摘要：注浆改造含水层是治理西部矿区砂岩水害最为直接且有效的手段。为了探究不同因素对西部矿区可注断层破碎带注浆加固特性的影响,设计了可注性试验、单轴抗压强度试验、渗透性试验来研究不同因素对浆液可注性和在完全可注的前提下注浆加固效果的影响规律及结果。研究结果表明:水灰比为1.5∶1时,注浆加固体的强度已达到现场应用的标准,并与水灰比为1∶1时的抗渗效果几乎相同且良好;在养护龄期为14 d时,水灰比为1∶1、1.5∶1这2种情况下的注浆加固体强度均达到现场应用的标准,并与养护龄期为28 d时的抗渗效果几乎相同且良好。根据研究结论和现场实际,选择水灰比为1.5∶1的浆液应用到注浆工程中,注浆后各钻孔吸水率均不大于临界值0.01 L/(min·m·m)且注浆量由平均1317.81 t下降至平均80.2 t,注浆效果明显且良好,为矿井安全开采和西部矿区水资源生态保护提供了保障。

摘要：基于理想弹塑性力学理论计算、FLAC3D数值模拟分析与多处矿区工程实践,得到宁东试验矿井现采区段留设的40 m煤柱宽度明显偏大。采用现场综合试验,监测受工作面采动影响前后,16组空心包体三维应变的实时增量、不同煤柱宽度（10 m,20 m）试验巷道的围岩应力与变形动态变化。试验结果表明：40 m宽度煤柱内存在明显的低应力增量弹性核区,该区域是巷道布置的有利位置;试验采面侧向支承压力的超前影响范围约45 m,随着采面推进,本区段40 m煤柱内采动应力峰值逐步由侧壁向其深处传递,第一主应力增量逐渐衰减;10 m煤柱宽度试验巷道的平均变形小于20 m煤柱巷道。综合以上理论计算与井下试验监测结果,确定出试验工作面特定区段煤柱设计的合理宽度范围（8.9～12.5 m）,从而为类似地质采矿条件下区段煤柱宽度设计提供经验指导。

摘要：为深入认识拱形结构对钢托板力学特性的影响,及其与不同锚杆匹配的承载适用性,基于球壳结构弹性力学与极限平衡分析构建了2种拱形托板承载力理论关系式,结合工程实践详细论述了其中5个影响参数。采用实验室加载试验研究了不同板厚、不同拱高的方形托板承载力与变形特征。结果表明:托板承载力与钢板厚度、拱高与拱底圆直径之比呈正增长关系;试验承载力较好地验证了理论计算式的适用性;此外,调向球垫尺寸与强度对托板承载与支护的充分发挥非常重要。综合以上研究与煤炭行业标准,提出常用锚杆规格与拱形托板尺寸的合理匹配表,以供矿山支护工程参考使用。

摘要：为了得出露井协采矿山中井采工作面与露天矿边坡空间相对位置的最优布置方式,结合平朔矿区露井协采工程实践,设计了3套方案对不同井采工作面布置方向时井采对露天矿边坡稳定影响规律进行研究,研究表明:在露井协采中井采工作面与露天矿边坡面倾向平行布置时,井工开采对露井协采边坡稳定及端帮运输道路的不利影响最小。在井采工作面采取上述方式布置时,对井采工作面的推进方向进行优化分析,发现井采工作面沿背坡的方向回采时,露天矿边坡岩体受井采扰动较向坡开采时严重。故在露井协采工程实践中,建议井采工作面与露天矿边坡面倾向平行布置,采用向坡方向推进,以降低井工开采对边坡稳定的不利影响,提高煤炭资源采出率。

摘要：通过实验室单轴压缩试验与数值模拟计算,研究不同强度比组合煤岩的力学响应特征与能量分区演化规律。结果表明:煤岩组合体的强度与变形参数主要受薄弱载体控制,当岩石强度低于煤的强度时,组合体强度与岩石强度相近,岩石是破坏的主体;两者强度相近时,组合体强度较煤、岩略有升高,此时煤岩均发生较充分的破坏;随着岩石强度与刚度的增大,组合体的强度与刚度也增大,岩石强度达到煤的2倍后,组合体的单轴抗压强度较煤增长达到15%并趋于平缓,弹性模量增幅超过70%后趋于平缓,此时煤是破坏的主体,且破坏形态较为一致。煤岩组合体受载阶段可分为应变能快速积累、应变能增速放缓和应变能快速释放3个阶段,耗散能与摩擦能在第2阶段开始缓慢增长,进入第3阶段后,耗散能、摩擦能与动能开始急剧增长。煤与岩石的应变能演化与组合体的相似,煤是组合体积聚应变能的重要载体。随着岩石强度的增大,煤岩组合体的应变能密度呈快速增大后缓慢减小的趋势,在煤岩强度比1∶2时,煤岩组合体的应变能密度最高;组合体中煤的应变能密度先快速增大后趋于平缓,当组合体中岩石强度高于煤时,能够增大煤储能应变能的能力,但增幅在30%以内;组合体中岩石的应变能密度呈先增大后减小的趋势,在煤岩强度比1∶1时达到峰值。

