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高应力软岩巷道耦合支护研究——柏建彪发布时间:2016-02-26目的随着矿井开采向深部延伸，一次支护难以控制深部高应力软岩巷道的长期流变，通常需要进行二次支护。但解决二次支护在时间和强度上与围岩变形之间的耦合问题十分困难，本文利用FLAC2D数值计算软件中的指数蠕变模型，研究高应力软岩巷道二次耦合支护问题。方法利用FLAC2D数值计算软件中的指数蠕变模型，研究高应力软岩巷道二次支护与围岩变形之间的耦合问题。首先，根据试验巷道生产地质条件建立数值分析模型，并根据现场矿压观测数据，采用反分析法，确定模型中各力学参数。模拟过程中每一计算步所需时间设为100s，并采用分步计算的方法，即一次支护计算平衡后，再分别计算二次支护时间、支护强度等对围岩蠕变速率的影响规律，进而分析高应力软岩巷道围岩应力与位移的时变规律、以及该时变规律与二次支护之间的内在联系。结果从数值分析结果中可以看出，试验巷道一次支护后：①变形初期（0～10Ms）围岩移近速度比较剧烈，稳定后围岩移近速度约为0.08μm/s（即6～7mm/d），数值分析结果与现场实测结果基本吻合，验证了该模型的合理性，同时也表明一次支护不能保证巷道的稳定。②应力演化与围岩移近速度具有相似的时变规律，一次支护后1.5～2Ms（即415～555h），巷道周边应力与围岩变形速度都逐渐趋于稳定，说明应力与围岩变形速度稳定的时间基本一致，若二次支护过早（小于1Ms），巷道处于应力演化与围岩变形的剧烈影响期，二次支护难以抵抗强大的变形压力。二次支护后：①二次支护滞后时间为200h时，围岩的蠕变速度最大，随着二次支护时间的延长，围岩蠕变速度逐渐减小，600h时达到最小值，这与巷道周边应力和围岩移近速度稳定的时间段非常接近，合理的二次支护时间应处于应力与围岩移近速度趋于稳定的时间段附近。②随着二次支护强度的提高，围岩平均蠕变速度逐渐减小，但支护强度超过0.25～0.30MPa后，蠕变速度基本保持不变，高应力软岩巷道存在一个合理的二次支护强度范围，超过该强度范围巷道围岩蠕变速度不会有明显降低。注浆加固范围对围岩蠕变速度的影响规律类似支护强度的影响规律，超过一定加固范围后蠕变速度变化不明显，综合考虑技术和经济条件，试验巷道二次支护强度应在0.25～0.30MPa之间，注浆半径不应小于3m。结论基于FLAC2D指数蠕变模型得到的数值分析结果与现场实测基本吻合，验证了该模型的合理性。计算结果表明，巷道周边应力与围岩移近速度稳定的时间基本一致，若二次支护过早（小于1Ms），巷道处于应力演化与围岩移近的剧烈影响期，二次支护难以抵抗强大的变形压力。在巷道周边应力和围岩变形速度趋于稳定时进行二次支护，围岩蠕变速度最低，针对试验巷道，合理的支护强度应在0.25～0.30MPa之间，注浆加固半径不应小于3m。现场矿压观测表明，采用指数蠕变模型得到的二次支护强度范围，在围岩变形速度稳定时进行二次支护，可以使二次支护在时间和强度上与围岩变形实现耦合，有效控制了高应力软岩巷道的强烈变形、保持了巷道长期稳定。高预应力强力支护系统及其在深部巷道中的应用——康红普发布时间:2016-01-19目的随着开采深度、广度和强度的不断增加，煤矿出现了大量复杂困难巷道。虽然高强度锚杆支护已成为煤矿巷道首选的支护方式，且在一般条件下取得了良好的支护效果，但对于深部及复杂困难巷道，高强度锚杆支护效果差，成本高，不能满足巷道支护要求。本文在研究深部及复杂困难巷道支护理论的基础上，开发高预应力、强力锚杆支护系统，以期为深部巷道提供有效的支护技术。方法采用理论分析方法，研究深部巷道围岩变形特征、预应力锚杆支护的主要作用、锚杆预应力及其扩散对支护效果的作用、预应力锚杆支护系统的临界支护刚度和锚杆支护系统的延伸率等。在理论研究成果的指导下，开发高预应力、强力锚杆组合支护系统，包括强力锚杆、强力钢带及强力锚索系列材料。最后，进行深部巷道支护井下试验。