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| 1 | 基于层次分析法的岩溶隧道突水突泥风险评估显示文摘为控制岩溶隧道突水突泥风险,通过统计与理论分析相结合的方法,研究了相关工程实例,并基于层次分析法研究了岩溶隧道突水突泥控制因素与因素权值,提出了岩溶隧道突水突泥风险3阶段评估与控制方法。权值分析结果表明,不良地质、超前地质预报、地层岩性、地下水位是突水突泥风险的主控因素;其次为宏观前兆、监控量测、可溶岩与非可溶岩接触带、地形地貌、开挖支护;最后为微观前兆、岩层产状、层面与层间裂隙、围岩级别。3阶段评估包括初步评估、二次评估与动态评估,其中,初步评估是在施工方案制定前,为估计风险,对孕险环境(岩溶水文地质与工程地质条件)的评估;二次评估是在施工前,为评估施工组织设计合理性,综合考虑孕险环境与致险因子(施工因素)而进行的评估;动态评估是在施工期,为了动态评估与控制风险,综合考虑孕险环境、致险因子与风险控制反馈信息的评估。3阶段评估与控制方法可实时、有效、准确地控制岩溶隧道施工风险,实现风险的动态修正与管理。研究成果在翻坝高速鸡公岭隧道取得了成功应用,对类似工程具有一定的借鉴意义。 | 许振浩 李术才 李利平 侯建刚 隋斌 石少帅 | 2011 | 岩土力学2011，32，6： | 171 |
| 2 | 采场底板应力分布与破坏规律研究显示文摘煤层开采后采空区四周形成不同程度的支承压力带,其中应力卸载与集中会向底板深部传递,进而影响到底板的破坏深度与范围。本文建立了综合考虑工作面走向与倾向受力特点的空间半无限体模型,推导出了底板垂直应力的迭代计算式,并采用数学软件MATHCAD计算出了不同深度处底板的应力分布情况,结果表明:底板各岩层垂直应力等值线呈椭圆形,浅部岩层等值线梯度较大,深部岩层等值线梯度较小。基于应力理论分析结果及Mohr-Coulomb准则计算出某矿底板最大破坏深度14.8 m,现场微震监测结果显示底板最大破坏深度15.2 m,两者相吻合。本文的研究成果可为围岩控制及承压水上安全采煤研究提供理论依据。 | 王连国 韩猛 王占盛 欧苏北 | 2013 | 采矿与安全工程学报2013，30，3： | 83 |
| 3 | 煤层底板陷落柱突水模拟及机理分析显示文摘岩溶陷落柱是中国北方型石炭二迭系煤田的一种特殊塌陷,广泛分布于20个煤田45个煤矿区,其导致的突水具有隐蔽性、突发性且与岩溶水有天然联系等特点,对煤矿安全生产危害极大。为研究煤层底板陷落柱破坏特征及突水机理,采用FLAC3D模拟分析了陷落柱影响下采面推进过程的不同阶段。数值模拟及实验显示,由于陷落柱的面积有限,矿压和水压力联合作用下使其发生弯曲并形成拉张破坏的可能性较小,一般产生剪切破坏,虽然升、降错动产生的剪应力、上凸弯曲产生的拉应力和压应力的三重作用导致煤层底板岩层失稳破坏,但以剪应力作用为主;同时,陷落柱的存在改变了煤层底板的地质环境和岩体结构,底板有效隔水层厚度减小,岩体强度降低,应力-应变分布不均,局部应力集中系数增大,使关键层的最小主应力进一步降低,一旦承压水压力大于关键层的最小主应力,承压水的渗水软化和压裂扩容即起作用,使底板岩层破坏裂隙沿最薄弱方向进一步扩展,导致裂隙贯通,最终形成管涌,发生突水。特别是,陷落柱的边壁、工作面底板压缩区与膨胀区的分界线重合在一条线上时,是底板岩层发生剪切破坏的最佳状态,最容易发生底臌突水。 | 尹尚先 武强 | 2004 | 岩石力学与工程学报2004，23，15： | 68 |
| 4 | 大采深矿井地面区域治理奥灰水害关键技术研究显示文摘为安全开采邯邢矿区深部煤炭资源,提出了'区域超前治理'奥灰岩溶水害理念,开展了华北型煤田大采深高承压水安全开采成套技术研究课题;从理论上研究得出'分带分时段突破'底板突水机理;采用阻水系数法评价试采区底板隔水层承压能力;成功地研究出地面多分支近水平定向钻探关键技术;从岩石力学和水动力学阐述了裂隙含水层中水平孔注浆浆液扩散机理,并给出了孔距计算公式;对于钻遇岩溶或断裂构造状况,研究出了铺底浆液控制技术。地面区域超前治理奥灰水害成套技术在九龙矿成功应用,取得了显著技术经济与环境效果。 | 赵庆彪 赵兵文 付永刚 南生辉 赵章 | 2016 | 煤炭科学技术2016，44，8： | 66 |
