弱胶结巨厚砂砾岩含水层离层突水机制研究

安新煤田主采煤层上覆巨厚弱胶结砂砾岩含水层,富水性弱,但多个工作面回采期间发生突水,查明突水机制是矿井水害防治的关键。通过水文地质特征分析,阐明了砂砾岩含水层厚度分布特征和富水性分区特征。采用岩石单轴抗压强度、三轴声发射、X衍射试验等方法,获得了顶板隔水层岩石物理力学性质。基于关键层理论分析、导水裂隙带与采动富水异常区层位关系及相似模拟试验成果,建立了4种条件下巨厚砂砾岩含水层突水的水文地质结构模型,揭示了砂砾岩含水层不同条件下的突水机制,并明确了研究区突水点的突水机制,提出了隔水保护层失稳导致突水的工程判据。研究结果表明:研究区东部局部区域含水层富水性中等,以往多次突水均发生在弱富水区;砂砾岩含水层下顶板泥岩中黏土矿物含量达到59.6%,亲水性强,具有良好的隔水作用;但在采动作用下顶板隔水层岩体卸压后强度降低,厚度较薄时,受上部岩层载荷和采动富水区静水压力作用易发生破坏,成为良好导水通道;砂砾岩含水层物理力学性质特殊,采动扰动后孔隙裂隙发育,形成了富水变化异常区;弱胶结砂砾岩突水的强度与下部基岩特征、导水裂隙带发育高度、隔水保护层厚度等因素相关;研究区弱胶结砂砾岩发生突水的工程判据为正常区隔水保护层厚度小于30 m,受背斜构造影响区隔水保护层厚度小于60 m。弱胶结巨厚砂砾岩含水层离层突水机制及工程判据对西部矿区水害防治提供了借鉴。

园子沟煤矿顶板离层突水机制及地面井下联合防治技术

园子沟煤矿隶属黄陇侏罗系煤田永陇矿区,地处鄂尔多斯盆地中南部,主要水害类型为离层突水。采用钻孔冲洗液漏失量和钻孔电视观测方法,通过设计采前和采后对比钻孔,确定了2号煤层综放开采工作面裂采比;为了确保1012102工作面的安全回采,根据采动覆岩破坏实测成果和岩层地质结构特征,基于关键层理论和薄板理论,评价离层发育层位、离层突水及溃泥溃砂的危险性;针对该类离层突水具有滞后性、周期性且伴随溃砂、顶板来压等次生灾害的特点,提出了基于地面直通式泄水孔和井下疏放水孔联合的离层水治理技术。研究结果表明:该地质和采矿条件下裂采比为23.68,在洛河组、宜君组及安定组均具备形成离层的条件,且离层空腔体积大,矿井主要受顶板离层水害的威胁,一旦发生突水将会携带泥沙;通过以地面泄水孔为主,井下泄水孔为辅,结合地面泄水孔风流、水位数据观测及回采过程中地面电法补充探测,实现了对覆岩离层水进行全方位监测,形成了离层水的预控技术体系,保证了矿井的安全回采。

固液耦合模式下含断层缺陷煤层回采诱发底板损伤及断层活化突水机制研究

针对具体地质条件,以现场试验数据为基础,采用相似材料试验及数值模拟相结合的分析方法,对含断层缺陷煤层回采过程中底板损伤破坏及断层活化规律进行研究,研究得出:采用内径不同的水管能够很好地反映底板岩层渗透性的空间差异性,通过采用调节注水管水柱高度的方式可以控制水压以满足设计要求;煤层埋深、承压水水压及断层落差越大越易突水,断层防水煤柱宽度越大越不易突水;通过试验及模拟计算再现了不同因素影响下煤层回采过程中底板采动裂隙形成、断层活化到突水通道形成的全过程,揭示了含断层构造底板突水通道的形成机制;研究结果对承压水上含断层缺陷煤层回采时防水煤柱的留设具有重要的参考价值。

