基于VIC-3D监测的相似材料模拟导水裂隙带发育规律研究

东胜煤田呼吉尔特矿区煤层厚度大、埋深大,煤层开采导水裂隙带存在超高发育现象。为研究呼吉尔特矿区某深埋矿井煤层开采覆岩裂隙的动态演化规律,采用相似材料模拟试验,模拟过程中采用VIC-3D技术监测采动裂隙的动态发育规律。相似材料模拟显示,导水裂隙带发育高度为88 cm,裂采比为30.8,裂隙带形态呈对称“梯形”;VIC-3D监测结果表明,在裂隙发育处,拉张应变较集中,基于VIC-3D监测的导水裂隙带应变云图形态与裂隙带形态相似,与模拟试验结果相吻合,VIC-3D监测技术能够进一步验证实际开挖中裂隙发育情况。

BOTDA在岩层移动相似材料模拟试验中的应用

为了研究岩层移动变形相似材料模拟试验过程,采用布里渊光时域分析技术(BOTDA)对相似材料模拟试验进行分布式应变测量,在3 m平面应力模型内埋设2根传感光纤,对应位置布置百分表5个,对比分析岩层移动变形过程中的布里渊频移变化。试验结果表明:BOTDA分布式光纤传感技术实现了相似材料模拟试验的分布式应变测量,不仅能很好地测量光纤沿线的岩层垮落情况,而且能够感知和反映某一点处岩层的移动变形特征,为相似材料模拟试验提供了一种全新的测试方法,对相似材料模拟试验测试技术的发展有积极作用。

浅埋煤层采动覆岩运动相似材料模拟研究

为分析伊犁一矿首采工作面浅埋煤层采动覆岩运动特征,进行了相似材料模拟研究。分析了直接顶破坏、老顶破坏、采动覆岩破坏高度发展等规律,并进行了切顶冒落分析。研究结果表明,首采工作面具有采动覆岩破裂高度随工作面推进而增大,采动覆岩破裂高度在充分采动前约为采空区跨度之半等规律。试验过程和理论计算均未出现切顶冒落现象。研究结果可为矿区首采工作面煤层安全开采提供理论依据,同时,对分析其他浅埋煤层安全开采覆岩运动规律具有一定的借鉴意义。

巨厚砾岩诱发冲击地压相似材料模拟试验研究

为探究深井巨厚砾岩下覆岩运动规律以及冲击地压发生机理,针对华丰煤矿巨厚砾岩覆岩运动引起的冲击地压灾害现状,运用实验室相似材料模拟试验方法,研究采场上覆岩层运动规律及巨厚砾岩诱发采场冲击地压危险性。结果表明,随着工作面的推进,采场上覆岩层破坏基本是以"拱"的形式不断向前和向上发展,在巨厚砾岩层处离层高度及跨度发展到最大;上覆巨厚砾岩离层垮落是诱使采场冲击地压发生的根本原因。在此基础上,提出华丰煤矿防治冲击地压的根本措施巨厚砾岩离层空隙注浆充填技术。

断层带边界岩体采动应力特征相似材料模拟研究

为了研究断层带边界岩体的采动应力特征,以龙东煤矿F张断层两侧岩体地层为原型,建立了断层带相似材料模型,对煤柱缩小过程中,近断层带煤层底板采动应力特征及断层带两侧岩体应力变化规律进行了跟踪监测。研究结果表明:随着工作面的推进,超前支撑应力在煤层底板下30m处,反应最为明显;当煤柱宽度减小至30m时,底板集中应力达到最大值为127.64kPa,应力集中系数2.8;煤柱宽度20m时,煤层底板深部近断层带附近开始明显卸压,同时断层带两侧应力变化出现明显差异,显示出断层带对应力传递的影响,上下盘表现出不同的采动特征,容易造成断层的"活化",研究结果可为断层煤柱的合理留设和巷道布置提供依据和参考。