摘要：物理力学实验模拟是研究煤与瓦斯突出机理和发育规律的重要技术方法之一。研发一种新型煤与瓦斯突出模拟系统,旨在借助现有先进监测技术和装备,结合具体瓦斯地质模拟条件,开发出先进的实验设计方案,实现复杂场景下的煤与瓦斯突出现象模拟,助推煤与瓦斯突出机理研究。本模拟系统由应力加载子系统、实验箱体子系统、动力牵引子系统、气压控制子系统、诱突装备子系统、模拟巷道子系统和测控子系统7部分构成,在各个子系统设计过程中都不同程度地实现了技术方法提升,整个系统形成了标志性创新成果。模拟系统有如下特点:(1)完善了三轴同步连续非均匀加载技术装备的高载荷加/卸载功能。试件加载由X、Y和Z方向的10个独立压头完成,试件尺寸为400 mm×400 mm×1200 mm,载荷强度最大25 MPa,最大密闭气压6.0 MPa,上述10个压头中的任意个体可根据指令独立或同步完成行程内的加/卸载任务,并实现了水平应力分层加卸载。(2)形成了系统制样、装样、密封、加载一体化工艺。实验箱体为新型分体式结构,由动力牵引系统辅助实验箱体完成试件成型、应力加载和模拟材料搬运,且箱体结构平移量控制精准。(3)集成多种诱突技术于同一模拟平台,完成了包括箱体、突出窗口等多项技术装备功能创新,完成了动力诱突、二级爆破片联动诱突、变径钻进诱突等多种诱突技术及装备研制,且在动力诱突和变径钻进诱突技术装备上实现了原始创新,并经过了实验模拟验证。(4)实现了关键装置结构体的设计创新。双层钢板箱体缓解了同步加载的应力集中并提高箱体结构气密性,突出口的内腔设计提高了诱突效率,模拟巷道端头结构与管道“软包硬”结构设计提高了系统安全性,变径钻头结构实现了Rouleauxs triangle理论的工程化应用。(5)多元信息监测及数据融合实现了模拟测试的精准化。采用了先进的数据采集系统(应力、气压、温度等数据)和包括声发射、高速摄像机等监控技术装备,实现了煤与瓦斯突出的多元数据精准监测。(6)工程案例模拟证实了系统应用的可靠性。通过平煤“3·22”突出案例模拟,完成了系统功能的整体检验,并发现了突出过程中断层构造对地应力、气体压力和温度的影响规律,证实了本物理力学模拟系统性能可靠,可为煤与瓦斯突出机理研究提供平台支撑作用。

摘要：煤矿井下大断面硐室适合采用“锚杆锚索+混凝土砌碹”联合支护方案,但锚杆锚索与混凝土砌碹在支护中所起的作用尚不明确,具体支护参数也需基于工程经验确定,往往造成支护不足或支护过度。为解决煤矿井下大断面硐室支护难题,以某煤矿井下超大断面液压支架拆解组装硐室为研究对象,基于工程经验提出“锚杆锚索+混凝土砌碹”的初始支护方案,采用数值模拟方法分别针对无支护、锚杆锚索单独支护、混凝土砌碹单独支护、锚杆锚索和混凝土联合支护4种条件进行支护效果分析,基于数值模拟结果提出改进支护方案并进行工程验证。研究结果表明:采用工程经验和数值模拟相结合的方法能够实现煤矿井下超大断面硐室的合理支护,基于工程经验提出初始支护方案,采用数值模拟进行方案参数优化,可避免支护不足或支护过度。锚杆锚索与混凝土砌碹对煤矿井下超大断面硐室均具有良好的支护效果,混凝土砌碹的支护效果要远优于锚杆锚索。锚杆锚索适合作为预支护,减小硐室掘进初期的剧烈变形,混凝土砌碹适合作为永久支护,起主要支护作用。煤矿井下超大断面硐室支护适合采用锚杆锚索和混凝土砌碹联合支护形式,当围岩较破碎时,需要辅以注浆补强,可适当减小锚杆锚索的支护密度,以加快施工速度,并及时进行混凝土砌碹支护。

