摘要：在冲击地压巷道中,冲击载荷会造成锚杆支护系统构件与围岩相互作用力急剧增加,托板在高作用力下易出现变形破坏。针对上述问题,采用微机控制电液伺服试验机和自主研发的落锤冲击试验装置,对煤矿常用的拱形托板及其组合构件等3种试样进行了力学性能测试,获取试样静载力-位移曲线、冲击力时程曲线、位移时程曲线及变形破坏特征,分析了锚杆托板及组合构件的抗冲击性能。研究结果表明:静载作用下,托板承载力位于228~243 kN,最大变形量14.10 mm,变形呈现拱高降低、四角翘起、连接部位向圆心转移等特征。动载作用下,托板变形均经历拱高降低、四角翘起及压平3个阶段,冲击能量为500~3 000 J时,冲击力时程曲线呈现急剧上升阶段、震荡作用阶段和迅速下降阶段;冲击能量为3 500~5 000J时,冲击力时程曲线呈急剧上升阶段、震荡稳载阶段、震荡上升阶段和迅速下降阶段。随着冲击能量的增加,试样的冲击力峰值均逐渐增大,与静载相比,托板试样的动载荷峰值较大。试样位移时程曲线可分为弹塑性变形和回弹变形两阶段,弹塑性变形阶段变形量与作用时间呈现线性关系,正、反向及组合构件最大形变量平均作用时间占比分别为68.66%、69.25%、66.66%;回弹变形阶段,3种试样平均弹性形变量分别为1.71、1.84、3.23 mm。整个冲击过程中,3种试样冲击能量平均转化率分别为96.82%、97.33%、93.78%。总体来看,托板正、反向冲击力学性能及变形特征一致性较好,与单独托板相比,组合构件可实现吸能、延长冲击力整体作用时间、缩短震荡作用时间、改善托板承载特性等作用。研究成果为冲击地压巷道锚杆支护的托板及组合构件选取提供一定借鉴。

摘要：为揭示缓冲垫层对锚杆托板动、静载力学特性的影响,从而为冲击地压巷道支护中缓冲垫层的选取提供理论依据,在实验室专门搭建缓冲垫层与托板组合结构冲击实验台,测试5种组合结构的静、动载力学性能,利用高速摄像仪捕捉组合结构的变形破坏过程,分析冲击能量、缓冲垫层材质、厚度等参数对托板结构力学响应的影响规律。研究结果表明:缓冲垫层会显著影响托板结构的静、动载变形破坏形态,具有一定延性和变形能力的缓冲垫层能提高托板结构的静载承载能力。缓冲垫层材质和厚度对冲击载荷的缓冲吸能效果影响显著,延性、变形能力大的缓冲垫层吸收冲击能量更多,能降低托板结构变形程度,反之亦然。刚度越低、变形量越大及厚度越厚,组合结构的冲击力峰值越小,托板变形量越小;而刚度大、脆性强的缓冲垫层对组合结构的冲击力峰值影响不大,但会显著增加托板的变形量。从托板变形量来看,5种组合结构吸能效果优劣依次为泡沫金属+托板、木材+托板、橡胶+托板、混凝土+托板和托板。

摘要：综采工作面倾向长度的增加,对顶板破断及应力演化产生的影响效应是复杂的,导致工作面支架支护特性存在分区差异。为深入理解超长工作面支架与围岩相互作用关系,以小保当煤矿450 m超长工作面为工程背景,构建弹性基础岩梁力学模型,运用数理统计及均化循环分析方法,对工作面支架实测数据开展循环末阻力、工作阻力分布频率、支架增阻特性分析,明晰不同面长工作面倾向方向顶板运动及支架工作阻力分布特征,探究超长工作面支架倾向分区内支架增阻特性。研究结果表明:工作面倾向长度增加,导致两巷煤体对中部顶板的支承减弱,中部峰值区域向两巷移近,超长工作面支架工作阻力分布趋势呈M型三峰值分布;超长工作面上部、中部、下部三区域支架呈对数型增阻时,其均化曲线仍为对数函数,表现为先急增阻后趋于平缓,此种支架增阻情况反映了来压期间工作面顶板由快速下沉逐渐变为缓慢下沉;呈对数-指数型增阻时,中上部区域支架增阻均化曲线为对数函数,中部及中下部均化曲线为对数-指数型复合函数,表现出先急增阻然后趋于平缓最后急增阻的特征;当支架工作循环时间超过一定值,对数-指数复合增阻型支架会急速增阻,不利于顶板控制,通过优化工作面割煤速度,降低支架工作循环时间,可减小支架增阻量,避免高阻力状态下支架再次瞬时增阻,提升工作面支架支护效果。