采用有限差分数值模拟方法确定锚杆支护形式与参数。进行矿压监测与支护效果评价，验证支护理论的正确性与支护技术的有效性。结果(1)深部及复杂困难巷道锚杆支护的主要作用在于控制锚固区围岩离层、滑动、裂隙张开、新裂纹产生等不连续的扩容变形，使围岩处于受压状态，抑制围岩弯曲变形、拉伸与剪切破坏的出现；合理的支护形式是：大幅度提高支护系统的初期支护刚度与强度，最大限度地保持围岩完整性，尽量减少围岩强度的降低；同时，支护系统应具有足够的延伸率，允许巷道围岩有较大的连续变形，使高应力得以释放。(2)锚杆预应力及其扩散对支护效果起决定作用。根据巷道地质条件确定合理的预应力，并使其实现有效扩散是支护设计的关键。锚杆托板、钢带与金属网等护表构件在预应力支护系统中发挥极其重要的作用。(3)开发出强力锚杆材料，屈服强度达到600MPa，抗拉强度达到800MPa，延伸率大于18%，锚杆预应力级别可超过100kN；强力钢带拉断载荷达到500kN以上；强力锚索直径达到22mm，拉断载荷超过600kN，延伸率达到7%，拉断载荷与延伸率分别比原来直径15.24mm的钢绞线增加1.3，1.0倍。(4)高预应力、强力锚杆支护系统在新汶矿区协庄矿千米深井巷道中得到应用，巷道围岩变形降低70%左右，顶板离层仅为原来的5%，巷道围岩完整、稳定，满足了煤矿安全生产的要求。结论大幅度提高锚杆支护系统的初期支护刚度与强度，采用高预应力、强力支护系统可有效控制深部巷道围岩变形与破坏。提高顶板支护刚度与强度，可有效减小煤帮压力和底臌。深部及复杂困难巷道支护特性应该是“先刚后柔再刚、先抗后让再抗”。在深部巷道支护中应尽量一次支护就能有效控制围岩变形与破坏，避免二次支护和巷道维修。矿用超高水充填材料及其结构的实验研究——冯光明发布时间:2015-12目的我国煤炭资源丰富、煤矿“三下”压煤普遍。一方面，产煤省多地处平原，村庄密集，压煤比重大；另一方面，新矿区、新井田的不断建设，使得压煤量持续增加。与此同时，煤炭开采造成地表沉陷、建筑物破坏及地下水与土地资源减少，使矿区生态不断恶化。充填开采是解决上述诸问题的有效手段之一，其核心是充填材料。本文根据充填开采需要，拟研制一种含水量超高的充填材料。一方面可以显著减少固体材料用量，实现充填成本的大幅度降低，另一方面也使充填材料输送工艺的实施如同输水一样简便，使充填开采技术得以迅速、持续发展。方法在详细查阅大量国内外文献的基础上，详细研究超高水材料的生成机理及充填开采的工艺特点，对超高水材料的各组成要素进行研究。实验以材料的抗压强度及凝结时间为表征参数，以显著提高充填材料中水的用量、减少固体材料份额、简化充填工艺为目的，经过反复试验，找出超高水材料合理的配方组成。并对所形成的超高水材料的基本性能、显微结构及应用进行研究。结果以双电层理论为指导，经反复试验，得到两类复合外加剂（复合缓凝分散剂RF63与复合速凝剂AF726），以此为基础，制得一类水体积分数可以达到95%~97%的新型超高水材料。该材料主要由Ａ，Ｂ两种物料构成，其中Ａ料以硫铝酸盐水泥与复合缓凝剂为主，Ｂ料由石膏、石灰及复合速凝剂组成。材料在水固质量比高达11:1的情况下可凝固，终凝强度可达0.66MPa。材料凝结时间与抗压强度可通过外加剂掺量及水固比进行调整，Ａ，Ｂ单料浆体可持续30~40h不固化，混合后浆体可快速凝固。该材料具有早强、快硬的特点，7d抗压强度能够达到最终强度的60%~90%。经材料形成机理分析及超高水材料固结体的电镜分析表明，超高水材料固结体的主要成分为钙矾石。其钙矾石呈纤细的丝网状结构，同时伴有铝胶及其它凝胶类物质。当水体积大于95%时，这种纤细的丝网状结构占绝对优势，低于此值则向针状结构发展。故定义水体积可达到95%及以上的材料为超高水材料。本材料在田庄矿薄煤层与陶一矿厚煤层两个不同条件下的采空区得到成功应用。研制的超高水材料用于现场采空区充填时，因其水含量特别高，易于管道输送，混合浆体可方便地灌注于采空区，充填工艺十分简单；其次，超高水材料充填开采可大量消耗井下污水，显著降低排水费用，减少排水对地面的污染。