隧道充填岩溶管道滑移失稳突水机制

为探究隧道充填岩溶管道滑移失稳突水机制,将岩溶管道视为“塞子”,建立岩溶管道滑移失稳突水的地质模型和力学传递模型,推导出充填岩溶管道失稳判据及安全系数计算公式,并通过算例分析岩溶管道倾角和含水体水位对岩溶管道安全性的影响。研究结果表明:弱透水或不透水的充填岩溶管道在突水过程中的作用类似“塞子”,具有较强阻水性能,此时突水模式为岩溶管道的充填物滑移失稳突水;隧道开挖过程中,作用在岩溶管道的下滑力和抗滑力达到临界条件时,管道发生滑移失稳,最终导致突水的发生;充填岩溶管道的安全系数随着含水体水位增大而不断降低,管道倾角对安全系数的影响比水位的影响小;地下水对岩溶管道安全性的影响很大,其中渗透压力、静水压力和扬压力对管道安全性的影响较大,是触发管道发生滑移失稳、引发突水的关键因素。

沪昆客专岗乌隧道1#横洞突水机制分析

研究目的：在建沪昆客专岗乌深埋特长隧道属于沪昆客专贵州段内重点工程及控制工期隧道之一，隧道施工过程中揭示多处大型溶洞，部分伴有突水、突泥现象，其中1。横洞工区D1K 871＋775-D1K 871＋809段突水、突泥规模之大、危害之强，严重影响隧道的正常施工，查明其突水类型及突水机制，对位于垂直循环带内的可溶岩隧道突水、突泥事故防治具有十分重要的指导意义。 研究结论：（1）岗乌隧道穿越区域岩溶强烈发育，隧道施工过程极易发生岩溶水突水、突泥事故；（2）岗乌隧道1#横洞D1K 871＋775-D1K 871＋809段发生突水、突泥事故主要在突降暴雨静水压力剧增及隧道施工开挖爆破双重影响下，隧道与静储量溶蚀空间之间的薄弱（充填裂隙、古岩溶管道）部位被击穿，形成静储量一暴雨性岩溶涌突水；（3）对于隧道开挖过程中揭示有大型溶蚀空间，且明显发育有消水洞的干、潮湿型溶洞，在工程处理措施上要非常谨慎，尽可能设置足够的排水措施；（4）之前广泛认为隧道处于岩溶垂直循环带出现突水、突泥可能性较小，通过岗乌1。横洞突水、突泥事故表明，在施工及运营期间如遭遇百年一遇的突降暴雨，隧顶之上静水压力陡增，可能发生突水、突泥事故，严重影响施工及铁路运营安全；（5）该研究成果可为岩溶地区选线及隧道揭示溶洞处理提供指导。

带压开采底板突水机制的探讨

华北地区下组煤的开采涉及到带压开采问题，在带压开采过程中，防止底板突水是安全生产的关键所在。本文通过力学分析并结合现场实测资料，提出了带压开采底板突水机制，并多次成功地对带压开采底板突水进行了预测。

深部开采突水机制的细观分析和临界破坏行为

深部开采中高岩溶水压极易造成围岩突水,而突水通道主要是由一系列的小破裂发展演化而成,因为小破裂的积累形成大的破裂,从而演化到突变。本文分别在二维和三维情况下利用重整化群方法分析已破裂单元对未破裂单元的应力转移,计算原胞的临界破坏概率、关联指数和分形维数。同时对岩层突水的临界特性进行研究,由临界破坏特征和裂缝密度与损伤变量的关系,并考虑加载和岩石初始损伤的影响,得到在静态损伤力学网络下的岩石突水破裂损伤演变方程。

对隔水底板破断突水机制的突变理论分析的认识——兼对潘岳教授等提问的答复

作者发表于《岩土力学》2010年第8期的文章“动力扰动诱发承压底板关键层失稳的突变理论研究”一文，引起了潘岳和李爱武两位老师的关注和质疑。作者十分感谢潘岳教授等对本文的指正，并十分愿意和两位老师就此问题展开讨论，这对于我们深入认识动力扰动诱发承压底板关键层破裂失稳引起突水的机制大有裨益。