摘要：冲击地压因其特有的易发、多发、难防治特征,成为影响煤矿生产最为突出的动力灾害之一,其中以回采巷道冲击地压发生最为显著。冲击地压巷道动力显现过程中,锚杆支护系统往往伴随着一定的动载冲击作用,关于锚杆支护系统在动载冲击作用下的力学响应研究对冲击地压防治具有重要意义。为研究锚杆支护系统中杆体不同位置对冲击载荷的响应规律,选择煤矿常用的500号左旋无纵肋螺纹钢锚杆,沿锚杆轴向不同位置粘贴应变片,利用锚杆力学性能综合试验台对支护单元施加轴向冲击载荷,分别采用激光位移传感器和动态应变仪采集锚杆杆体及不同位置变形数据,分析杆体变形规律及时序特征;利用LS-DYNA数值分析软件再现轴向冲击载荷下锚杆受载变形过程,分析锚杆不同位置的应力和变形特征。结果表明:①在171 kN初始拉伸载荷状态下,10 kJ轴向冲击能量使锚杆端部载荷瞬时增加至438 kN,此后处于振荡衰减状态,衰减速度逐渐增大。②10 kJ轴向冲击能量导致锚杆在30 ms内振荡拉伸和收缩,并最终产生28.39 mm的拉伸塑性变形。③锚杆杆体不同位置的变形受应力波的界面反射效应影响较大,塑性变形大部分产生在锚杆自由段,且距离锚固段与自由段分界面越近杆体塑性变形量越大。④锚杆不同位置对冲击载荷响应具有时序性,拉伸和收缩变形均由杆尾向锚固端头依次响应。⑤锚固作用可有效约束锚杆变形,吸收冲击产生的应力波,随着锚固深度加大,锚杆应力和变形响应幅值显著减小。

摘要：国家重大科研仪器研制项目“煤矿巷道断层滑移型冲击地压模拟试验系统”旨在研制大型三维断层滑移型冲击地压物理模拟仪器,断层滑移的诱导实现是项目面临的首要难题。为获得开挖诱导断层滑移的合理实现方式,提出了包含锁固段的断层结构形式,设计了单断层和双断层布置条件下开挖诱导断层滑移的试验方案,开展了相似模拟试验和数值模拟试验,系统研究了加载板摩擦、断层倾角和围压对断层滑移和锁固段破断的影响,给出了仪器设计的初步建议。研究结果表明:(1)断层滑移型冲击地压物理模拟仪器适合采用“三向四面”加载方式,模型体可采用单断层布置或双断层布置,断层结构可采用岩桥型锁固段。(2)在三维加载条件下,断层上盘底部瞬时开挖可成功诱导断层滑移。开挖后开挖空间上方模型体发生局部破坏,断层主滑方向边界应力降低;断层主滑方向边界应力恢复对残留断层上盘形成加载,导致断层在锁固段处滑移、锁固段被剪断。(3)断层滑移行为受加载板摩擦、断层倾角与围压的共同影响。加载板摩擦因数应不超过0.2;单断层布置时,断层倾角应不小于50°,双断层布置时(边界断层倾角为45°),滑移断层倾角应不小于60°;断层主滑方向边界应力应远大于断层倾向方向边界应力,断层走向方向边界应力应大于断层倾向方向边界应力。

摘要：我国煤矿无煤柱开采技术研究与应用已有60多年。综合分析了沿空留巷、沿空掘巷、跨巷开采及采空区布置巷道等无煤柱开采方法及适用条件、围岩控制取得的研究成果。在沿空留巷方面的主要内容为:不同开采系统的沿空留巷类型、围岩变形与破坏特征;沿空留巷结构力学模型及围岩与支护作用关系;沿空留巷巷内基本支护、巷内加强支护、巷旁支护形式及支护性能;爆破与水力压裂围岩卸压机理及技术;沿空留巷断面优化及维护时间控制;沿空留巷支护设计原则及沿空留巷安全技术。在沿空掘巷方面,论述沿空掘巷的类型及小煤柱尺寸设计方法,分析沿空掘巷围岩结构特征、围岩变形的主要影响因素及沿空掘巷围岩控制技术。介绍跨巷无煤柱开采的类型,分析巷道与采煤工作面底板的垂直距离、工作面边界至巷道的水平距离等参数对跨采巷道围岩变形的影响。论述在采空区布置巷道的方式:在采空区形成巷道和掘进巷道,分析采空区巷道的应力环境及施工存在的难点。介绍陕西何家塔煤矿支卸组合泵充混凝土支柱沿空留巷、山西野川煤矿泵充钢筋混凝土墙与水平长钻孔水力压裂卸压沿空留巷围岩控制2个应用实例,分析沿空留巷围岩变形控制效果。最后,提出无煤柱开采方法及围岩控制技术的改进意见与发展方向。