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基于FLAC3D-COMSOL耦合的采动覆岩渗流演化及展布仿真实验

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实验技术与管理 2025年

作者：许玉军马立强王磊刘怀谦李少波安徽理工大学深部煤矿采动响应与安全防控国家重点实验室教育部新疆煤炭资源绿色开采教育部重点实验室新疆工程学院新疆煤系资源勘探与开采重点实验室新疆煤炭绿色智能开采工程研究中心

采空区CO2矿化充填需完全实现对上覆含水体的渗流隔离。基于FLAC3D-COMSOL有限差分-有限元耦合仿真实验方法，模拟了连采连充CO2矿化充填条件下覆岩渗透性演化规律及展布特征，提出基于渗透率劣化率及渗流速度的覆岩分区阈值确定方法。... 详细信息

采空区CO2矿化充填需完全实现对上覆含水体的渗流隔离。基于FLAC3D-COMSOL有限差分-有限元耦合仿真实验方法，模拟了连采连充CO2矿化充填条件下覆岩渗透性演化规律及展布特征，提出基于渗透率劣化率及渗流速度的覆岩分区阈值确定方法。结果表明：采动覆岩渗透率劣化率呈“蝶形”展布，且在开切眼与停采线呈“类马鞍形”分布。整个开采区域可分为恒定区、恢复区、过渡区、剧增区与紊乱区。基于采动覆岩渗流速度，整个区域可分为：无渗流通道、微渗流通道、弱渗流通道、强渗流通道和渗漏通道。以采-充宽度为30-10 m为例，开采块段回采过程中矿井涌水量分别为280、300、950、1 150、1 350、1 550 m3/d，均小于突水量等级划分标准中规定的最低等级。

关键词： FLAC 二次开发 FLAC -COMSOL耦合连采连充 CO 矿化充填覆岩渗透性

冲击地压矿井科学产能确定及科学提升产能研究

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煤炭科学技术 2025年

作者：崔峰罗钟来兴平陈建强彭宝山邹磊刘旭东西安科技大学能源学院西安科技大学教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室新疆工程学院新疆煤炭资源绿色开采教育部重点实验室新疆工程学院新疆煤炭绿色智能开采工程研究中心国家能源集团国源电力有限公司陕西彬长矿业集团有限公司国家能源集团新疆能源有限责任公司

我国埋深1000m以上的煤炭资源储量占总储量的50%以上，未来将是煤炭资源供应的主要部分，开展冲击地压矿井科学产能及科学提升产能对于保障我国深部煤炭资源的安全高效开采有重要意义。针对冲击地压矿井产能确定与产能提升问题，利用理... 详细信息

我国埋深1000m以上的煤炭资源储量占总储量的50%以上，未来将是煤炭资源供应的主要部分，开展冲击地压矿井科学产能及科学提升产能对于保障我国深部煤炭资源的安全高效开采有重要意义。针对冲击地压矿井产能确定与产能提升问题，利用理论分析、现场监测等研究方法，完成了含有冲击地压煤层的矿井井田范围科学划分，分析了冲击地压矿井不同的采煤方法、开采顺序、开采布局下采煤面扰动响应特征，建立了冲击地压矿井科学产能的确定方法，提出了冲击地压矿井产能科学提升的顶层设计与实践方法。研究结果表明：明确了冲击地压矿井冲击倾向性鉴定与冲击危险性确定的必要性，实现含有冲击地压煤层的矿井井田范围科学规划；研究了采煤方法、开采顺序与布局以及开采参数对采煤面扰动响应特征，得出了冲击地压矿井采煤面科学设计的系统性方法，为冲击地压矿井产能提升创造条件；提出了冲击地压矿井产能确定的技术路径，基于采动力学构建了“分阶段、分区域、分时期、看卸压力度、看历史防控水平”的冲击地压矿井采煤面推进速度确定方法；构建了冲击地压矿井产能提升的顶层设计，明确指出了控制产能的关键是产能提升所带来的冲击危险性，实现采动强度与卸压力度平衡，降低冲击危险性，从而有效的进行产能提升。构建了冲击地压矿井从井田范围科学规划、采煤面科学设计到产能科学确定及科学提升产能的一体化技术路径，为冲击地压矿井科学产能确定及科学提升产能提供了科学指导。