摘要：收集了国内厚及特厚煤层综放和大采高综采条件下导水裂缝带高度实测数据,共计179组,其中坚硬覆岩51组,中硬覆岩100组,软弱覆岩28组。在此基础上按照我国14大煤炭基地分布分别列出了不同覆岩类型条件下的导水裂缝带高度和裂采比的范围,绘制了我国煤矿导水裂缝带高度分布图,以此数据为基础回归了导水裂缝带高度(简称“裂高”)预计公式,并重点分析了3个典型矿区导水裂缝带高度分布特征和主要影响因素,以及实测导水裂缝带高度数据之间存在较大差异性的原因,取得以下研究成果:从全国区域来看,实测平均裂采比随着岩性由软弱、中硬到坚硬依次递增,坚硬覆岩的平均裂高分别是中硬覆岩和软弱覆岩的1.52倍和2.29倍,中硬覆岩平均裂高是软弱覆岩的1.5倍;不同覆岩岩性的导水裂缝带高度都随着采厚的增加而增加,且坚硬覆岩条件下增加的速率明显要高于中硬和软弱覆岩;裂采比则随着采厚的增加而降低,且减小速率随着采厚达到一定厚度有趋于稳定的趋势。黄陇基地永陇-彬长矿区属于中硬覆岩类型,导水裂缝带高度和裂采比明显高于我国东部矿区,工作面长度大于170 m时导水裂缝带发育高度受工作面长度影响较大,其高度及裂采比随着工作面长度增加,呈增高增大趋势。蒙东(东北)基地扎赉诺尔矿区属于极软弱类覆岩,针对该类型覆岩条件,依据导水裂缝带发育高度长期实践数据,最小裂采比仅为5,采厚达到16 m时仅为全国软弱覆岩平均裂采比的68%,并提出采用趋势分析方法来预计极软弱覆岩条件下的导水裂缝带发育高度。神东基地浅埋矿区具有埋深浅、基岩薄、土层厚、高强度开采的特点,实测获得的导水裂缝带高度差异性极大,裂采比集中在19~28,最大达到35,明显高于全国尤其是东部矿区中硬覆岩条件的裂采比;但是部分矿井由于厚层红土层赋存对导水裂缝带发育具有明显抑制作用,实测裂采比7.16~7.78,较类似软弱顶板条件下开采裂采比仍降低了15%~53%。由实测数据回归得到的导水裂缝带预计公式具有较好的适用性,可为全国不同覆岩类型条件下厚及特厚煤层高强度开采导水裂缝带高度计算提供依据。

摘要：CT扫描技术为观测煤岩内部裂隙提供了重要手段,然而由于煤岩CT扫描裂隙场的高度复杂性,对其精确定量描述一直是行业内十分困难的问题。通过CT扫描发现,煤岩内部裂隙结构以面裂隙为主,因此针对CT扫描获得的煤岩面裂隙结构,提出了一种基于椭球模型的解决方案:首先将煤岩CT扫描获得的面裂隙结构离散为三角形面网格,在Geomagic Wrap软件中对三角形面网格进行简化和修复,得到一系列三角形裂隙面代替原有的裂隙结构;然后采用一种特殊的面椭球,即旋转扁椭球,拟合每一个三角形面裂隙,据此实现对整个裂隙结构的椭球模型重构,详细给出了二维空间和三维空间中面椭球重构的控制方程及求解策略,并验证了求解策略的可行性,给出了椭球模型重构CT扫描裂隙场的精度分析;最后利用重构的椭球形裂隙场,分别设计面裂隙方向张量与面裂隙组构张量,定量表征煤岩CT扫描面裂隙结构,同时给出了针对面裂隙方向张量与组构张量的简便计算方法。对于裂隙张量表征理论的应用,选取了简单面裂隙结构、CT扫描获得的真实复杂裂隙结构、真实裂隙场的演化过程等3个具体案例,验证了裂隙张量理论对煤岩复杂裂隙结构的描述能力,并阐明了其与孔隙率、分形维数描述方法之间的异同。关于椭球模型重构方法的应用,除了有助于裂隙结构的定量表征,还介绍了其在裂隙煤岩等效弹性模量预测理论方面的应用前景,并通过数值模拟分析初步验证了理论公式的适用性。

