我国煤炭开采中的冲击地压机理和防治
摘要：总结了我国煤矿冲击地压灾害发生的特点，分析了冲击地压、岩爆和矿震之间存在的联系和区别，建立了煤矿冲击地压的3种力学模型：材料失稳型冲击地压、滑移错动型冲击地压和结构失稳型冲击地压。提炼出煤炭开采中的冲击地压研究需要解决的4个方面的科学问题：地质赋存环境对冲击地压的作用机制及量化分析方法、深部断续煤岩体的变形破坏规律和工程动力响应特征、采动应力分布和能量场的时空演化规律与多因素耦合致灾机理、煤矿冲击地压的监测预警与防治方法，总结归纳了近年来我国在冲击地压机理与防治技术方面的研究成果以及存在问题，指出了今后我国煤矿提高冲击地压防治水平的努力方向。负泊松比效应锚索的力学特性及其在冲击地压防治中的应用研究
摘要：冲击地压发生强度、危害程度及频次呈急剧增加趋势，现有支护材料无法满足冲击力作用下巷道防护的要求，基于负泊松比材料的特殊力学特性，结合井下巷道冲击大变形控制的需求，研发了具有负泊松比效应新型高恒阻大变形锚索。采用室内力学实验和现场爆破模拟冲击试验相结合的方法，对新型锚索的防冲力学特性进行了研究，结果表明恒阻锚索能够在静力拉伸作用下产生滑移拉伸变形的同时保持350kN左右的恒定阻力，多次落锤冲击动力作用下，能够通过保持恒定阻力并产生拉伸变形来吸收冲击能量。以沈阳红阳三矿1213回风联络巷为工程背景，提出了现场采用爆破形式模拟冲击地压的现场防冲方案，试验表明高恒阻大变形锚索在爆炸冲击力作用下可以产生瞬间滑移变形，从而吸收爆炸产生的冲击能量，并具有保持恒定阻力的特殊力学性能；通过现场对比试验可知，在相同当量爆破冲击能量作用下，普通锚索试验段完全崩垮，恒阻锚索试验段攀体稳定．验证了恒阻大变形锚索比普通锚索具有更好的抗冲击力学性能。冲击地压矿井巷道支护理论研究及应用
摘要：针对现有支护理论、支护方法不能有效解决煤矿巷道冲击地压的问题，建立了冲击地压作用下的巷道围岩与支护响应的动力学模型，分析了支护刚度和支护阻尼对上覆岩体动力响应的影响，并由此提出了冲击地压矿井巷道支护设计的两个新思路，即提高支护刚度和快速吸能让位支护。其中，提高支护刚度主要以研制高强度的巷道液压支架为主，通过采用刚度较大的梁体和工作阻力较高的液压支柱来增加支护体系的整体刚度；快速吸能让位支护则采用多孔泡沫金属材料或吸能构件来增大支护中的阻尼系数，即利用其优异的吸能特性使支护体系能够在围岩冲击下快速吸收冲击能并稳定地变形让位，最终防止支护体系失效与巷道破坏，并据此研发了一种新型防冲吸能巷道液压支架并准备进行现场试验研究。单事件多通道微震波形的特征提取与联合识别研究
摘要：通过对矿山现场数据的处理分析，提出一种基于微震单事件的多通道联合识别方法，建立了“初步判断”、“联合识别”及“优化判断”的微震波形识别机制。对矿山微地震信号进行滤波等预处理，采用经典STA／LTA算法拾取波形的到时与终时，截取整个信号中的有效部分，并进行波形校正；建立波形的频谱特征（．厂）、时长（L）、振幅特征（A）、振幅分布（AD）、门限阈值特征（邪）及互相关特征（R）的定量描述方法，并求取相应的特征值；分层次对有效岩石破裂波形进行有效性判断与识别，优化选取最终定位通道。以山东某矿的一次微震事件为例对该方法进行了验证研究。结果表明，该方法能够有效提取波形的特征，并能实现对单事件多通道波形电磁干扰、底部噪声等的快速分类识别，识别精度满足现场应用需求。冲击危险性动态预测的震动波CT技术研究
