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煤炭科学技术 2024年

作者：张村黄玄皓王永乐师旭涛王方田韩鹏华中国矿业大学(北京)能源与矿业学院中国矿业大学(北京)厚煤层绿色智能开采教育部工程研究中心中国矿业大学矿业工程学院

煤矿开采造成覆岩含水层涌入开采区域，弱化煤岩体强度进而造成巷道煤柱等失稳。基于此，本文针对煤矿开采水岩作用弱化工程问题，提出了水浸弱化流固耦合模拟方法，可以实现采动水浸过程中煤岩体渗透率和强度的实时更新。以离散元方法... 详细信息

煤矿开采造成覆岩含水层涌入开采区域，弱化煤岩体强度进而造成巷道煤柱等失稳。基于此，本文针对煤矿开采水岩作用弱化工程问题，提出了水浸弱化流固耦合模拟方法，可以实现采动水浸过程中煤岩体渗透率和强度的实时更新。以离散元方法为主详细论述了模拟实现的主要流程，并进一步讨论了有限元模拟方法实现的主要特点。离散元模拟方法主要通过应力和裂隙开度更新渗透率，同时提出了考虑裂隙可压缩性变化的变节理刚度模拟方法。在水渗入节理裂隙中，含水率的更新则通过节理开度变化计算。在煤岩体发生屈服前，煤岩体强度弱化可以根据含水率与煤岩体强度的关系进行更新。相比于离散元模拟方法，有限元模拟方法渗透率更新需要考虑各向异性，饱和含水率的更新则根据孔隙率计算。在此基础上，通过模拟充水断裂构造巷道围岩弱化验证了本文模拟方法的可行性，并进一步通过巷道顶板下沉和围岩裂隙发育实测结果验证了模拟结果的可靠性。最后，讨论和展望了本文提出的水浸弱化流固耦合模拟方法，认为掌握煤岩体力学渗流特征的尺度效应以及模拟中实现长期水浸弱化更有助于煤矿水岩作用工程问题分析。

关键词：煤矿开采水浸弱化渗透率更新流固耦合数值模拟

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循环水浸作用下煤体孔隙与损伤演化机制实验研究

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矿业科学学报 2024年第4期9卷 608-618页

作者：王方田张村汤天阔贾胜成家章窦凤金中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 神东煤炭集团锦界煤矿陕西榆林719319

煤柱坝体作为矿井采空区水库的主要承载结构,在多场耦合影响下的损伤失稳机制直接制约采空区水库的长期安全稳定运行。本文借助核磁共振(NMR)研究了“单侧”浸水条件下不同次数循环浸水下煤样T2谱图、孔喉、孔隙率变化和核磁图像演化规... 详细信息

煤柱坝体作为矿井采空区水库的主要承载结构,在多场耦合影响下的损伤失稳机制直接制约采空区水库的长期安全稳定运行。本文借助核磁共振(NMR)研究了“单侧”浸水条件下不同次数循环浸水下煤样T2谱图、孔喉、孔隙率变化和核磁图像演化规律,分析了单侧循环浸水次数不断增加下煤样内部孔隙演化规律以及单轴压缩破坏形态特征,揭示了煤样水浸损伤破坏机制,结果表明,随循环浸水次数的增加,煤样孔隙数、孔喉占比、孔隙率均保持增长的态势,分别增长了67.18%、3.48%、3.49%。煤样单轴抗压强度与残余强度逐渐减小,煤样的平均峰值强度由15.74 MPa依次下降到11.76、9.65、8.41 MPa,循环浸水9次煤样相较于初始状态煤样的平均单轴抗压强度下降46.56%,平均残余强度从未循环浸水的5.55 MPa依次下降到3.08、2.44、0 MPa。煤样单侧循环浸水水分子由浸水侧逐渐向煤样内部渗流,最后扩展至整个煤样,进一步造成孔隙率增加。长期的循环浸水对煤样的软化作用十分显著。研究结果为采空区水库空间结构稳定性控制提供了科学依据。

关键词：循环水浸采空区水库煤柱坝体孔隙演化水浸弱化

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小屯煤矿主平硐采动失稳规律研究与应用

小屯煤矿主平硐采动失稳规律研究与应用

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作者：王威威中国矿业大学

学位级别：硕士

矿井平硐开拓两翼采区布置的开采条件下,主平硐易受多采面扰动等因素影响而出现失稳大变形,继而制约矿井安全高效开采。本文以贵州大方煤业小屯矿主平硐为工程背景,通过现场调查、实验室实验、数值模拟等综合研究方法,确定了诱发该类主... 详细信息

矿井平硐开拓两翼采区布置的开采条件下,主平硐易受多采面扰动等因素影响而出现失稳大变形,继而制约矿井安全高效开采。本文以贵州大方煤业小屯矿主平硐为工程背景,通过现场调查、实验室实验、数值模拟等综合研究方法,确定了诱发该类主平硐失稳的主要影响因素,揭示了主平硐水浸围岩多采面应力扰动作用下的变形破坏失稳特征,提出深锚-浅注非对称强化修复控制技术及实施方案,并成功开展了现场工业性应用。主要结论如下:（1）开展了小屯煤矿主平硐工程现场情况调查分析,确定了两翼采区布置条件下诱发主平硐围岩失稳的主要影响因素。一是受两翼工作面回采多重采动应力叠加扰动影响主平硐围岩产生大范围损伤破坏;二是喀斯特地貌下浅埋矿井受季节性降水影响严重,主平硐软弱围岩遇水弱化导致支护体锚固结构失效。（2）结合实验室相关测试结果,分析确定了主平硐帮顶围岩浸水弱化的力学特性。工程围岩条件表明主平硐顶板以泥岩、粉砂质泥岩为主,帮部为粉砂岩,其岩石组分、遇水弱化、外载作用下的承载性能均存在差异性。测试结果表明帮部岩体吸水能力较弱,但在高湿度养护后弹性模量发生显著降低;顶板岩体吸水能力较强,且与水反应后单轴抗压强度发生明显弱化。（3）建立了主平硐多采面扰动数值分析模型,揭示了主平硐围岩多次采动条件下围岩非对称变形失稳破坏特征。研究表明主平硐围岩变形破坏受工作面空间位置影响密切,根据巷道围岩变形特征及应力演化特征,提出主平硐“关键承载层”概念,确定左帮及顶板到“关键承载层”的临界深度分别为4m和3m,由于右帮侧距离工作面空间位置较远,在右帮2m深处处围岩呈现出相对稳定性。（4）根据巷道围岩浸水弱化特征及“关键承载层”临界深度,以厚锚固承载圈层构建、全长预应力锚固、非对称性跨界支护为技术内涵,提出了“深锚-浅注非对称强化控制技术”,以深部、浅部稳定承载圈层的构建,实现对非对称多采面扰动条件下水浸巷道的协调强化控制。（5）开展了小屯煤矿主平硐修复支护工业性试验,结合系统矿压监测数据表明修复效果良好。巷道表面位移监测、锚索受力监测、钻孔裂隙窥视等监测结果显示,修复后围岩整体变形量较小,锚索受力稳定,顶板及巷帮围岩完整程度高,验证了新技术方案的支护效果。该论文共有图96幅,表13个,参考文献95篇。

关键词：多采面扰动水浸弱化巷道失稳强化控制技术围岩控制

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