近距离煤层群上行开采相似材料模拟试验研究

基于某矿上行开采的要求,为获得下组煤开采后覆岩破坏高度及裂隙带发育高度,进而研究特定地质条件下近距离煤层群上行开采的可行性,采用物理试验的方法对下组煤开采后覆岩的破坏高度及裂隙带发育高度进行了模拟研究,并分析了受采动影响的顶板矿压显现规律、覆岩破坏特征、围岩应力场及位移场的变化规律。结果表明:覆岩破坏高度约为18.4 m,裂隙带发育高度约为49.3m,上组煤处于下组煤裂隙带的中上部。因而,以上覆岩层"三带"判别法为依据,初步判定采取一定安全措施后该矿上行开采方案可行。

地下工程渗流场与应力场耦合的相似材料模拟

针对工程岩体中存在的渗流场与应力场耦合问题,在研制固液耦合实验材料的基础上制作了固液两相相似材料模拟模型,通过地下煤炭开采中渗流场与应力场耦合的相似材料模拟,得到了水在工程破坏岩体中的渗流以及岩体在渗流场作用下的破坏规律,确定了上湾保水采煤工作面的合理推进距离及基岩保护层的厚度。实验得出的结论和现场实践所取得的结论一致,进一步证实了实验的可靠性,这一实验的成功为以后研究渗流场与应力场的耦合开辟了新的途径。

数字图像相关法在相似材料模拟试验中的应用

利用相似材料模拟试验研究印度某矿长壁开采采场厚硬顶板的破断规律,针对试验中传统的位移测量法的不足,引入了数字图像相关法。通过恰当布设模型、合理控制光照强度,实时用高分辨率数码相机拍摄模型在开采过程中的表面变形图像,借用数字照相图像分析与结果可视化应用软件系统GeoDPDM对序列照片进行相关性分析,得到了开采过程中上覆岩层变形的位移场和应变场。将分析结果与传统测量方法所得结果对比,得到两种方法具有较高的一致性,并将测试精度提高到0.6mm/pixel,成功实现了大范围模型变形的全场、非接触式测量。

大断层下盘采动对上盘煤层影响的相似材料模拟

针对运河煤矿落差60～265m的F-10逆断层下盘厚煤层开采实际，采用相似材料模拟方法，研究了大断层下盘采动对上盘煤层的影响。研究结果表明：下盘厚煤层开采后，F-10断层附近压力增大且应力分布受到较大影响，断层下盘压力远大于上盘压力，在断层附近产生应力集中；工作面开采对断层上盘煤层的变形和应力影响较小，煤岩性质不会发生大的变化，对上盘煤层开采影响不大；距离采动区域较远的DF-14断层区域也受到工作面开采轻微影响。

首采工作面矿压显现规律相似材料模拟研究

基于米箩矿110302首采工作面的实际工程地质条件，为研究工作面开采矿压显现规律，采用相似材料实验对该矿1号煤层开采过程进行模拟分析。研究表明：通过模拟实验，可以有效界定“两带”；该矿工作面直接顶初次垮落步距为36．0m，老顶初次垮落步距为46．0m，老顶呈现了4次周期来压．周期来压平均步距为13．73m，顶板上覆岩层的垮落角为48°-56°；由相似模拟实验得出的垮落带高度和导水裂缝带高度的数值和运用经验公式得出的数值基本相符。

相似材料模拟试验中的误差补偿理论

在相似材料模拟试验模型的铺设过程中,与设计要求的理论模型相比,总会存在一定的误差,相似材料模拟试验结果也就会产生相应的误差。本文以岩梁理论和弹性力学为基础建立了相似材料模拟试验的误差补偿理论, 经过误差补偿可减少模拟试验误差,从而可以实现使相似材料试验结果由定性向定量的转化。

