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岩石力学与工程学报 2014年第9期33卷 1852-1862页

作者：赵延林张盛国万文王卫军蔡璐彭青阳湖南科技大学能源与安全工程学院湖南湘潭411201 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221008 湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室湖南湘潭411201

引入承压溶洞突水的管道流折算渗透系数,构建耦合非线性渗流–管道流于一体的承压溶洞突水全过程分析模型,在此基础上建立巷道前伏溶洞突水过程的流固耦合–强度折减法联动分析方法,研究承压溶洞突水全过程的流态转换机制。以七一煤矿... 详细信息

引入承压溶洞突水的管道流折算渗透系数,构建耦合非线性渗流–管道流于一体的承压溶洞突水全过程分析模型,在此基础上建立巷道前伏溶洞突水过程的流固耦合–强度折减法联动分析方法,研究承压溶洞突水全过程的流态转换机制。以七一煤矿石坝井承压溶洞突水事故为例,探讨防水岩柱的力学失稳机制和突水演化过程。研究表明:防水岩柱失稳前岩溶水非线性渗流,随着岩柱折减系数的增加,工作面渗水量增大,防水岩柱失稳后,溶洞水体突出,涌入巷道形成管道流。采用管道流模拟得到突水量在较短时间内达到峰值,由于溶洞水体储量供给约束,突水量逐渐减少,由突水初期的粗糙紊流最终变为管道层流。引入防水岩柱安全系数的概念,研究防水岩柱安全系数与溶洞内压、岩柱厚度的关系,将安全系数为1.5的岩柱厚度作为防水岩柱的计算安全厚度,提出防水岩柱工程留设厚度等于炮眼深度、爆破扰动深度和防水岩柱计算安全厚度之和的设计方法。将岩体流–固耦合理论、流态转换理论和强度折减法结合起来研究承压溶洞突水的非线性力学响应,为研究承压溶洞突水全过程提供了一种新的研究方法。

关键词：岩石力学溶洞突水防水岩柱流固耦合强度折减法

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高水压下岩体裂纹扩展的渗流-断裂耦合机制与数值实现

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岩土力学 2014年第2期35卷 556-564页

作者：赵延林彭青阳万文王卫军张盛国湖南科技大学能源与安全工程学院湖南湘潭411201 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221008 湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室湖南湘潭411201

采用渗流力学、断裂力学理论结合Monte Carlo方法描述岩体裂纹的随机分布,研究高水压作用下岩体原生裂纹的变形和翼形裂纹的萌生、扩展、贯通的渗流-断裂耦合作用机制,建立高水压作用下岩体裂纹的渗流-断裂耦合数学模型,给出该数学模型... 详细信息

采用渗流力学、断裂力学理论结合Monte Carlo方法描述岩体裂纹的随机分布,研究高水压作用下岩体原生裂纹的变形和翼形裂纹的萌生、扩展、贯通的渗流-断裂耦合作用机制,建立高水压作用下岩体裂纹的渗流-断裂耦合数学模型,给出该数学模型的求解策略与方法,在Fortran95平台下开发高水压下岩体裂纹扩展的渗流-断裂耦合分析程序***。高水压下岩体裂纹扩展的渗流-断裂耦合体现在岩体裂纹网络和渗流初始条件都随渗流时步变化。对高压注水岩体裂纹扩展过程进行渗流-断裂耦合分析。结果表明,高压注水条件下,岩体裂纹扩展存在起动水压力,当水压力大于起动水压力时,裂纹尖端开始萌生翼形裂纹,随着裂纹水压力的增加,翼形裂纹扩展,进而与其他裂纹搭接贯通,停止扩展。渗流-断裂耦合分析考虑了裂纹动、静水压力对裂纹产生的法向扩张效应及翼形裂纹的扩展而形成新的渗流通道两方面的影响,连通裂纹数随渗流的发展而增加。岩体裂纹的渗流-断裂耦合分析,能较真实地再现岩体裂纹的水力劈裂现象,描述岩体裂纹的扩展、贯通过程及与之相耦合的渗流响应。

关键词：岩石力学高水压渗流-断裂耦合数值实现水力劈裂

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岩石裂纹亚临界扩展实验与压剪流变断裂模型

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中南大学学报（自然科学版） 2014年第1期45卷 276-286页

作者：赵延林曹平万文王卫军彭青阳湖南科技大学能源与安全工程学院煤矿安全开采技术湖南省重点试验室湖南湘潭411201 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221008 中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

