配比下的应变-应力及变形模量-应力曲线,结果表明:随着各配比试样中矸石或风积沙质量的不断减少,矸石和粉煤灰、风积沙和黄土这2种混合材料试样的应变呈不断增大而变形模量呈不断减小的趋势;矸石和黄土混合材料试样的应变呈先逐渐减小而后逐渐增大的趋势,变形模量呈先逐渐增大而后逐渐减小的趋势;压应力从0~2 MPa过程是试样变形的主要阶段。通过优化得到矸石和粉煤灰较佳配比为1∶0.35,矸石和黄土较佳配比为1∶0.95,风积沙和黄土较佳配比为1∶0。对3种较佳配比试样进行时间相关特性试验,分析得出了各试样应变主要发生在第1个月,之后应变变化极小,已趋于稳定。在3个矿井的工程应用中,使用各自较佳配比的混合充填材料后可以满足有效控制地表变形的设计要求。
  • 作者(Author):卢守青张永亮撒占友刘杰
    关键词(KeyWords):组合煤体塑性破坏瓦斯突出能量失稳判据

    摘要:煤与瓦斯突出过程的复杂性阻碍了人们对瓦斯突出机理的探索,为了更好地定量评价软硬组合赋存时瓦斯突出失稳情况,本文采用理论分析和数值模拟的手段对采掘过程中软硬组合煤体的塑性破坏和失稳突出规律进行了系统的研究,主要结论:巷道开挖后,构造煤的渗透率会骤增使得原来积聚大量的瓦斯突然间释放出来;构造煤分层还会通过界面应力诱发邻近的原生煤塑性体积和塑性变形最大值增加,促进原生煤内部的瓦斯的释放;初始瓦斯压力为0.74 MPa时,单位体积构造煤的突出能量约为原生煤的3倍,构造煤的突出耗散能量却仅是原生煤的0.11倍;构造煤的突出失稳判据大于1,而原生煤的突出失稳判据要小于1。原生煤和构造煤组合体的弹性能、解吸瓦斯膨胀能均是突出能量的主要组成部分,对于组合煤体的区域瓦斯防突措施主要是以降低瓦斯膨胀能为主,局部瓦斯防突措施要同时降低瓦斯膨胀能和弹性能。
  • 作者(Author):李强王继仁韩昌良
    关键词(KeyWords):火成岩侵入冲击地压顶板剪切梁模型过渡厚度过渡剪切模量过渡强度

    摘要:针对火成岩顶板诱发工作面冲击地压的问题,以新安煤矿八采区首采面为工程背景,采用顶板剪切梁模型,考虑煤层的塑性软化性质,分析了火成岩侵入对冲击地压的影响。结果表明:火成岩顶板厚度、剪切弹性模量和抗剪强度3个指标对诱发冲击地压具有重要影响。"煤层-火成岩顶板"变形系统既可能发生顶板断裂型冲击地压,也可能发生煤体压缩型冲击地压,计算得到了2种冲击地压的发生条件。定义了火成岩顶板过渡厚度、过渡剪切模量和过渡抗剪强度,分别给出了以这3项指标判定冲击地压是否发生及发生类型的判别方法。对于新安煤矿八采区首采面,火成岩顶板厚度小于过渡厚度,剪切弹性模量大于过渡剪切模量,抗剪强度大于过渡强度,所以该工作面火成岩顶板首先断裂,将发生顶板断裂型冲击地压。
  • 作者(Author):薛维培李昊鹏姚直书彭世龙刘晓媛
    关键词(KeyWords):脆性损伤水力耦合立井井壁临界突水水压

    摘要:针对混凝土这种准脆性材料的损伤特性引入脆性损伤因子,导出三轴状态下损伤变量表达式。采用脆性材料弹塑性损伤力学模型和轴压水压耦合作用下混凝土强度准则,基于水力耦合理论导出井壁承受的地下水压解析解,开展临界突水水压理论分析。结果表明高强混凝土承受的地下水压远高于普通混凝土,且随着混凝土强度提高井壁承受的水压越大,水压与损伤半径的曲线斜率增速越快。混凝土井壁承受的临界突水水压及临界损伤半径随着孔隙率增大明显降低,且混凝土强度越高降低速率越快,考虑水力耦合作用对井壁承受的临界突水水压影响很大。高强混凝土脆性损伤因子提高,临界突水水压随之降低。实例验证表明本文得到的理论解合理。
  • 作者(Author):王心义姚孟杰张建国赵伟黄平华郭建伟陈国胜张波
    关键词(KeyWords):煤矿突水模糊可变集分形理论改进的层次分析法综合隶属度