承压水体上煤层底板下位隐伏断层采动突水机制研究

由于煤层底板隐伏断层分布广、数量多、隐蔽性强且不易探测的特点,使得底板隐伏断层活化突水成为深部开采突水的主要形式之一。根据底板隐伏断层发育规模及空间位置条件,总结提出了底板沟通隐伏性断层突水、上位隐伏性断层突水及下位隐伏性断层突水3种模式。针对承压水体上煤层底板下位隐伏断层底板突水模式,通过力学分析、底板突水相似模拟及FLAC3D数值拟研究了煤层回采过程中底板空间采动应力变化规律、隐伏断层扩展及突水通道演化过程。研究结果表明:近煤层底板采动岩体随工作面推进,经历压缩-卸荷-恢复过程,形成采动破坏带,底板空间采动应力状态以工作面为分界线呈现水平“S”型分布形态;采动-水压-隐伏断层作用下,隐伏断层将对采动应力随工作面移动起到阻隔作用;隐伏断层顶部受矿压-水压作用的破坏程度时机更早、程度更严重,更易诱发导水裂隙发育,隐伏断层原生裂隙扩展并向逆工作面推进方向上方发育,与采动破坏带沟通形成突水通道;采动承压水导升运移与采动裂隙发育紧密相关,采动承压水导升强度及强渗流区范围随工作面推进渐进发展,底板隐伏断层采动突水先出现隐伏断层上方采空区,突水量随工作面推进渐进增加。在将含隐伏断层底板采动空间划分为隐伏断层采动活化区、阻隔水区和采动影响区的基础上,揭示了承压水上底板下位隐伏断层突水机制。

高速公路隧道涌突水机制及防治措施

高速公路建设的发展,不可避免地要建立隧道工程,对地下含水层造成影响,导致出现隧道涌突水的现象。论文对高速公路隧道涌突水出现的原因进行了分析,介绍了高速公路隧道涌突水机制的两个基本条件,分析了高速公路隧道涌突水的防治措施,以促进高速公路隧道涌突水现象的解决和促进更完善畅通的交通建设的发展。

古蔺县中坝岩溶隧道涌突水机制分析

正确认知和掌握隧道涌突水的形成机制,对隧道的施工安全有着重要的意义。以古蔺县中坝岩溶隧道涌突水作为研究对象,在详细调查沿线水文地质条件和岩溶发育特征的基础上,借鉴前人的研究资料,初步推断出岩溶涌突水形成机理。

徐州矿区矿井突水机制及水灾防治

徐州矿区矿井水灾发育广泛，严重威胁了矿井的生产建设和矿工的生命安全。本文通过对徐州矿区矿井水灾现状及突水机制的分析，阐明了矿井突水的基本类型，提出了矿井水灾的防治对策。

某海底隧道风化槽突水机制细观模拟及工程应用

根据某海底隧道F1风化槽结构地质特点及其与隧道的位置关系,概化隧道突水地质模式,通过颗粒流数值仿真对隔水岩层突水通道的形成过程、突水的影响因素进行了分析。结果表明,保证临界隔水岩体的完整性和稳定性是防止突水的关键;海底隧道穿越风化槽突水通道的初步预测与定位,是海底隧道穿越风化槽注浆加固设计的基础。基于以上分析,采用复合注浆方法对F1风化槽进行了堵水和加固,取得了较好的工程效果。

断层采动活化对南方煤矿岩溶突水影响研究

为防止岩溶因断层活化而引发突水,探讨断层在采动条件下的活化规律及其对南方煤矿岩溶突水的影响。首先根据断层的形成机制分析各类断层形成的应力环境,得到断层活化的应力条件;然后分析工作面推进过程中的采场应力场和岩体运动规律,次生的垂直应力和水平应力不均衡变化是断层采动活化的主要原因;最后分析断层采动活化引发岩溶突水的机制,断层活化导致导水裂隙带高度增加,从而破坏隔水层导通上覆承压岩溶含水层,引发矿井岩溶突水事故。