采用双扭试件的常位移松弛法对金川三矿区的大理岩、二辉橄榄岩和混合岩进行双扭试验,获得其裂纹扩展速率v与应力强度因子KI的关系及岩石断裂韧度,确定岩石亚临界门槛值K0。结合岩石压剪断裂理论和岩石亚临界裂纹扩展试验,建立压剪岩石... 详细信息

采用双扭试件的常位移松弛法对金川三矿区的大理岩、二辉橄榄岩和混合岩进行双扭试验,获得其裂纹扩展速率v与应力强度因子KI的关系及岩石断裂韧度,确定岩石亚临界门槛值K0。结合岩石压剪断裂理论和岩石亚临界裂纹扩展试验,建立压剪岩石裂纹翼形流变断裂扩展理论模型,提出翼形裂纹最终扩展长度由瞬时扩展长度和流变扩展长度组成。采用ANSYS断裂力学模块实现翼形裂纹尖端关键点随翼形裂纹扩展的自动生成,建立翼形裂纹流变扩展的数值分析模型。研究结果表明：采用常位移松弛法所测岩石的lg KI-lg v关系有很好的线性规律,3种岩石的K0/KIC在0.6-0.9之间;通过对算例进行理论分析和数值模拟,发现翼形裂纹流变断裂理论模型与数值分析结果很吻合。提出的岩石裂纹流变断裂理论为研究岩石裂纹流变扩展细观机理及岩体工程流变破坏的宏观机制提供了一个新的研究手段。

关键词：岩石力学岩石裂纹亚临界扩展流变断裂

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高应力软岩巷道变形与破坏机制及返修控制技术

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煤炭学报 2014年第4期39卷 614-623页

作者：余伟健王卫军黄文忠吴海湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学能源与安全工程学院湖南湘潭411201 丰城曲江煤炭开发有限责任公司江西丰城331136

针对高应力软岩巷道的大量变形与破坏问题,以江西曲江煤矿-850 m水平运输大巷为例,研究了变形机理和返修控制技术。首先,对该大巷的变形及破坏情况选取7个具有代表性的地段进行现场调查,发现变形与破坏形式主要包括两帮内挤、侧墙张裂、... 详细信息

针对高应力软岩巷道的大量变形与破坏问题,以江西曲江煤矿-850 m水平运输大巷为例,研究了变形机理和返修控制技术。首先,对该大巷的变形及破坏情况选取7个具有代表性的地段进行现场调查,发现变形与破坏形式主要包括两帮内挤、侧墙张裂、U型钢棚架弯曲或折断、底板鼓起和顶板垮落等;进行了X衍射实验和围岩内部变形结构的现场窥视,表明该巷道围岩含泥质矿物较多,松动圈较大(4 m左右)。然后,采用巴顿分类Q值、地质力学RMR值和松动圈估计值等将-850 m水平运输大巷的各调查段巷道稳定性归为Ⅴ,Ⅳ和Ⅲ类,相应地将这3类巷道称为垮冒巷道、特殊巷道和标准巷道,并给出了初步支护方案。最后,借助于工程类比、围岩分类、截面面积校核和提出的锚固段长度经验公式等方法得到了返修巷道锚索(锚杆)的长度、间排距、强度、直径和锚固段长度等主要参数。由此,-850 m水平运输大巷试验段巷道选取了"锚杆、金属网、喷浆、锚索、注浆和底板锚索"的综合支护方式。应用表明:经过147 d,巷道两帮收敛量最大值仅为66 mm,顶底板移近量最大值仅为119 mm,监测后期的收敛速率均小于1 mm/d,处于稳定状态。

关键词：高应力软岩巷道变形机理返修支护设计

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软弱半煤岩巷围岩的变形机制及控制原理与技术

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岩石力学与工程学报 2014年第4期33卷 658-671页

作者：余伟健冯涛王卫军刘海马平原王平李瑞豪湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学能源与安全工程学院湖南湘潭411201 广西百色矿务局有限责任公司广西百色533000

以广西百色东笋煤矿为工程背景,针对力学强度较低的半煤岩巷道难支护问题,采用现场调查、室内试验、岩体测试与监测、数值计算、理论分析和工业试验等手段进行变形机制和控制技术等研究。首先,通过巷道变形情况的调查发现,东笋矿区半煤... 详细信息