    摘要:针对平顶山十三矿煤层底板突水灾害控制因素的模糊性,选取水文地质、地质构造、煤层开采条件作为评价矿区煤层底板突水的指标体系。利用分形理论对地质构造进行量化,应用改进层次分析法计算指标权重,基于模糊可变集理论对煤层底板突水危险进行识别。研究表明:十三矿构造复杂类型占42.6%,分形维数均值为1.36。己一、己二采区底板突水特征值均低于3.0,属于无突水危险区,与实际情况吻合;己三采区突水特征值在3.5~4.5之间,属于突水高危险区;己四采区突水特征值在2.5~3.5之间,属于中等突水危险区。可见,本文通过融合改进层次分析法与模糊可变集理论,使得矿井底板突水危险的评估结果准确性得到有效提高,从而为矿井底板突水危险性可靠评价提供新的理论支持。
  • 作者(Author):张培森武守鑫颜伟安羽枫段中稳孙亚楠
    关键词(KeyWords):承压水导升底板破坏导升通道相似材料试验

    摘要:为深入分析底板导水通道的演化形成过程及承压水导升规律,自主研制了底板承压水导升监测系统,该系统由承压水加载系统、承压水导升系统组成。试验结果表明:承压水导升监测系统不仅可以较为精准地模拟含水层对底板岩体的力学作用,而且可直观地再现底板不同位置处承压水的导升情况;当采动压力峰值经过导升管所处位置后往往会造成该处水流量增加,并伴随底板岩体应力不断释放,承压水导升高度也随之增加,底板岩体卸荷程度与监测管出水量同步达到峰值。
  • 作者(Author):吴顺川张化进肖术韩龙强
    关键词(KeyWords):露天矿边坡可靠度分析服务年限安全等级

    摘要:为了建立可以反映时间效应的露天矿边坡目标可靠度,针对露天矿边坡的可变形性和安全等级要求,基于类比法与校准法建立了非煤露天矿边坡的目标可靠指标建议值,延性破坏的I,II,III级目标可靠指标分别为3.2,2.7及2.2,脆性破坏分别为3.7,3.2及2.7。基于岩土体强度参数时间效应特征,通过理论研究和数值计算分析了可靠度时变性,随着时间的推移,安全系数和可靠指标呈现下降趋势,衰减速度逐步变缓,然而,可靠指标可以反映失稳概率,表达边坡时变稳定性比安全系数更加敏感与直观。最后根据可靠指标的时变性特征,结合国内非煤露天矿设计规范,划分露天矿边坡设计服务年限等级,并提出服务年限修正系数,实现了考虑边坡安全等级与服务年限双重因素的露天矿边坡目标可靠度。
  • 作者(Author):吕进国韩阳南存全白润才
    关键词(KeyWords):端帮压煤井工开采上覆岩层地表变形破坏

    摘要:为保证黑岱沟露天煤矿首采区西端帮压煤能够安全回采,分析了该采区端帮下煤层的赋存条件、顶板条件、地质构造与上覆岩层结构特征。研究了端帮下压煤层井工开采的上覆岩层与地表变形破坏规律;构建了露天与井下采场的三维地质模型,分析了针对首采区西帮与南帮下压煤层开采后的巷道煤柱稳定性、地表变形范围与采场边坡对工业场地的影响。结果表明,在矿坑边界侧的浅部与矿权界侧深部的上覆岩层变形破坏规律不同,形成的"三带"存在明显差异;缺失原坚固地层并回填松散排土的边坡下采煤工作面顶板关键层仍能起到保护作用;井巷工程的三角形保护煤柱应力集中区与塑性区分布小,大部分区域处于安全状态;西帮与南帮地下开采所引起的潜在滑坡危险区与地表移动变形范围对井口工业场地影响较小,不会对井口造成安全威胁。
  • 作者(Author):何荣兴付煜任凤玉宋德林刘洋谭宝会
    关键词(KeyWords):塌陷坑岩移上盘渐进崩落废石充填