摘要：针对煤矿冲击灾害日益频繁的现状，在应力与纵波波速的试验关系模型基础上，分析了采用纵波波速确定冲击危险的理论基础，建立了冲击危险性动态预测评价的震动波CT探测的技术。构建了震动波CT探测评价冲击危险性技术指标波速异常系数An和波速梯度变化系数陋，并给出了各指标的判别准则，最后开展了现场应用。研究结果表明，对于同一性质的岩体，纵波波速反映了冲击矿压发生的强度条件、能量条件和动载诱冲条件；震动波CT探测技术能够对现场冲击危险性做出动态评价和预测，并能对卸压解危措施的实施和效果进行指导和检验。三轴循环加卸载下煤岩损伤的能量机制分析
摘要：由于煤岩的变形破坏是一个十分复杂的损伤演化过程，因此有必要深入研究各种加栽模式下煤岩损伤演化过程的能量转化机制。通过岩石三轴循环加卸载试验，分析了不同围压作用下煤岩的损伤演化行为。实验研究表明，在循环加卸载情况下，煤岩表现出明显的循环滞后环，且随应力的增大煤岩的损伤耗散能增大。在低围压下及单轴压缩下，煤岩的弹性模量随循环应力增大而下降，但在高围压下煤岩的弹性模量没有随循环应力增大而下降。这表明围压的作用引起了煤岩损伤机制的变化。为此给出了基于能量分析的损伤变量定义及其演化规律，克服了传统的基于弹性模量定义的损伤变量的不足，可以较好地描述不同围压作用下的煤岩损伤演化程度。顶板断裂瞬间煤体稳定性的动力学分析及数值模拟
摘要：为了研究顶板突然性断裂诱发煤层失稳的致灾条件，本文采用动力学方法分析了顶板断裂瞬间煤岩系统的受力状态和力学响应。首先推导了顶板断裂时惯性力、惯性力矩的计算公式，进而得到顶板断裂瞬时转动加速度与惯性力、惯性力矩的关系，利用数值模拟计算了顶板断裂前后以及不同转动角加速度条件下的煤岩体应力、变形和两帮位移。计算结果显示：当顶板断裂瞬时转动角加速度较小，即顶板断裂释放能量较小时，工作面煤壁两帮移近量随顶板瞬时转动角加速度的增大而增大；当顶板断裂瞬间转动加速度达到某临界值时，煤岩系统出现失稳分支点，具体体现为工作面处煤体的应力基本不变，煤壁顶部竖向下沉激增，煤岩系统的平衡须依靠煤壁回缩方可维持。因此顶板断裂可以诱发煤岩体系统的失稳，但并非失稳的充分条件。开挖卸荷条件下煤岩变形破坏与能量释放的数值分析
摘要：煤岩原始存在着大量不规则无序分布的节理／裂隙和软弱夹层等断续结构，这些断续结构的几何形态、尺寸、分布、接触以及填充物性质决定着煤岩的物理力学性能与变形破坏行为。现有的数学或力学方法尚不足以从理论上准确刻画断续结构及其对煤岩变形破坏的控制作用。本文采用高精度CT成像和三维重构方法，构建了体现不连续节理／裂隙的不规则几何形态、接触与切割状态以及网络结构特征的断续煤岩三维数值模型，引入单元生死算法定量分析和直观显示了不同开挖卸载模式下断续煤岩变形破坏的应力场、破坏区域及空间分布、能量耗散与能量释放特征，揭示了卸载模式、断续节理／裂隙对煤岩力学性质及破坏机制的影响，为认识和掌握开挖卸荷对断续煤岩变形破坏的控制作用提供了方法和途径。不同冲击倾向煤样表面温度场与变形场演化特征
摘要：采用实验手段，研究单轴压缩过程中，冲击倾向性和非冲击倾向性煤样表面变形场和温度场演化特征。运用白光散斑分析方法，对样品表面变形局部化带演化进行数据分析，发现非冲击倾向性煤样局部化出现在加载的弹性阶段，而冲击倾向性煤样出现在塑性阶段，冲击煤样的变形场演化要较非冲击煤样剧烈；冲击煤样与非冲击煤样的变形局部化内部区域温度整体较外部区域高，且变化规律基本相同，而局部化内外温差变化与其相反；冲击煤样的绝对温度变化较非冲击样品变化大；冲击煤样的温度场对应的变形局部化演化较非冲击煤样简单；基于不同煤样的全岩矿物分析及黏土矿物成分分析，对比了冲击煤样与非冲击煤样内部晶体、非晶体及黏土矿物的含量，从而探讨内部组分对宏观温度场和变形场的影响。基于颗粒流理论的煤岩冲击倾向性细观模拟试验研究