| 5 | 华北型煤田岩溶陷落柱研究70年:成因·机理·防治显示文摘系统阐述了华北型煤田陷落柱及其突水的研究历程和取得的成就。20世纪30年代煤田岩溶陷落柱偶然发现于煤炭开采中,因其带来开采及安全影响,研究不断深化。新中国成立伊始,百业待兴,能源先行,陷落柱对煤炭开发的影响逐渐显现,在解决现场技术问题的同时,基础理论得到蓬勃发展,至1984年开滦范各庄矿陷落柱特大突水事故震惊世界,其成功封堵复矿标志着我国治理技术基本成熟,该事件得以成功处理成为划时代的里程碑;其后能源行业从萧条到黄金10年,煤炭开发向深部、西部转移,陷落柱突水威胁日趋严重,新理论新技术的应用,促进相关研究不断向纵深发展,到目前为止,基本理论及治理技术日臻完善。由于其局域性和特殊性,国外仅有岩溶塌陷和采矿垮落的理论可作为研究借鉴。从基本特征、分布规律、成因机制、导水性、突水模式及机理、预测探查和治理等方面全方位进行了总结,归纳了岩溶陷落柱空间形态特征、充填物特点、揭露特征、结构构造特征等,系统梳理了岩溶陷落柱分类及类型;探讨了岩溶陷落柱导水性,建立了岩溶陷落柱预测指标体系及预测模型,分类提出了陷落柱突水模式和机理及力学判据,研讨了陷落柱突水量预测的可行性,规范了陷落柱预测探查及治理的程序,总结了陷落柱治理技术。作者指出了目前陷落柱研究中存在的不足,凝练了岩溶陷落柱成因、导水性、预测、突水机理及突水量预测等方面的待解科学命题,列举了陷落柱精细化探查、突水监测预警、治理装备技术等方面技术难题,指明了未来探索及发展方向。应当指出,尽管现有成果基本成型,但距离技术理论体系的完善、满足保障矿井安全生产还有很长的路要走。 | 尹尚先 连会青 刘德民 尹慧超 | 2019 | 煤炭科学技术2019，47，11： | 58 |
| 6 | 岩溶隧道掌子面突水机制及岩墙安全厚度研究显示文摘从断裂力学角度分析高压岩溶水作用下裂隙扩展机理,认为自然营造力作用下水力劈裂多属压剪破坏模式。运用断裂力学和水力学理论分析隧道掌子面突水滞后效应和扩径效应,指出:裂纹扩展跳跃性在宏观上表现为隧道掌子面突水的滞后性;掌子面突水通道最终形成需经过多个阶段,其最终尺寸受岩溶水压力、掌子面岩体质量等因素控制。认为隧道掌子面突水是由于开挖扰动降低了水压劈裂的临界水压力造成的。据此观点,建立基于临界水压力的掌子面岩墙安全厚度计算公式。以宜万线云雾山隧道为例,计算得到岩墙最小安全厚度与施工中普遍采用预留厚度较为一致,说明此方法较为合理,可为类似工程提供参考。 | 郭佳奇 乔春生 | 2012 | 铁道学报2012，34，3： | 42 |
| 7 | 陷落柱周边应力变化及推采控制研究显示文摘根据陷落柱围岩破坏特征,建立了陷落柱围岩的应力厚筒壁四区模型:陷落柱周边由内而外依次为塑性破碎区、塑性应力降低区、弹性应力升高区以及原岩应力区.结合金庄矿8203工作面内陷落柱实际条件运用理论分析以及数值模拟方法计算出塑性区范围为9.24m,应力增高区范围为28.43m.在此基础上提出了保证回采巷道稳定性以及防止工作面在高应力区回采时顶板压力大、工作面片帮等矿压显现问题的措施,确保工作面顺利地通过陷落柱.工作面过陷落柱期间所测矿压数据及回采过程中发现的工作面片帮、架棚回撤时巷道两帮破碎严重等问题都表明了陷落柱厚筒壁四区模型符合现场实际. | 张村 屠世浩 白庆升 张艳伟 杨乾龙 | 2014 | 中国矿业大学学报2014，43，6： | 46 |