摘要：针对锚杆支护系统受到冲击载荷作用时,围岩与托板间作用力瞬间增加,造成托板过载弯折、撕裂及接触区域围岩破裂、塌落等问题,采用实验室试验的方法,搭建了托板与缓冲垫层组合试样静、动载测试试验台,分别测试了5种组合结构托板的静、动载力学性能,获取了组合结构的静载力-位移曲线、冲击力时程曲线及应变时程曲线;研究了不同冲击载荷下组合结构的力学响应规律,分析了缓冲垫层材质、厚度对组合结构抗冲击性能的影响。试验结果表明:静载作用下缓冲垫层对托板变形形态有一定影响,刚度高的缓冲垫层会增加托板的变形量,但也会降低组合结构的峰值载荷;垫层厚度主要影响组合结构的变形能力,对承载力影响不大。不同冲击能量下托板的冲击力峰值基本相同,托板在较低的冲击能量下已达到峰值承载力,动载峰值承载力与静载最大承载力基本相同。不同冲击能量下托板变形明显不同,托板对角线上部的变形相对较小,中线上部的变形相对较大;缓冲垫层能降低组合结构的冲击力峰值,与未使用缓冲垫层相比,采用松木、橡胶垫、废旧皮带及泡沫铝缓冲垫层时,组合结构冲击力峰值分别降低21.45%,17.55%,25.40%和2.80%,冲击力作用时间分别增加了41.94%,24.52%,47.74%和65.16%,缓冲垫层可降低冲击力峰值,延长冲击作用时间,有效吸收冲击能量;垫层厚度对试样冲击力和应变影响较大,垫层厚度越大,吸收的冲击能量越多,冲击力峰值越小,冲击力作用时间越长,垫层缓冲性能越好,合适的垫层材料和厚度能有效降低冲击载荷对托板结构的破坏效应。总体来看,与单独使用托板相比,4种缓冲垫层均能实现吸能减冲,不同缓冲组合结构的垫层对抗冲击性能影响不同,缓冲垫层吸能效果从优到劣分别为泡沫铝、松木、废旧皮带及橡胶垫。

摘要：根据裂隙岩体水力学分析了承压水导升运动过程中的水压变化与导升位置的变化规律,推导了二者之间的数学关系;通过分析底板采动应力场空间分布规律,构建含隐伏断层底板承压水导升力学模型,基于半无限体理论推导了采动影响在底板空间的应力传递规律表达式;结合断裂力学理论推导了矿山压力-水压力联合作用下的裂隙扩展的临界水压及承压水导升高度计算公式;采用单因素分析法对其影响因素进行了分析,并通过FLAC3D重点模拟分析了隐伏断层倾角对承压水采动导升规律的影响。研究结果表明:承压水导升高度受初始水压力、隐伏断层倾角增大而增大,而随着动水流速、岩体断裂韧度增加而减小;采动承压水导升高度还与其导升过程中的能量损失系数结构岩体的力学性质、原始地应力等相关联;模拟结果也表明受隐伏断层倾角影响,采动渗流场表现出随着隐伏断层倾角增大而导升强度越剧烈和强渗流区范围更大的现象。