以广西百色东笋煤矿为工程背景,针对力学强度较低的半煤岩巷道难支护问题,采用现场调查、室内试验、岩体测试与监测、数值计算、理论分析和工业试验等手段进行变形机制和控制技术等研究。首先,通过巷道变形情况的调查发现,东笋矿区半煤岩巷呈现大变形特点,变形主要出现在巷道的两帮,以中下部最为严重;进行围岩裂隙窥视与实验室力学试验,可知,巷道岩体强度较低,遇水崩解、膨胀,松动圈可达到4 m左右。然后,分析岩煤巷道破坏的主要原因与变形特点,认为支护失效与巷道失稳的主要路径为:围岩强度较低→节理裂隙发育(外界环境及扰动作用下)→碎胀变形→应力叠加及流变→大变形;最后,分析该类巷道的支护原理,提出以"桁架锚索"为核心的"锚、网、索、梁"综合支护技术。理论分析表明关键在于帮部的支护,即桁架锚索,桁架锚索既起到力传递作用,又增大帮壁煤岩体的受力面积,提高支护刚度。根据煤岩体变形与桁架锚索受力特点,设计一种反扣装置,该装置能提高锚索桁架钢的抗弯矩能力。应用表明,该综合支护技术能发挥"固帮""强顶"和"抑底"等作用,从而达到全方面地提高巷道的稳定性。

关键词：岩石力学软弱围岩半煤岩巷道变形机制支护技术桁架锚索

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黄金洞金矿尾砂充填材料的试验研究

黄金洞金矿尾砂充填材料的试验研究

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2015年湘赣皖闽苏五省煤炭学会学术交流会

作者：朱卓慧冯涛颜红迪李佳盛喻智湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室湖南湘潭市411201 湖南科技大学能源与安全工程学院湖南湘潭市411201 湖南黄金洞矿业有限责任公司湖南平江县414507 湖南科技大学能源与安全工程学院湖南湘潭市411201

针对黄金洞金矿实际情况,测定了尾砂充填材料的物理化学性质,分析了尾砂充填材料的选择依据、尾砂充填料浆的配比、抗压强度等相关问题.在满足黄金洞金矿要求的条件下确定了尾砂充填料浆的最优配比范围,并对影响配比的因素进行了分析,... 详细信息

针对黄金洞金矿实际情况,测定了尾砂充填材料的物理化学性质,分析了尾砂充填材料的选择依据、尾砂充填料浆的配比、抗压强度等相关问题.在满足黄金洞金矿要求的条件下确定了尾砂充填料浆的最优配比范围,并对影响配比的因素进行了分析,可为矿山采空区管理、矿山尾砂处理、矿山环境治理提供借鉴.

关键词：金矿充填采矿法尾砂充填材料料浆配比抗压强度

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基于巷道围岩自承特性的锚杆锚固效果研究

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岩土力学 2014年第7期35卷 1965-1972页

作者：王斌王卫军赵伏军樊宝杰唐辉雄湖南科技大学能源与安全工程学院湖南湘潭411201 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室湖南湘潭411201

现有锚杆锚固效果研究很少关注整体锚固围岩的自承载特性。巷道围岩切向应力σθ对围岩承载结构的力学变化反应灵敏,研究了锚杆长度和锚杆强度对切向应力σθ曲线变化的影响,可为研究锚杆锚固效果提供重要参考依据。整体锚固巷道围岩σ... 详细信息

现有锚杆锚固效果研究很少关注整体锚固围岩的自承载特性。巷道围岩切向应力σθ对围岩承载结构的力学变化反应灵敏,研究了锚杆长度和锚杆强度对切向应力σθ曲线变化的影响,可为研究锚杆锚固效果提供重要参考依据。整体锚固巷道围岩σθ曲线形状与锚固端所处弹塑性围岩位置有关,当锚固端在塑性区内,对σθ曲线的峰值位置和大小影响不大;随着锚固端向弹性区深入,σθ分布曲线形成内外两个峰值,锚固巷道围岩出现弹塑性交替的现象。同时,锚杆强度与围岩自承强度存在一定程度的匹配关系,相应地提出了通过锚固σθ曲线的双峰值来判别锚杆锚固效果的新方法,该方法能较好地解释软弱地层条件下取消系统锚杆布置的问题。

关键词：巷道围岩锚固效果切向应力自承载特性

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岩爆灾害控制的动静组合支护原理及初步应用

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岩石力学与工程学报 2014年第6期33卷 1169-1178页