关键词：冲击地压矿井科学产能科学提升产能采动强度卸压力度

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煤矿软岩泥化巷道梯级强化控制原理与技术

煤炭学报 2025年

作者：李桂臣郝浩然孙元田李菁华杨森邵泽宇沃小芳中国矿业大学矿业工程学院中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室

煤系沉积岩层普遍泥性显著、富水性强、岩性软弱，软岩泥化巷道围岩稳定控制难题日益突显。以淮北矿区典型软岩泥化巷道为工程背景，根据工程地质条件调研与实测，分析了黏土矿物成分与宏细观破坏特征，明确了富水环境和应力环境是诱发... 详细信息

煤系沉积岩层普遍泥性显著、富水性强、岩性软弱，软岩泥化巷道围岩稳定控制难题日益突显。以淮北矿区典型软岩泥化巷道为工程背景，根据工程地质条件调研与实测，分析了黏土矿物成分与宏细观破坏特征，明确了富水环境和应力环境是诱发泥质巷道变形破坏的重要因素，围岩泥化失稳体现为泥质岩体水化作用、锚固结构承载失效、围岩泥态垮冒渐进破坏模式，实现应力-渗水耦合作用下巷道围岩承载结构稳定控制起到决定性作用；在此基础上提出了软岩泥化巷道梯级强化控制原理，即在保障“支护-围岩”相互作用关系中高预紧力、高刚度、高强度锚杆（索）支护承载闭环结构的前提下，根据泥岩水化程度判断工程失稳控制方法，形成了锚注一体泥质围岩性质改良、旋喷注浆浅表桩群结构强化、逐层锚喷泥化岩体强力置换三项重要技术路径；于芦岭煤矿西轨大巷应用了自主研发的矿用新型多钢绞线组合中空注浆锚索束进行底鼓治理，首次在涡北煤矿8204机巷开展了井下高压旋喷注浆工程实践，采用了人工构筑岩体强力置换泥态围岩的方式解决了朱仙庄矿Ⅱ水平第二皮带大巷泥化围岩失稳难题，巷道围岩变形量、支护围岩成型情况与钻孔窥视结果表明，研究成果较好地解决了软岩泥化巷道控制问题，多层次强化了泥质巷道围岩承载能力，保障了围岩长期安全稳定，为软岩泥化巷道围岩控制提供了有效的科学控制理念与技术支撑。

关键词：软岩泥化梯级强化围岩控制煤矿巷道

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砌体梁结构下空巷围岩动态稳定机理及控制

煤炭学报 2025年

作者：张栋郭永红柏建彪田志军张自政王瑞付豪刘帅刚邓敏朱前程吴文达中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室新疆工程学院矿业与地质工程学院湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室太原理工大学矿业工程学院

空巷围岩结构失稳将在工作面前方形成强动压影响区，严重制约工作面安全高效回采。以盛平煤矿2216煤柱回收工作面为工程背景，梳理了研究现场1#空巷渐变失稳规律。基于砌体梁理论，建立考虑采空区矸石及直接顶动态压缩承载的空巷顶板结... 详细信息