摘要：由于煤层底板隐伏断层分布广、数量多、隐蔽性强且不易探测的特点,使得底板隐伏断层活化突水成为深部开采突水的主要形式之一。根据底板隐伏断层发育规模及空间位置条件,总结提出了底板沟通隐伏性断层突水、上位隐伏性断层突水及下位隐伏性断层突水3种模式。针对承压水体上煤层底板下位隐伏断层底板突水模式,通过力学分析、底板突水相似模拟及FLAC3D数值拟研究了煤层回采过程中底板空间采动应力变化规律、隐伏断层扩展及突水通道演化过程。研究结果表明:近煤层底板采动岩体随工作面推进,经历压缩-卸荷-恢复过程,形成采动破坏带,底板空间采动应力状态以工作面为分界线呈现水平“S”型分布形态;采动-水压-隐伏断层作用下,隐伏断层将对采动应力随工作面移动起到阻隔作用;隐伏断层顶部受矿压-水压作用的破坏程度时机更早、程度更严重,更易诱发导水裂隙发育,隐伏断层原生裂隙扩展并向逆工作面推进方向上方发育,与采动破坏带沟通形成突水通道;采动承压水导升运移与采动裂隙发育紧密相关,采动承压水导升强度及强渗流区范围随工作面推进渐进发展,底板隐伏断层采动突水先出现隐伏断层上方采空区,突水量随工作面推进渐进增加。在将含隐伏断层底板采动空间划分为隐伏断层采动活化区、阻隔水区和采动影响区的基础上,揭示了承压水上底板下位隐伏断层突水机制。

摘要：8.8 m超大采高综采工作面一次开采高度及开采强度大,采场围岩控制困难。采用立柱压力传感器、位移传感器对工作面回采期间支架工作阻力、顶板下沉量进行了全程系统监测,对工作面矿压显现规律、支架工作阻力循环曲线、顶板下沉量及割煤循环内下沉曲线进行了分析,对支架工作阻力、初撑力、支架刚度与顶板下沉关系进行了研究。研究结果表明:超大采高工作面开采具有来压区域性明显、来压急增阻、非来压恒阻、大小周期来压的宏观特征;工作面顶板下沉具有明显的时空差异性,空间上呈现工作面“两端小-中部大”的特征,时间上呈现来压期间大、非来压期间小的特点;工作面支架ΔF-T和顶板下沉ΔS-T均化循环曲线具有高度的一致性,来压期间2者均呈对数-大斜率线性复合增长,非来压期间呈现近常数或小斜率线性增长;顶板下沉与支架工作阻力呈线性对应关系,随支架工作阻力的增加而增大,安全阀开启后,顶板下沉速度明显增大,最大下沉速度为安全阀开启前的4.3倍,安全阀长时开启时顶板下沉速度由急增逐渐过渡至缓增状态,ZY26000/40/88液压支架在来压期间一定时间内可以将顶板下沉控制在一定的范围内,但并不能阻止其继续下沉;初撑力及支架刚度大小对顶板控制影响较为明显,随着初撑力的不断增大,顶板下沉及下沉速度显著降低并趋于稳定,临界点为15 MN,顶板下沉与支架刚度呈现类双曲线关系,支架刚度达到14 MPa/m以上时,支架刚度对顶板下沉的抑制作用减弱,顶板下沉趋于平稳状态。

摘要：5G通信技术应用于煤矿智能化开采中已成为目前各界的共识。为了给煤矿智能化开采应用提供更为有效的无线通信与信息处理支撑,调研了5G技术在煤矿智能化中的研究及网络建设现状,分析了其在煤矿应用时的理论研究、标准化、实验室研究及试点建设多个方面的进展情况;针对井下无线传播环境及业务需求,从无线频段选择、无线基站选型、组网方式以及核心网建设方式多个层面,研究了煤矿5G网络规划的方案,指出了“统一规划、安全经济、全面覆盖、精细设计”煤矿5G网络规划原则;总结了5G在煤矿中的可能应用新场景,研究并提出5G网络切片应在运营商增强移动宽带通信、低延迟高可靠通信和海量物联网通信三大应用场景的基础之上,进一步细化煤矿的应用场景,同时需协调业务匹配粒度、切片管理与网络资源之间的相互关系,以达到最佳网络资源使用度;研究了煤矿5G边缘计算技术,设计了面向具体煤矿智能化业务需求的云-边-端协同的边缘计算架构,并进行了计算卸载、边云协同等关键技术研究。上述分析与研究表明,商用5G在应用于煤矿智能化开采过程中,仍然需要针对具体应用业务和场景进行网络规划、网络切片,并且由于5G技术本身处于不断更新发展之中,因此在5G与煤矿智能化结合的过程中,需不断融入新技术,并在新技术的背景下仔细评估所采用的关键技术、网络设计与建设方案。