| 8 | 华北岩溶陷落柱突水的水文地质及力学基础显示文摘为了有效预测、预防岩溶陷落柱突水,通过实际资料的水文地质背景分析,以及'厚壁筒'力学模型的模拟,研究了突水形成的基本条件.研究表明,陷落柱的充水受多种条件和因素的控制和影响,适当的水文地质基础是其突水的必要条件,但真正形成突水还必须满足突水的充分条件,即达到或超过力学临界状态,这就决定了绝大部分华北岩溶陷落柱并不充水,一般也形不成突水. | 尹尚先 武强 王尚旭 | 2004 | 煤炭学报2004，29，2： | 43 |
| 9 | 广东大兴煤矿特大突水事故机理分析显示文摘通过实地调查、测量以及地质及地球物理勘探,分析认为大兴煤矿“8.7”突水事故的突水机理为:防水煤柱受断层破碎带的影响,在上部水压、采动矿压、煤层自重、地下水的联合动力作用下,破碎的岩体沿垂向固有构造裂隙面向上塌落形成椭圆形柱体,待形成自然平衡拱后塌陷垮落停止,上覆岩层得到暂时稳定;随着采煤工作面的不断扩大,自然平衡拱被再一次打破,椭圆形柱体内的垮落继续向上发展,直至最后的关键层破坏或破碎达到临界突水系数而发生突水. | 赵苏启 武强 尹尚先 | 2006 | 煤炭学报2006，31，5： | 33 |
| 10 | 地下工程突水机理及其研究最新进展显示文摘随着地下工程建设的大、长、深发展趋势,大型突水地质灾害逐渐成为制约地下空间建设发展的瓶颈问题,是岩石力学与工程研究领域急需解决的关键科学技术难题。在系统收集整理国内外相关资料的基础上,从突水的灾变条件与演化特征、突水通道的形成机制、渗流灾变规律与突变机理以及突水预测与监测理论等方面系统总结了当前突水机理的研究方法及其存在的问题,提出了'施工人为扰动和岩溶水及水压力扰动诱发破裂是相对完整岩体破断突水的本质所在,地质缺陷体本身渗流力学的多元动态信息则是地质缺陷式突水灾变演化过程描述的关键所在'这一学术思路。通过现场突水实例分析与数值模拟结果,认为突水机理的研究需从两方面着手,即突水通道形成的微观作用机制与含导水构造系统失稳突水的宏观力学判据,考虑地质因素和工程因素的双重影响,并结合突水前兆多元信息实时在线采集与分析的监测方法,对有效探测含导水构造的物探方法进行补充,为突水预报预测奠定理论基础。 | 李利平 路为 李术才 张庆松 许振浩 石少帅 | 2010 | 山东大学学报(工学版)2010，40，3： | 30 |
| 11 | 椭圆形陷落柱厚壁筒突水模式力学判据及数值模拟显示文摘有效地预测、预防岩溶陷落柱突水,运用复变函数、弹塑性力学,推导了椭圆形截面陷落柱'厚壁筒'力学模型突水模式的临界判据方程,并通过有限元软件验证了陷落柱受到均布力作用时,应力分布的解析解。研究表明:椭圆形截面陷落柱在受到以陷落柱柱体为导水通道的均布力作用下,厚壁椭圆筒的应力从椭圆筒的内壁到外壁逐渐变化,在椭圆筒内壁的长半轴的两个端点处应力取得最大值,在椭圆筒的短半轴处的应力取得最小值。 | 宋彦琦 王兴雨 程鹏 彭长剑 徐爽 | 2011 | 煤炭学报2011，36，3： | 30 |
| 12 | 范各庄矿井地下水系统广义多重介质渗流模型显示文摘为充分体现矿井裂隙水系统的强烈非均质性和不连续特征,运用广义多重介质理论,系统地研究了范各庄煤系含水介质。地质研究及水文地质试验表明,陷落柱作为含水介质的主干裂隙,其水文地质特征、渗流量计算等均不同于断裂裂隙或褶皱轴部裂隙,应概化为另一类主干裂隙介质;范各庄矿井地下水系统以煤层底板砂岩介质为主要目标含水层,F0断层及其伴生构造、井口向斜轴部、塔坨向斜轴部、13#陷落柱为主干裂隙,其间为等效裂隙岩块;主干裂隙控水且主干裂隙水流服从水流三次方定律,陷落柱等同水流管道,裂隙岩块等效多孔渗流介质;用水量交换耦合组成了广义三重介质渗流模型,该模型充分体现了煤系裂隙含水系统流场的空间特征,特别是强径流带和局部非连续渗流特征。广义三重介质渗流模型的流场和模型识别显示,范各庄矿井底板砂岩含水层正常裂隙岩块的渗透性及储水性较差,矿井水主要来源于构造导通的下部灰岩含水层;以不同矿井(突)涌水量为输入,运行系统模型,所得的流场形态分析认为,三水平12煤—14煤含水层的正常涌水量以0.167m3/s较为适当,最大涌水量不超过0.25m3/s,矿井正常总涌水量为0.333~0.417m3/s,矿井最大总涌水量为0.5m3/s。 | 尹尚先 武强 王尚旭 | 2004 | 岩石力学与工程学报2004，23，14： | 24 |