空巷围岩结构失稳将在工作面前方形成强动压影响区，严重制约工作面安全高效回采。以盛平煤矿2216煤柱回收工作面为工程背景，梳理了研究现场1#空巷渐变失稳规律。基于砌体梁理论，建立考虑采空区矸石及直接顶动态压缩承载的空巷顶板结构力学模型。随后，推导得出顶板砌体梁结构动态稳定的临界判据，并分析了其形成机制及影响因素。结果表明：工作面向空巷推进过程中，维持砌体梁结构弯矩平衡所需的直接顶压缩量呈现先减小后增大的趋势；减小块体B长度、增大直接顶厚度等能够促使砌体梁结构回转失稳临界位置向铰接点O1附近转移，从而降低工作面与空巷贯通期间顶板结构失稳风险。在此基础上，建立空巷直接顶力学模型，揭示了空巷内泵送支柱应力动态响应机制及其耦合承载特性。研究表明：减小块体B长度及泵送支柱间距等将提高泵送支柱系统的耦合承载性能。提出了“水压致裂顶板结构调控+高水材料泵送支柱非对称加固”控制技术并在研究现场成功应用。监测结果表明：工作面过空巷期间，空巷围岩结构稳定，支架最大工作阻力平均为5198 kN（31.27 MPa），安全阀开启频率在4.67%～ 25.07%之间，未发生支架压死事故。工作面与空巷贯通时，空巷顶底板移近量最大为341 mm（9#空巷），泵送支柱应力最大为8.15 MPa（8#空巷）、10.31 MPa（9#空巷），耦合承载系数最大提升至0.998（8#空巷）、0.993（9#空巷）。有效确保煤柱回收工作面安全高效开采。

关键词：空巷基本顶结构泵送支柱耦合承载围岩控制

深部开采煤矿典型动力灾害孕灾主控因素与机制研究进展

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煤炭学报 2025年

作者：杨科郭鹏慧袁亮曹安业张永将马衍坤李家卓安徽理工大学深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室中国矿业大学矿业工程学院瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室

进入深部开采，煤岩非线性行为、大范围高能级灾害、多物理场耦合现象加剧，冲击地压和煤与瓦斯突出二者相互诱导、相互激励，煤矿典型动力灾害危险性和危害性渐趋严重，成为制约我国深部煤炭资源安全高效生产的“绊脚石”，防治煤矿典... 详细信息

进入深部开采，煤岩非线性行为、大范围高能级灾害、多物理场耦合现象加剧，冲击地压和煤与瓦斯突出二者相互诱导、相互激励，煤矿典型动力灾害危险性和危害性渐趋严重，成为制约我国深部煤炭资源安全高效生产的“绊脚石”，防治煤矿典型动力灾害的前提和基础是对其发生机理深入研究。因此，需要掌握我国煤矿冲击地压、煤与瓦斯突出和煤岩瓦斯复合动力灾害机理研究领域的整体进展以及孕灾主控因素与机制。总结了前人及研究团队已有研究成果，利用CiteSpace软件对文献进行梳理，通过关键词共现和突现知识图谱分析，阐述了煤矿典型动力灾害领域发展历程中每个阶段的研究热点以及未来发展态势；厘清了不同孕灾条件对煤与瓦斯突出和冲击地压影响的差异性；探讨了煤矿典型动力灾害孕育的“五效应”机制。分析认为，围绕煤矿典型动力灾害领域的研究均是从其发生机理及孕灾因素为基点，孕灾因素以天然地质条件为主、开采技术条件为辅，不同的孕灾环境形成的典型动力灾害表现形式不同，典型动力灾害孕育机制包括物质内在效应、应力超载效应、能量驱动效应、结构异变效应和煤岩体时变效应，五者相互作用、相互影响。根据当前深部开采面临的问题和亟需攻克的关键难题提出了研究展望，亟待深入研究煤矿典型动力灾害全生命周期孕育特征、演化规律、致灾机理，深部强扰动作用下煤矿典型动力灾害前兆信息智能辨识、预警指标融合，以及多灾种链生灾害联防联控体系，从而有效保障深部煤炭资源安全高效开采。

关键词：深部开采煤与瓦斯突出冲击地压煤岩瓦斯复合动力灾害

吐哈盆地十三间房地区侏罗系水西沟群有机质聚集环境及富集机理

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地质科学 2025年第1期60卷 44-61页

作者：李立果杨曙光田继军李鑫王大兴许润泽马骥新疆大学地质与矿业工程学院新疆维吾尔自治区煤田地质局煤层气研究开发中心中国地质大学(武汉)构造与油气资源教育部重点实验室中国地质大学(武汉)资源学院中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院