结论所研制出的超高水材料能够满足井下充填的需要。这种材料在水固比为10:1~11:1时，单位体积中固体材料用量只有原来高水材料固体用量的1/3或更少，使吨煤充填成本不到原来的1/3。其在两个矿井、两个不同煤层条件的成功应用说明这种材料用于井下充填可行，为我国“三下一上”充填开采提供了新材料。中国煤炭资源绿色开采研究现状与展望—缪协兴发布时间:2015-10-16目的中国是世界上少有的以煤炭作为主要能源的国家之一，煤炭产量已经超过了世界总产量的三分之一，与煤炭生产相关的资源破坏、环境损害以及生产事故现象十分突出，因而我国学者率先提出了实现煤炭资源绿色开采的理念和科学研究与技术框架，继而又提出了实现科学采矿的学术观点。本文将围绕实现煤炭资源绿色开采这个主题，简单总结一下近年来在基础理论研究和应用技术开发方向取得的主要进展，并作相关展望。方法从煤炭资源绿色开采的内涵与框架、采动岩体结构理论和采动岩体渗流理论等方面较为系统地论述了煤炭资源绿色开采基础研究方面取得的主要进展；以煤与瓦斯共采、保水采煤和矸石直接充填采煤等技术开发成果，综述了在突破传统采煤技术理念上的煤炭资源绿色开采技术方面取得的重要进展；从实现煤炭资源绿色开采应重视的基础科学研究、重点技术攻关、政府应履行的职能以及国家立法等方面对今后相关研究与技术开发工作作了简单展望。结果（1）绿色开采技术主要内容包括水资源保护-形成“保水开采”技术、土地与建筑物保护-形成“充填开采”技术、瓦斯抽放-形成“煤与瓦斯共采”技术等。（2）煤矿绿色开采进展在理论研究方向主要体现在采动岩体的结构运动理论和渗流理论等方面，在技术开发方面重点体现在煤与瓦斯共采、保水采煤和矸石直接充填采煤等方面。（3）采动岩体结构理论和采动岩体渗流理论取得的主要进展：①在采动岩体结构理论方面，建立了岩层控制的结构关键层力学模型，研究了关键层变形、破断和结构运动规律；②在采动岩体渗流理论方面，掌握了采动破碎岩体渗流与渗流突变规律，提出了采动岩体渗流突变判据，建立了采动岩体渗流理论。（4）煤与瓦斯共采、保水采煤和矸石直接充填采煤取得的重要进展：①在煤与瓦斯共采方面，基于岩层移动关键层理论，建立了卸压瓦斯抽放钻孔布置的基本原则，提出了采动卸压瓦斯抽采技术，有利地促进了煤矿安全生产；②在保水采煤方面，基于隔水关键层的定义，提出了隔水关键层原理，成功实现了采场底板突水防治；③在矸石直接充填采煤方面，开发了矸石直接充填置换煤炭的成套技术，建立了矸石充填采煤的矿压分析和岩层运动与地表沉陷预计方法，并开发出了井下煤流分选设备与系统、井下矸石运输系统等，进而将其成功用于“三下”压煤和其它煤柱的回采。（5）实现煤炭资源绿色开采应成为资源环境领域科学研究的重点，并从采煤方法的源头进行技术开发与创新，使其成为政府应履行的一项重要责任，进行国家立法，保障煤炭绿色开采。结论（1）阐述了煤炭绿色开采的内涵，介绍了煤矿绿色开采的经济原则，提出了煤矿绿色开采的研究框架。（2）从采动岩体结构理论和采动岩体渗流理论等方面系统地论述了煤炭资源绿色开采在基础研究方面取得的主要进展。（3）基于煤与瓦斯共采、保水采煤和矸石直接充填采煤等技术开发成功，综述了在突破传统采煤技术理念上的煤炭资源绿色开采技术方面取得的重要进展。（4）从实现煤炭资源绿色开采应重视的基础科学研究、重点技术攻关、政府应履行的职能和国家立法等方面对今后相关研究与技术开发工作进行了简单展望。科学开采与科学产能——谢和平发布时间:2015-08-17目的中国煤炭采用“以需定产”的发展模式，煤炭产能的开发已大大超出了本行业在资源、技术、环境、安全等方面所能承载的能力，煤炭行业如何实现科学发展、如何评价科学开采水平没有依据或标准。本文在调研中国各产煤区煤炭开采现状基础上，提出中国煤炭科学开采和科学产能的概念和内涵，研究煤炭科学产能评价方法，探索未来煤炭开采思路。方法调研分析中国煤炭资源开采的现状及存在的问题，