| 13 | 深部开采隐伏构造扩展活化及突水试验研究显示文摘深部开采突水具有突发性、滞后性和强致灾性等特点,研究突水通道成因、演变规律和致灾机制成为控制深部开采底板突水的关键。大量的防治水实践和理论证实,构造突水通道一般发生在构造与岩层接触面处,为此建立隐伏构造条块体突水判据模型,应用剪切破坏理论方法得到突水理论判据;借助深部承压水上底板断层扩展活化及导水通道演化物理模拟试验,研制了固-流耦合相似材料,选取模拟断层破坏活化的材料并进行了模拟材料的可行性分析;试验直观地展现了含隐伏断层底板在采动应力扰动和高承压水共同作用下底板裂隙形成、隐伏断层扩展、突水通道贯通的全过程。通过对试验监测数据和现象的解读,揭示了应力场-渗流场耦合作用下承压水体上采煤底板滞后突水的机制,并对突水路径形成的时空规律进行了分析探讨,为研究深部开采构造突水提供了新的方法和认识。 | 张士川 郭惟嘉 孙文斌 李扬杨 王海龙 | 2015 | 岩土力学2015，36，11： | 21 |
| 14 | 五阳煤矿陷落柱发育特征及突水危险性评价显示文摘为防止陷落柱导通奥灰水造成矿井重大水灾,分析归纳了山西五阳煤矿陷落柱基本特征,主要包括:陷落柱发育标高在650 m以上,发育与构造密切相关,多数原生导水性差;典型陷落柱垂直具有6段特征等.以五阳煤矿7601工作面为原型,运用ANSYS有限元软件模拟分析了煤层下部有隐伏陷落柱时采动过程中的突水危险性.当工作面推进距陷落柱小于50 m时,受采动影响的陷落柱导水裂隙与工作面导通可导致工作面出水;随工作面推进,导水通道扩大可导致突水事故. | 王家臣 王树忠 熊崇山 | 2009 | 煤炭学报2009，34，7： | 20 |
| 15 | 双柳煤矿陷落柱发育特征及突水危险性分析显示文摘为解决采动过程中陷落柱活化导通奥灰水造成矿井突水事故的问题,采用理论分析、现场观测的手段从几何参数、发育特征、出现前兆和分布特征等4个方面分析归纳双柳煤矿陷落柱的基本特征,认为陷落柱主要发育在浅部,附近通常伴有小断层,周围煤岩层产状发生变化,主要分布在奥灰岩溶溶孔、溶洞发育比较强烈的区域。以双柳煤矿220工作面的X15陷落柱为例,通过FLAC3D软件模拟分析上组煤开采过程中陷落柱在采动影响下突水的危险性。研究结果表明:随着工作面的推进,陷落柱周边的塑性破坏场、渗流场和应力场发生变化,当工作面推进至距陷落柱30 m处,塑性破坏场与渗流场开始接触;距离10 m处,破坏区触及渗流区域的较高压区域,具有高突水危险。 | 李振华 李见波 贺志宏 | 2014 | 采矿与安全工程学报2014，31，1： | 20 |
| 16 | 近20 a我国煤矿水害事故统计及分析显示文摘煤矿水害事故是制约煤矿安全生产的重大灾害之一,探讨煤矿水害事故的发生规律对于预防和控制水害事故、保障煤矿安全生产方面有非常重要的指导意义。因此统计了2001-2020年煤矿水害事故资料,总结了煤矿水害事故发展趋势、水害事故类型比重以及水害事故平均死亡人数发展趋势等。研究分析表明,2002-2013年煤矿水害事故大体呈线性下降,2013年以后下降趋势减缓,煤矿水害事故得到有效控制;一般和较大水害事故占总体比例较大,2002-2012年大体呈线性下降,2012年以后下降幅度趋于平缓;重特大水害事故发生起数少,造成的死亡人数多,总体走势呈下降趋势,个别年份有较大反弹和波动,仍是水害事故预防的重点。2001-2020年全国煤矿安全生产形式总体呈逐年好转。 | 吴金随 张辞源 尹尚先 邢敏 连会清 | 2022 | 煤炭技术2022，41，6： | 20 |