摘要：为了研究煤岩不同细观参数均质度对冲击倾向性的影响，利用细观颗粒流软件模拟了弹性模量和黏结强度分别服从Weibull分布的非均质煤岩，并通过进行单轴压缩试验分析了破坏过程中的能量积聚与释放，研究了不同均质度m的煤岩冲击倾向性。分析表明：颗粒弹性模量均质度m与宏观弹性模量之间呈幂函数关系，m越大，峰前积聚的能量越多，冲击倾向性越明显；颗粒间黏结强度均质度m与宏观抗压强度之间呈幂函数关系，m越大，峰前积聚的能量越多，煤岩破坏由塑性向脆性转化，峰后能量释放速度加快，冲击倾向性越明显；黏结强度均质性影响峰前的能量积聚和峰后的能量释放，而弹性模量均质性只影响峰前的能量积聚，黏结强度均质性对冲击倾向性的影响大于弹性模量，起主导作用。霍普金森杆冲击加载煤样巴西圆盘劈裂试验研究
摘要：为研究煤样动态拉伸变形破坏特征，利用分离式霍普金森杆冲击加载系统，对煤样进行冲击条件下巴西圆盘劈裂试验，探讨了冲击速度和煤样中层理倾角对煤样动态抗拉强度、破坏应变及应变率的影响；并通过高速相机和数字散斑图像分析方法，对样品的动态劈裂及表面应变场变化过程进行了初步分析。研究表明：冲击速度和层理倾角对煤样动态拉伸破坏特征有明显影响。冲击速度越大，煤样动态抗拉强度则越大，但其随冲击速度增加的幅度逐渐减小；样品破坏应变在冲击速度为3．5m／s时出现最大值。在冲击速度相近的情况下，层理与加载方向夹角相垂直时，样品的破坏应变相对较大，而应变率则最小。抗拉强度随层理倾角波动变化。在层理倾角与加载方向平行或非垂直时，煤样主要表现为拉伸破坏；在层理与加载方向非平行或非垂直时，样品表现出基质的拉伸和层理的剪切破坏相伴生。基于摩擦滑动的峰后断续灰岩力学特性的研究
摘要：利用MTS815 Flex Test GT电液伺服岩石力学试验系统对完整灰岩及断续（裂隙、断裂）灰岩进行三轴压缩试验，研究不同围压下完整灰岩及断续灰岩的强度及变形特征。基于试验结果建立断裂灰岩圣维南体力学模型模拟岩石破裂形成断续结构后失稳摩擦滑动，在此基础之上，采用单结构面理论研究限定其发展的条件。试验结果表明：完整灰岩及断续灰岩试样峰前弹性模量随围压的增大并没有产生明显的变化，且裂隙灰岩峰前弹性模量与完整灰岩基本一致；完整灰岩表现为低围压下的脆性向高围压下的塑性破坏转化的变形特征，而裂隙灰岩在不同围压条件下均表现为塑性破坏，断裂灰岩则表现为理想弹塑性变形；完整灰岩及断续灰岩峰值强度都随着围压的增大而增大，相同围压下裂隙灰岩强度低于完整灰岩强度，但相差不大，循环加载对断裂灰岩强度影响较小；灰岩破坏形成断裂结构后，破裂面间的摩擦决定断裂灰岩承载能力，当破裂面剪应力超过摩擦力时，将发生塑性滑移，通过增大围压可以增强破裂面间摩擦进而提高断裂灰岩承载能力，抑制塑性滑移。白皎煤矿玄武岩岩爆破坏微观裂纹特征分析
摘要：为研究煤矿中发生岩爆灾害机理和破坏特征，从岩爆破坏产生的岩石碎屑中微观裂纹结构特征入手，分析在岩爆实验过程中岩石样品的极限应力状态与所产生的裂纹分形维数之间的关系。选取四川白皎煤矿岩爆高发区4个地点的8件玄武岩样品，进行两种加卸载方式的岩爆实验，得到不同加卸载条件下产生的玄武岩岩爆碎屑，利用电子扫描显微镜观察岩爆碎屑表面裂纹微观结构特征，拍摄适当比例的岩爆裂纹电镜扫描（SEM）图片。通过图片处理，提取岩爆碎屑SEM图片微观裂纹信息，计算岩爆微观裂纹分形维数，结果表明两种加卸载方式产生的岩爆碎屑微观裂纹分形维数值明显不同。分析岩爆破坏极限状态下最大主应力和第2主应力比值与岩爆裂纹分形维数之间的关系，得出相应的线性表达式，表明岩爆裂纹的分形维数与岩爆发生过程的应力转化过程关系密切。《煤炭学报》综合排名挺进前十名