综放工作面支架围岩关系相似材料模拟试验

为了解决开采中存在的矿山压力问题,采用相似材料模拟试验的研究方法,分析了塔山矿综放工作面顶板运动范围、规律以及支架受力情况。认为综放面直接顶和基本顶有上位和下位之分,上位直接顶和基本顶在运动过程能形成平衡结构;工作面顶板不同来压阶段,支架受力不同;试验结果得出了通过减小控顶距能够降低工作面支架压力,防止支架压死的途径为适当缩小控顶距,适当增加支架的可压缩量和提高支架的支撑能力。

深埋高应力软岩巷道变形的相似材料模拟研究

根据相似理论及巷道围岩所处的地质条件,建立深埋高应力软岩巷道的相似材料模型,对深埋高应力软岩巷道的变形规律及破坏特点进行了相似材料模拟试验研究,并测量顶底板变形量和两帮相对变形量以及深部围岩的变形量。得出了深埋高应力条件下巷道围岩的变形规律,并在试验的基础上对围岩的变形原因进行了探讨。

浅埋煤层开采三维相似材料模拟实验研究

通过三维相似材料模拟,将浅埋煤层开采的上覆岩层运动与地表沉陷作为一个整体系统结合起来进行研究,对其整体结构,从地下煤层开采到上覆岩层运动规律、破裂拱的形成及发展变化直至地表沉陷变形运动规律进行研究,给出了相关的定性研究结论,可为现场提供决策依据。

龙马矿相似材料模拟实验

相似材料模拟是科学实验的一种,这是人们探讨和认识地压规律的途径之一,按矿山实际原型,按一定比例缩小做成模型,然后在模型中开挖巷道模拟采场工作,观察模型的变形、位移、破坏和岩层移动等情况。据此分析,推测原型中所发生的情况。

盐腔形成过程对覆岩影响的相似材料模拟实验研究

应用相似材料模拟实验研究了盐腔成腔过程中上覆岩层移动、变形和破坏规律,上覆岩层损伤演化过程及规律,上覆岩层的层面效应及分层特性,上覆岩层破碎岩体尺寸特性等内容。通过这些研究,获得了上覆岩层在盐腔形成过程中的损伤演化方程、上覆岩层因岩层性质不同而产生的分层特性、上覆岩层移动变形过程中表现出来的层面效应以及岩层破碎岩体尺寸与岩层力学性质的关系。为进一步弄清开采沉陷的微观机理和建立新的预测模型打下了基础。

综放工作面相似材料模拟

大多数情况下,矿山压力显现会给地下开采工作带来不同程度的影响,为此必须采取各种方法和手段对矿山压力显现加以预测和控制。然而,人们对矿山压力的控制不仅在于消除和减轻对开采工作造成的危害,还应包括合理的利用矿山压力的自然能量为开采工作服务。通过相似材料模拟实验对采场实际情况进行模拟,预测综放工作面老顶初次垮落步距、周期来压步距,计算煤炭回采率等工作面参数,对实际生产起到指导作用。

数码相机及T3经纬仪在相似材料模拟中的应用

为了实现高效、高精度地获取相似材料模拟实验中待测点的瞬间数据,采用高分辨率数码相机联合T3经纬仪的方式。通过在模型框架上布置像控点,采用经纬仪空间前方交会法获取控制点坐标,在GIS专业软件ArcGIS下用控制点坐标纠正数码相机获取的模型照片,从而直接采集模型中待测点的坐标数据。通过工程实例验证,该方法较传统方法快捷、简便和精确。

相似材料模拟工作面顶板围岩运移规律研究

利用相似材料模拟试验对祁东煤矿7131工作面高承压松散含水层下开采的上覆煤岩移动变形规律进行研究,在对原型固有特征分析、计算的基础上选取相似材料并确定相似配比,建立模拟模型。通过对关键线、关键点的控制和分析,研究工作面顶板围岩运移规律。

井筒保护煤柱合理留设的相似材料模拟

本文首先给出了冠山矿井筒保护煤柱的留设方案，然后介绍了用相似材料模型检验其合理性的原理，过程和结果。