    摘要:弓长岭东南区分上、下含铁带,上含铁带采用露天开采,下含铁带采用地下开采并形成地表塌陷坑,上、下含铁带采深形成300 m的高差,针对此技术条件,开展下含铁带继续下采的岩移规律和不影响露天开采的极限采深的研究。利用FLAC3D软件模拟分析了有、无散体补充条件下塌陷坑上盘岩体的岩移规律,塌陷坑上盘岩移曲线存在明显的分区特征,相同监测点的位移量随着采深的增加而增大,补充散体对于控制水平变形、倾斜、曲率等岩移指标作用明显。以露天采场内不出现危险移动变形指标为原则,在有、无散体补充条件下,下含铁带极限采深分别为260,240m,即开采至90,110m水平。根据弓长岭塌陷坑条件,考虑坑内散体和补充散体对上盘岩体的被动侧压力作用,改进上盘渐进崩落模型,计算得极限开采水平为107 m水平。根据数值模拟和理论推导的结果,综合确定下含铁带极限开采水平为110m。根据研究成果,提出将上含铁带露天采场剥离废石充填下含铁带塌陷坑的控制方案,保证了露天、地下的协同开采,控制了地下开采的塌陷范围,减小了露天废石的占地费用,取得了较好的应用效果。
  • 作者(Author):郭文兵娄高中赵保才
    关键词(KeyWords):软硬交互覆岩放顶煤开采导水裂缝带钻孔冲洗液漏失量理论分析水体下采煤

    摘要:为准确计算软硬交互覆岩放顶煤开采导水裂缝带高度,确保水库水体下采煤的安全,采用地面钻孔冲洗液漏失量法对芦沟煤矿32101工作面导水裂缝带高度进行了现场实测,并根据上覆岩层岩性及结构进行了理论分析计算,综合确定了水库下放顶煤开采工作面导水裂缝带高度。结果表明:根据钻孔冲洗液漏失量法现场实测得到的导水裂缝带高度与理论分析计算得到的导水裂缝带高度基本一致,现场实测与理论分析综合确定的导水裂缝带高度能够满足工程实际需要。芦沟煤矿软硬交互覆岩放顶煤开采导水裂缝带高度为采厚的17.2倍,水库水体下采煤是安全可行的。
  • 作者(Author):王宏伟姜耀东江灿狄建红刘洋洋
    关键词(KeyWords):双断层区域上覆岩层锚杆载荷应力突变

    摘要:通过现场监测和相似模拟的手段,分析了双断层区域内锚杆载荷的变化与上覆岩层运动及变形破坏特征之间的关系,研究了双断层共同作用下顶板应力突变特征,揭示了顶板岩层不规则断裂的机理。研究结果显示,顶板锚杆载荷的变化与顶板活动关系密切,顶板活动越剧烈,锚杆载荷变化越大;如果顶板较为坚硬,且不易断裂,则锚固于顶板中的锚杆受顶板破坏的扰动相对较小,载荷增量相对较低;两条断层的存在破坏了顶板的连续性,前期由于第一条断层的滑动,使得两条断层之间的岩层卸压,从而出现松散,裂隙横生,不规则断裂以及应力频繁突变的现象。因此,两条断层间的锚杆载荷变化比一条断层影响下的载荷变化剧烈,且两条断层之间的锚杆受动压影响的范围为20 m,一条断层影响下锚杆载荷受动压影响的范围大约为40 m。
  • 作者(Author):徐青云宁掌玄朱润生曾康生
    关键词(KeyWords):综放工作面过空巷失稳机理高水速凝材料充填体强度

    摘要:为了解决综放工作面过空巷时易造成压架、大面积冒顶等技术难题,以山西某矿4318综放工作面过空巷为背景,建立空巷基本顶力学模型,揭示空巷顶板稳定机理,确定顶板破断产生滑落失稳是造成压架的主要原因,进而确定维持空巷顶板稳定的最小支护阻力;采用FLAC3D软件对不同充填体强度下空巷围岩应力、塑性区宽度和巷道变形进行分析,确定了过空巷时的最佳充填体强度。研究结果表明:工作面空巷顶板所需支护阻力应大于4.5 MPa,合理的充填体强度为7.1 MPa。工业试验对比分析了木垛支护、锚杆(索)支护和高水材料充填3种方式,证明高水速凝材料充填支护效果最好,顶板未曾出现冒落现象,帮部也保持了稳定,能够保证综放工作面正常推进。
  • 作者(Author):汪锋许家林陈绍杰任梦梓
    关键词(KeyWords):岩层移动地表沉陷承载结构关键层松散层拱