| 17 | 岩溶隧道防突安全厚度研究综述及估算方法探讨显示文摘对岩溶隧道防突岩层安全厚度的发展现状作了全面综述,分析比较了定性分析法、半定量分析法和定量分析法3类研究方法的优劣及相互关系,结合有关研究成果,深入探讨了当前岩溶隧道防突岩层安全厚度的研究特点、不足之处及发展趋势。考虑到目前所用方法的复杂性与局限性,提出了裂隙密度影响指数概念,并给出其取值标准,在此基础上对防突安全岩层岩体的等效弹性模量和等效泊松比进行估算,得到可依据勘察数据资料进行适当估算的岩溶隧道防突岩层安全厚度估算公式,并结合实例进行具体计算分析,验证了估算公式的合理性、有效性和可行性。 | 李集 卢浩 夏沅谱 | 2014 | 隧道建设2014，34，9： | 19 |
| 18 | 渗透压力和初始孔隙度对破碎泥岩变质量渗流影响的试验研究显示文摘为揭示不同埋深岩溶陷落柱在承压水压力和压实程度2种影响因素作用下的突水机理,利用改进的变质量破碎岩石渗流试验系统,进行了考虑颗粒迁移的破碎泥岩变质量渗流试验,得出渗流突变历时、突出物质量、突出物质量变化率及孔隙度变化率等在渗透压力和初始孔隙度共同作用下的变化规律。研究表明:1)在渗流初始阶段,渗透压力和流量稳定;渗流突变时,渗透压力和流量均发生剧变,变化幅度与试样的突出物质量和孔隙结构调整情况有关。2)随初始孔隙度增大、渗透压力增加,突水历时变短,突出物质量增大,二者均可由渗透压力和初始孔隙度表示为对数函数,突出物质量变化率和孔隙度变化率均变快,可用指数函数拟合。3)随着渗透压力增大,突水历时、突出物的质量、突出物质量变化率和孔隙度变化率受初始孔隙度的影响逐渐减弱。 | 王路珍 陈占清 孔海陵 倪晓燕 | 2014 | 采矿与安全工程学报2014，31，3： | 18 |
| 19 | 煤矿陷落柱突水的变形-渗流-冲蚀耦合模型及应用显示文摘为揭示煤矿陷落柱突水机理并为其突水防治提供理论依据,基于双重孔隙介质渗流理论,将陷落柱视为由岩块骨架、流体、裂隙充填物3种介质构成,分别推导了其运动控制方程,给出了裂隙演化控制方程,建立了多场耦合的陷落柱突水变形-渗流-冲蚀力学模型。结合研究矿区地质条件,运用多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics将力学模型数值化,模拟研究了陷落柱内裂隙开度、颗粒体积浓度、涌水量等随时间的变化规律,数值再现了煤矿底板承压陷落柱突水发展的全过程。研究结果表明:(1)数值模拟得到的陷落柱涌水量曲线与实测数据吻合较好,验证了本文建立的陷落柱突水变形-渗流-冲蚀耦合模型的正确性。(2)在骨架变形-水渗流-充填物颗粒冲蚀迁移耦合作用下,陷落柱内充填物颗粒液化并迁移流失,部分裂隙不断扩展并贯通发展成为优势导水通道,导致陷落柱涌水量急剧增大并引发了突水事故。 | 姚邦华 王连成 魏建平 李振华 刘小杰 | 2018 | 煤炭学报2018，43，7： | 17 |
| 20 | 我国华北煤田岩溶陷落柱预测研究显示文摘为了预测岩溶陷落柱的发育可能性、发育靶区或空间位置,依据岩溶陷落柱形成主控因素,建立了包含2个一级指标和10个二级指标的综合预测指标体系,并根据各指标的重要性,运用模糊层次分析法对其赋以权重;运用所建立的预测体系分别对华北煤田3个典型煤矿进行了预测评价。结果表明:Ⅰ煤矿发育程度综合评价评分为84.9,可判断陷落柱发育可能性大;Ⅱ煤矿基于GIS平台进行了陷落柱位置预测,预测Ⅱ煤矿有3个发育区、2个较发育区,经工程勘察揭露,有1个陷落柱位于预测区;Ⅲ煤矿基于预测的岩溶强径流带进行了陷落柱位置预测,预测Ⅱ煤矿有8个较发育靶区,其中有1个靶区内已揭露有陷落柱。所建立的预测方法体系能够实现陷落柱位置的定量或半定量预测,预测结果与实际情况比较吻合。 | 尹尚先 徐斌 刘德民 徐慧 | 2016 | 煤炭科学技术2016，44，1： | 16 |
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