作者：王斌李夕兵马春德樊宝杰湖南科技大学能源与安全工程学院湖南湘潭411201 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室湖南湘潭411201 中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

目前岩爆支护理论研究以岩石准静力学理论为基础,存在一定局限性。从围岩结构效应的角度,分别探讨外界扰动和岩爆围岩本身诱发岩爆的动力学机制,外界扰动易在围岩破裂区和弹性区交界处发生应力波反射拉伸破坏,岩爆是满足一定条件下围岩... 详细信息

目前岩爆支护理论研究以岩石准静力学理论为基础,存在一定局限性。从围岩结构效应的角度,分别探讨外界扰动和岩爆围岩本身诱发岩爆的动力学机制,外界扰动易在围岩破裂区和弹性区交界处发生应力波反射拉伸破坏,岩爆是满足一定条件下围岩内部自稳时变结构调整的过程,提出岩爆支护的结构时变控制原则。现有支护措施下岩爆动力学破坏特征表现为洞室表面岩体层裂剥离造成锚杆托板悬空,基于此,进一步提出岩爆灾害控制的动静组合支护原理,相应提出预留锚固方式、动静组合锚杆等关键技术,强调锚杆可伸长构件应设置在围岩体内部破裂区和弹性区边界附近,从而给应力波扰动破坏的弹性区岩石提供扩容变形空间,同时,锚固的杆尾能对层裂岩石提供补强作用。通过深部矿井岩爆巷道的现场初步应用,该支护技术能取得良好的防治效果。

关键词：岩石力学岩爆动静组合支护预留锚固动力学机制

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高位抽放巷瓦斯抽采技术研究及经济评价

高位抽放巷瓦斯抽采技术研究及经济评价

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34届国际采矿岩层控制会议

作者：朱卓慧冯涛林文伟黄励湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室湖南湘潭4112013 湖南科技大学能源与安全工程学院湖南湘潭411201 百色百矿集团有限公司广西百色533000 西亚斯国际学院河南新郑451150

工作面瓦斯超限问题严重威胁着煤矿的安全生产,极大制约着高产高效技术的采用.为了解决这一问题,在总结前人研究成果的基础上,详细介绍了高位抽放巷处理工作面瓦斯的关键技术.并以该技术在淮南潘一矿的具体应用,分析了采用该技术后所取... 详细信息

工作面瓦斯超限问题严重威胁着煤矿的安全生产,极大制约着高产高效技术的采用.为了解决这一问题,在总结前人研究成果的基础上,详细介绍了高位抽放巷处理工作面瓦斯的关键技术.并以该技术在淮南潘一矿的具体应用,分析了采用该技术后所取得的瓦斯抽采效果.同时,将作业成本管理方法植入到瓦斯的抽采成本的研究当中,分析其作业流程,研究作业动因,构建作业成本库,为瓦斯开采成本研究奠定了基础,同时也构建起基于作业成本管理方法的煤层气抽采技术经济评价平台.结果表明,采用该技术,操作方法简单,施工进度快,抽采瓦斯纯度高,抽采效果良好,值得推广.

关键词：煤矿瓦斯高位抽放巷抽采效果评价指标

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矿井潮湿巷道风流温度预测方法改进

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安全与环境学报 2014年第6期14卷 39-42页

作者：刘何清杨威何昌富熊慧灵李伊洁湖南科技大学能源与安全工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学煤矿安全开采技术重点实验室湖南湘潭411201

高温矿井风流温度准确预测是很多学者关注的课题,难点是预测模型中的含湿量或水蒸气分压力与温度关系复杂。结合矿井风流温湿度特点,充分考虑风流温度、相对湿度共同对潜热交换量的影响,提出了分区间将含湿量项回归成温度、相对湿度的... 详细信息

高温矿井风流温度准确预测是很多学者关注的课题,难点是预测模型中的含湿量或水蒸气分压力与温度关系复杂。结合矿井风流温湿度特点,充分考虑风流温度、相对湿度共同对潜热交换量的影响,提出了分区间将含湿量项回归成温度、相对湿度的二元一次函数的简化方法;根据矿井风流能量方程理论,提出了利用焓值方程闭合差校验模型预测精度的方法;得出了精度较高、且可手动计算的预测通风时间1 a以内和1 a以上巷道末端风流温度计算模型。

关键词：安全工程含湿量二元一次化风流温度预测

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