    摘要:针对传统上采动覆岩承载结构研究时主要集中于基岩而将上覆松散层简化为均布载荷作用于基岩顶界面而忽略了松散层中承载结构的问题,结合我国华东和华北矿区广泛分布的厚松散层地质条件,建立了松散层拱承载结构力学模型,揭示了松散层拱的形态方程、矢跨比方程和厚度方程,得到了能形成松散层拱的临界松散层厚度的理论表达式,进一步分析了松散层拱形态特征随侧压系数、松散层内摩擦角和内聚力等参数的变化特征。通过相似物理模拟实验揭示了松散层拱对采动覆岩运动的影响规律。研究结果得到了鲍店煤矿1312工作面厚松散层条件下开采时地表沉陷实测数据的验证。
  • 作者(Author):黄庆享徐璟杜君武
    关键词(KeyWords):浅埋煤层大采高支架初撑力等效直接顶片帮控制

    摘要:针对浅埋大采高工作面煤壁片帮控制问题,以陕北某矿大采高工作面为背景,采用理论分析、数值计算和物理模拟相结合的方法,研究了支架初撑力对煤壁稳定性的影响规律。基于"支架-煤壁-顶板"采场结构力学模型,发现支架初撑力的提高,能快速提升支架工作阻力,有效减小煤壁受力,减轻煤壁片帮程度及发生的概率。数值模拟表明:随着初撑力的增加,煤壁塑性区范围减小,煤壁水平位移和顶板下沉量减小,煤壁片帮减轻。考虑大采高工作面等效直接顶静载作用和高位台阶岩梁结构的稳定性,按照控制等效直接顶和保持与额定工作阻力的合理比例关系,给出了基于片帮控制的合理支架初撑力确定方法。
  • 作者(Author):王文杰万浩
    关键词(KeyWords):高应力软岩巷道支护玻璃钢锚杆全长锚固受力特征

    摘要:针对高应力软岩巷道全长锚固玻璃钢锚杆受力特征及失效问题,采用FLAC3D软件对软岩巷道中同断面不同安装部位玻璃钢锚杆轴向和横向受力特征及其随支护时间的变化规律进行分析。结果表明:软岩巷道顶板和两帮处锚杆主要受轴向拉伸作用,而拱肩和底角处锚杆受到轴向拉伸和横向弯曲的综合作用。随着支护时间的增长,顶板和两帮处锚杆轴力增大明显,但锚杆弯矩较小;而拱肩和底角处锚杆除轴力增大外,其弯矩变化也较大,锚杆弯矩呈现先增大后减小的规律,且弯矩较大的部分主要集中在靠近临空面的外端部,易使锚杆受到横向弯曲的影响而发生弯拉失效。研究结果与现有文献理论研究及现场试验结果相吻合,能为高应力软岩巷道中玻璃钢锚杆及其他黏结式锚杆支护设计和参数优化提供理论指导。
  • 作者(Author):付孟雄刘少伟范凯彭博康延雷贾后省
    关键词(KeyWords):煤巷顶板锚固孔煤巷冒顶钻杆振动岩性识别振动速度与加速度

    摘要:针对煤巷顶板岩层结构复杂多变、劣化区域不易探明,易导致锚杆支护煤巷冒顶问题,利用理论分析与数值模拟相结合方法,研究煤巷顶板锚固孔钻进过程中钻杆横向、纵向、扭转振动特征。理论分析表明:钻杆横向、纵向振动速度和加速度主要由顶板岩石坚固性系数f决定,扭转振动加速度主要由岩石黏聚力C和内摩擦角φ决定。通过ABAQUS数值模拟软件做进一步分析:钻杆横向、纵向振动速度和加速度及扭转振动加速度波峰密度和峰值大小随着岩石强度的增加而增加,可作为识别顶板岩层强度、特别是岩层结构裂化区域的指标。研究结论为实时动态调整优化巷道顶板锚杆(索)支护参数,预防锚杆支护煤巷冒顶提供了理论支撑。
  • 作者(Author):李季彭博袁鹏
    关键词(KeyWords):巷道支护低阻微变塑性区深部巷道

    摘要:针对深部沿空巷道出现围岩变形剧烈及支护体支护失效严重的围岩控制难题,以赵固二矿11030运输巷为工程背景,采用理论分析和数值模拟等方法,研究支护阻力对深部沿空巷道顶板岩层主应力场及蝶叶塑性区分布特征的影响规律,揭示深部沿空巷道顶板蝶叶塑性区"低阻微变"性形成机理。结果表明:对于深部沿空巷道而言,现有支护工程技术和经济水平所能够提供的高强支护阻力(10~6Pa数量级水平)与围岩所受应力场(10~7Pa数量级水平)不在同一数量级水平上,属于相对较低的支护阻力,不能起到改善围岩应力状态的作用,因而无法显著改变塑性区分布形态和减小塑性区尺寸,顶板蝶叶塑性区具有"低阻微变"性。
  • 作者(Author):刘帅杨科唐春安
    关键词(KeyWords):深井软岩下山巷道群非对称变形全断面支护