煤矿底板突水分析及底板水防治

本文以桃园煤矿为例 ,在分析含水层系统基础上 ,对 10煤层底板突水水源、突水机制、突水特征及含水层水位动态变化进行分析 。

岩溶隧道掌子面防突厚度理论分析

掌子面岩墙预留厚度是高风险岩溶隧道采用释能降压法施工时的一项重要技术参数。本文基于弹性厚板理论,分析了岩溶隧道掌子面突水机制,推导了边界条件分别为固支和简支两种模式的岩溶隧道掌子面岩墙安全防突厚度及临界水压计算公式。上述计算公式的参数化分析表明,两种模式下掌子面岩墙安全防突厚度随前方岩溶水压力、岩体泊松比的增大而增大;掌子面岩体质量越差,防突厚度愈大。临界水压力随掌子面岩墙厚度增加而增加,掌子面岩体质量越差,临界水压力愈小。掌子面岩墙安全防突厚度的理论分析及算例结果表明,固支边界条件下的计算结果与施工中普遍采用的预留厚度值较为一致,该结论可为类似工程提供参考和借鉴。

桃园煤矿矿井充水条件及充水水源识别

在分析桃园煤矿地层及构造条件基础上,详细阐述了井田的含水层系统的水文地质特征,明确了松散层第四含水层、煤系地层的砂岩裂隙含水层以及底板灰岩含水层为本井田的主要充水水源,从而提出了利用SO_4^(2-)、Cl^-关系和Piper三线图两种方法识别水源,并对断层通道、裂隙通道、岩溶通道的突水机制进行了分析。

全强风化花岗岩隧道突水灾害机制与协同治理技术研究

针对广西山心隧道屡次发生的突水灾害,采用现场勘探、室内试验与理论分析方法,对全强风化花岗岩隧道突水灾害机制、灾变特征与防治对策进行了深入研究。结果表明:山心隧道突水灾害具有突发性强、灾变演化速度快、次生灾害严重及影响范围大的特点,突水灾害发生的孕险环境因素为地层水稳定性差、导水通道发育、地下水与地表水丰富、带状谷地汇水负地形,而注浆实施不到位、防突岩土体留设厚度不足及施工扰动是隧道突水灾害主要致灾因子,在施工扰动与地下水压力共同作用下,掌子面渗透失稳形成突水通道并迅速演化扩展,继而引起地表塌陷、井塘干涸等次生灾害。综合考虑隧道施工与地表生态环境安全,制定了"以堵为主、排堵结合、分段治理、动态施工"的总体治理原则,优化确定复合帷幕注浆、全断面帷幕注浆及动态施工的协同治理技术体系,应用于山心隧道全强风化花岗岩段突水灾害的防治实践。

海底隧道突水演化机制与过程控制方法

突涌水灾害是海底隧道施工面临的核心技术难题,能否成功处置直接影响到工程建设的成败。鉴于此,本文通过对突水事故案例及发生条件的分析,建立3种模式的突水机制模型,分别揭示水力劈裂型、地层坍塌型和界面滑移型突水的演化机制及本质特点,提出以地层变形作为突水灾害过程特征参数;基于能量守恒原理揭示海底隧道上覆地层变形的传递规律,提出分层沉降的计算方法;建立海床安全性与隧道围岩变形的对应关系,其中包括地层开裂与变形、海床沉降与隧道拱顶沉降的关系,由此可对施工过程中的突水灾害进行实时预测和评估;提出以水致灾害作为核心安全风险,并基于变位分配原理提出分阶段过程控制方法。针对复杂水域条件,提出包括精细勘察和精准预报在内的地质保障技术,建立突涌水风险等级评价方法。最终形成了以地层变形控制为核心的海底隧道精细化过程控制技术体系,将其应用于厦门翔安海底隧道穿越F1风化槽段,实现了毫米量级的精细化控制,确保了工程安全。

煤矿离层水害的防治与技术研究

顶板离层水害正日益威胁到煤炭生产,并已成为近年来防治矿井水害的研究热点。从煤层离层水的形成机理,致灾机理,关键防治技术等方面,阐述了煤矿离层水害。分析介绍了目前离层水害防治的主要方法,并提出了今后水害防治的发展方向和研究方向。