十三间房地区水西沟群作为吐哈盆地侏罗系下一步油气勘探开发主力层，但其有机质聚集古环境与富集机理尚不明确。通过X全岩衍射、总有机碳（TOC）测定、主微量元素测试与生物标志化合物等分析手段对吐哈盆地十三间房地区水西沟群淡水有... 详细信息

十三间房地区水西沟群作为吐哈盆地侏罗系下一步油气勘探开发主力层，但其有机质聚集古环境与富集机理尚不明确。通过X全岩衍射、总有机碳（TOC）测定、主微量元素测试与生物标志化合物等分析手段对吐哈盆地十三间房地区水西沟群淡水有机质聚集环境进行了分析，并探讨了有机质富集的控制因素及机理。结果显示：十三间房地区水西沟群淡水浅湖发育以灰色和灰黑色为主的泥岩与碳质源岩，可见黄铁矿与水平层理。水西沟群有机质为混合输入，有机质类型以Ⅱ2和Ⅲ型为主，有机质整体位于成熟阶段。J1s和J1b组TOC均值分别为3.67%、4.29%，多为混合输入；J2x出现最大湖泛面，TOC均值（2.74%）最低，有机质类型以Ⅲ型为主。古环境指标表明十三间房地区水西沟群发育温带季风气候下的淡水浅湖，古均气温低于15℃，水体为分层一般的厌氧环境。J1s沉积时期得益于南北双向陆源供给，P元素富集，水体还原性略强，有机质丰度相对高；J1b古气温较低，水体固碳能力强，陆源与水生生物源混合输入；水陆交汇受限、有机质消耗加快与水体氧化性加强抑制了J2x时期有机质富集，陆源输入占比较大。古环境指标与TOC值耦合关系表明，古气候、陆源碎屑输入与古生产力为有机质富集主控因素，厌氧环境利于有机质保存。温润条件下的陆相淡水浅湖，有机质易富集于水陆交汇程度好的浅水环境，即湖湾沼泽等低能滞水环境，这与强调高盐、水深对有机质高富集作用下的海相、咸水及淡水深湖环境有所不同。

关键词：低能滞水有机质富集温润淡水浅湖水西沟群十三间房地区

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基于FBG监测的充填管道堵塞识别试验研究

光通信研究 2025年

作者：吴玉意杨雅雯刘成勇柴敬张丁丁马晨阳古文哲丁自伟秋丰岐中煤能源研究院有限责任公司中国矿业大学矿业工程学院西安科技大学能源学院西安科技大学教育部西部矿井开采与灾害防治重点实验室

【目的】充填管道在泵送压力的作用下长期处于应力状态，堵塞等动态扰动作用易引起管输结构变形和爆管等灾害，为预防充填管道堵塞及衍生灾害，文章提出了一种基于光纤光栅（FBG）监测的充填管道堵塞识别新方法，达到提前预测充填管道... 详细信息