摘要：2013年9月27日，中国科技期刊论文统计结果，《中国科技期刊引证报告（核心版）》统计指标显示：《煤炭学报》总被引频次达到了3812，影响因子达到了1．238，综合评价总分为93．8分，综合评价总分在统计的1994种科技核心期刊中名列第9位。相比2012年的各项指标（总被引频次3191次、影响因子1．119、综合评价总分82分、综合排名第34位等），2013年又上了一个新台阶。深部开采临近断层应力场演化规律研究
摘要：针对耿村煤矿东部区段深部开采临近F16逆冲断层容易造成冲击地压问题，采用数值计算与相似材料实验相结合的研究方法，研究了随开采深度增加及临近F16断层过程中围岩应力场演化规律。研究结果表明，随着开采深度的增加及临近F16断层，增大了围岩应力集中程度，在断层上盘岩体水平推力、覆岩重力以及采空区岩层下滑力叠加作用下容易使得断层下盘岩体以某一轴线发生扭转，增大了冲击危险性。综合判断其冲击地压失稳模式为F16逆冲断层、井田境界煤柱影响下的高应力、大范围、区域性失稳。厚硬岩层下孤岛工作面开采“T”型覆岩结构与动压演化特征
摘要：为研究厚硬岩层下孤岛工作面开采对强矿震或冲击矿压的影响，理论分析鲍店矿103上05孤岛工作面厚硬覆岩空间结构及其破断运动对矿震活动的影响，并对孤岛面开采的冲击矿压危险性进行了动态评价。研究表明：103上05工作面在竖向剖面上为一非对称“T”型孤岛覆岩结构，其长臂侧易出现关键层大尺度破断运动，诱发强矿震与冲击矿压的危险性较高；在水平层面上亚关键层破断形成“O”型断裂结构，巨厚主关键层则以大尺度“OX”模式分层破断。各级关键层的逐级破断与运动是矿震活动的主要动力源。根据微震实测，矿震活动多集中在“T”型结构长臂侧，尤其是能量大于10^5J的强矿震主要出现在103上06采空区与103上05工作面巨厚主关键层中，并表现出很高的S，P波能量比。通过波速梯度异常区的动态反演，对“T”型孤岛面覆岩运动的动压危险性进行评价，效果良好。同时，分别进行煤层静载预卸压与低位项板走向步距式超前预裂，降低了强矿震活动对煤体的冲击扰动效应。厚煤顶大断面切眼裂隙场演化及围岩稳定性分析
摘要：针对厚煤顶大断面切眼宽度日益增大，围岩控制难题日益凸显的窘境，选取山西五家沟煤矿5203切眼为工程背景，采用UDEC数值模拟了切眼宽度6～10m过程中，围岩裂隙场分布特征、拓展趋势及相对演化规律。结果表明：围岩裂隙场分为3个区：裂隙贯通区、裂隙发育区、微裂隙区，均呈“半椭圆”状；切眼宽度的增加，顶板裂隙3区深度与切眼宽度成正比关系；两帮裂隙3区呈“台阶式”增长；底板裂隙贯通区呈“台阶式”增长，其余两区线性增长。同时，加剧了顶板微裂隙区向裂隙发育区的转化和裂隙发育区向裂隙贯通区的转化。由侧压系数1．0时不同切眼宽度等应力轴比分析，可知：顶板塌落区高度与巷高呈正指数增大，两帮塌落区厚度呈负指数减小。认为：性能优越的锚杆可更好的限制裂隙滑移，延缓围岩碎胀变形；双桁架锚索可锚固在肩角无裂隙区和顶板深部预应力叠加区，可封闭顶板中部裂隙贯通区。基于此提出了高强、高预紧力锚带网和双桁架锚索联合控制技术，切眼掘出后10d实现自稳，顶底板相对移近量125mm，两帮相对移近量94mm，顶板累计离层3mm。该研究丰富了大断面切眼围岩控制理论及实践经验。块系覆岩中摆型波传播对巷道支护动力响应影响
摘要：为研究支护体自身的动力响应规律，通过理论和计算分析岩体中的非线性摆型波传播对巷道支护动力响应的影响，根据摆型波在非连续自应力块系上覆岩体中传播时的支护动力响应模型，研究上覆岩块间的黏弹性性质及岩块破坏对支护动力响应的影响。通过计算分析得出，上覆岩块间弹性下降时，支护的动态受拉和受压幅值随之下降且周期变大；上覆岩块间阻尼增大时，支护的受拉和受压周期不变，但周期内的微扰动逐渐消失且幅值略有下降；上覆岩块沿垂直冲击方向破裂成两个子块时，支护的受拉和受压次数增加。