    摘要:受邻近巷道或工作面回采影响,巷道群中单一巷道通常处于复杂应力环境中并呈现非对称变形特点。以皖北煤电公司刘桥一矿II66下山巷道群为支护工程实践,采用现场调查、实验室实验、理论分析、数值模拟及工业性试验相结合的方法,探讨巷道群非对称变形破坏机理,并针对各巷道提出相应优化支护方案。研究表明:1)巷道群中后掘进巷道打破了先掘巷道围岩应力平衡,应力重新分布,在达到新的平衡过程中,围岩变形加剧。2)巷道群围岩岩性软弱、强度低,煤样CT扫描发现存在较多光滑板状裂隙,基质被裂隙网络分割和包围。X射线衍射实验显示,轨道下山底板为弱膨胀性岩石。3)Ⅱ66采区最大水平主应力为31.87MPa,侧压系数1.5,非均匀系数1.61。巷道群最优布置方位角为N269°E或N197°E,实际走向与最大主应力方向夹角为71°,巷道断面承受较高水平应力作用。4)巷道群开拓延伸后,二次应力场在巷间围岩叠加,辅助下山呈非对称变形。4煤回采对巷道群没有影响,6煤西翼工作面回采致使各巷道顶板和右帮位移急剧增大,停采线距离应由60 m改为120 m。5)提出中空组合锚杆(索)分区注浆全断面控制对策,增加控底措施,并对应力集中及变形的始发部位加密支护,同时对U型钢棚进行结构补强。工程实践表明,优化后的支护方案使围岩变形得到有效控制,围岩完整程度显著提高。
  • 作者(Author):郭金刚王伟光何富连张广超
    关键词(KeyWords):沿空巷道破断结构锚索桁架破断位置不对称

    摘要:综放沿空巷道围岩稳定性与上覆基本顶破断运动及其形成的结构密切相关。以王家岭矿为工程背景,建立综放沿空巷道覆岩结构力学模型,推导基本顶破断位置表达式并确定沿空巷道上覆岩层破断结构形式;采用UDEC数值软件分析不同破断结构形式下综放沿空巷道围岩塑性区、应力和位移演化规律。研究表明:1)侧向基本顶的破断位置与基本顶厚度和力学性质、地基系数、破断块体间的相互作用力等因素有关,结合试验工作面地质生产条件确定基本顶于距煤壁约6.2m处破断。2)随着煤柱宽度由大到小,煤柱承载性能及对顶板支撑作用降低;加之巷道与基本顶破断线间距逐渐减小,巷道受基本顶回转运动影响愈发剧烈,致使沿空巷道顶板中心线两侧应力不均匀分布,进而诱发顶板和两帮不对称变形破坏现象,而且煤柱宽度越小,不对称矿压显现越强烈。3)窄煤柱沿空巷道围岩控制的关键在于对煤柱侧顶板和煤柱帮等变形破坏起始部位进行有效支护,限制变形破坏扩展。工程实践表明,35 d后巷道变形趋于稳定,顶板下沉量47 mm,煤柱帮变形量35 mm,实体煤帮变形量19 mm,巷道控制效果明显。
  • 作者(Author):王猛郑冬杰王襄禹肖同强神文龙宋子枫
    关键词(KeyWords):深部巷道钻孔卸压强度弱化变形特征蠕变控制

    摘要:采用数值模拟、理论分析及工业性试验等方法,分析了深部钻孔卸压巷道围岩蠕变规律,指出巷道卸压后蠕变随卸压程度的增加而加大,揭示了卸压巷道围岩弱化变形特征:卸压钻孔闭合后,失去了转移围岩应力及补偿变形的能力,巷道尤其是卸压部位围岩破碎程度的增加缩短了稳速蠕变时间,围岩加速蠕变将诱发巷道整体变形加剧,不利于巷道稳定。指出合理的二次支护是控制卸压巷道蠕变的有效手段,分析了二次支护时机、锚注强度及范围对卸压巷道的蠕变控制效果,提出了深部钻孔卸压巷道围岩蠕变控制对策,确定了二次支护时机、支护强度等关键参数,设计了巷道加固方案。现场试验结果表明,巷道蠕变控制效果显著。

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