【目的】充填管道在泵送压力的作用下长期处于应力状态，堵塞等动态扰动作用易引起管输结构变形和爆管等灾害，为预防充填管道堵塞及衍生灾害，文章提出了一种基于光纤光栅（FBG）监测的充填管道堵塞识别新方法，达到提前预测充填管道堵塞、为应急抢救预留足够时间并及时挽救社会资源财产的目的。【方法】基于流致振动理论，阐释了充填管道内三向应力受力机制，通过阀门控制堵塞位置及堵塞程度，开展不同堵塞程度下的基于FBG监测的管道堵塞应变试验，反演再现了10余种工况堵塞破坏的应变演化过程，分析管道堵塞状态下堵管时间点前后、位置前后基于FBG监测的管道外壁面应变变化情况及原因，为后续试验的进行与分析提供了基础。【结果】文章研究试验中，未堵塞状态下，初始注浆压力为0.1 MPa时，管道的应变均值与管输距离呈线性关系，且稳定在0-12με范围内，管输距离2.5、9.1和16.5 m处应变时域结果显示，应变每经过35 s左右会达到峰值；堵塞状态下，应变均值随管输距离的增加呈缓慢增加的趋势，但在管输距离9.1 m（堵塞点）处突然减小，应变骤降点与实际堵塞点的设置一致。【结论】文章提出了一种有效的基于FBG监测的充填管道堵塞识别方法，实现了对管道堵塞事故的识别及定位，为充填管道堵塞识别的工程应用提供一定的理论指导，对未来在一定程度上将减少能源损失和环境污染，保护人民生命财产安全。

关键词：充填管道光纤光栅监测应力分布堵塞识别定位

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煤矸石对煤基固废地聚物注浆材料性能的影响

建筑材料学报 2025年

作者：石起振周梅白金婷张凯李冬辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁工程技术大学辽宁省煤矸石资源化利用及节能建材重点实验室辽宁省交通高等专科学校建筑工程系

为明确煤矸石(CG)掺量对地聚物注浆材料性能影响的作用机理，以CG等煤基固废制备的地聚物注浆材料为研究对象，系统研究了CG掺量对煤基固废地聚物注浆材料（CGGM）流变、力学性能的影响，结合MIP、XRD、FTIR和SEM等微观测试手段分析了... 详细信息

为明确煤矸石(CG)掺量对地聚物注浆材料性能影响的作用机理，以CG等煤基固废制备的地聚物注浆材料为研究对象，系统研究了CG掺量对煤基固废地聚物注浆材料（CGGM）流变、力学性能的影响，结合MIP、XRD、FTIR和SEM等微观测试手段分析了结石体的微观结构.结果表明，CG能改善CGGM浆液的稳定性，浆液是典型的黏度时变性幂律型流体.CGGM的流动度、凝结时间及抗压强度均随CG掺量的递增而减小.当CG质量分数为50%(占前驱体)时，结石体3d、28d抗压强度分别为2.97MPa和8.89MPa.早期CG主要起微集料效应及为C-S-H凝胶提供成核位点，后期发生聚合反应.结石体强度的形成主要来自AFt、C-S-H和C-(N)-A-S-H等晶体和凝胶体.

关键词：煤矸石地聚物注浆材料流变性抗压强度微观结构

煤岩受压过程中内部红外辐射温度变化特征研究

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中国矿业大学学报 2013年第3期42卷 331-336页

作者：马立强李奇奇曹新奇周焘中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 新疆天池能源有限责任公司新疆昌吉831100

在煤岩体内部钻Ф10mm的孔,首次利用红外测温仪实时测量煤岩体孔内的温度来得到其内部的温度变化特征.对煤和泥岩试件进行单轴加载红外观测试验,分析其受压过程中红外辐射温度的时空演化特征,发现煤内部温度与时间、载荷都是正相关的.... 详细信息

在煤岩体内部钻Ф10mm的孔,首次利用红外测温仪实时测量煤岩体孔内的温度来得到其内部的温度变化特征.对煤和泥岩试件进行单轴加载红外观测试验,分析其受压过程中红外辐射温度的时空演化特征,发现煤内部温度与时间、载荷都是正相关的.煤样中出现破裂前兆是突然升温型,红外辐射温度由低速上升或者平稳状态转为高速上升,温度上升速度突然发生转折,温度突增最高达0.10℃.泥岩总体上都是升温形式,将升温泥岩孔内红外辐射温度与应力、应变线性拟合,得到孔内红外辐射温度与应力、应变的线性相关系数均大于0.92.泥岩中出现破裂前兆是突然升温型,最高突增0.23℃.

关键词：岩石力学红外辐射温度煤岩体破裂前兆

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