复杂地质体三维数值模型构建研究

对于复杂地质体三维数值模型构建困难的问题,基于AutoCAD、SURPAC、ANSYS、FLAC^(3D)等软件进行了建模。首先利用工程地形地质图,在AutoCAD中进行地形等高线处理,以获得地表等高线;其次,利用钻孔柱状图等原始资料通过SURPAC构建钻孔模型,生成不同岩层数字地面模型(DTM),同时利用地表等高线生成地表DTM;再次,建立有规律的钻孔网格点模型,利用钻孔与DTM相交获得相交网格点坐标,在ANSYS中导入网格点坐标,建立有限元网格模型;最后通过接口程序将其导入FLAC^(3D),建立了三维数值模型。以山西朔州某煤矿为工程实例,利用该方法构建三维数值模型,并对其进行了煤层开采后地表位移数值模拟,为复杂地质体三维数值模型的构建提供了借鉴。

工作面内地质异常无线电磁波透视规律研究

为了掌握煤(岩)层及地质异常体对电磁波透视的影响规律,采用三维数值模拟方法,研究全空间条件下环形天线发射电磁波在煤(岩)层中传播时,遇到不同地质异常体(断层、陷落柱)时的传播特征。结果表明:异常体充填空气较多时,电磁波损耗小,磁场强度等值线外凸;若异常体充填水较多时,电磁波能量损耗较大,曲线内凹;充填其他介质时,电磁波损耗介于两者之间,可通过实测场强曲线、等值线变化,判断异常区电性特征。异常体形态和规模不同,磁场强度分布也不相同;异常区为圆形或似圆形时,磁场强度在异常体内产生畸变,远离异常体后逐渐恢复正常分布,识别较为困难;故异常体直径越小,离接收点越远,识别越困难;当异常区为条状断层分布时,断层走向与巷道交角越小,受影响的测点较多,识别较容易;若断层走向与巷道交角变大,受影响的测点变少,则识别较困难,据此可大致判断断层走向。正常情况下,场强曲线呈左右对称的抛物线形态,中间大、两侧递减;异常体所处位置、形态及充填物质不同,曲线形态亦不相同;当异常体规模较大时,曲线呈对称或不对称的“M”形。因此,在数据处理初期,由于场强曲线获取较快,可以通过识别曲线形态初步定性判别异常体的某些特性,但无法准确定位射线上不同区段的异常特征,可进一步结合层析成像分析,得到正确合理的认识。

承压破碎煤体应变和孔渗演化机制与模型研究

采空区垮落带遗煤区域作为煤、氧低温反应的主要场所,其应变、孔隙率和渗透率演化模型的研究对深入认识煤自燃发展过程与规律有重要意义。基于团队自主研发的承压破碎煤体气体渗流实验装置,开展了单一粒径与混合粒径煤体承压渗流过程应变、孔隙率和渗透率演化规律研究。对不同粒径下的应变、孔隙率和渗透率随应力变化情况进行分析,结果显示:相关变化过程可以分为2个阶段,即轴向应力≤6MPa时的线性变化阶段与>6MPa时的指数函数变化阶段,初步表明破碎煤体的变形、孔隙率和渗透率的变化机制一致、同粒径无关,轴向应力=6MPa时的状态属于关键节点状态,其对应的应变、孔隙率和渗透率分别承接着各自上下2种不同的变化机制;轴向应力≤6MPa和>6MPa条件下三者变化的主要原因分别是颗粒的压缩作用和滑移填充作用;轴向应力=6MPa时不同粒径破碎煤体承压过程中的应变、孔隙率和渗透率分别同各自的应变、孔隙率、渗透率变化路径有一一映射关系,据此建立了相应的应力-应变、应力-孔隙率和应力-渗透率关系的模型;模型对比、验证结果表明,所建模型虽源于多种粒径破碎煤体实验,但摆脱了粒径因素的影响,同实验结果有着良好的匹配性,达到了较为理想的效果。相关研究成果可为采空区煤自燃早期预防与控制提供科学依据。

增稠剂对膏体充填料浆流动特性的影响及其工程应用

充填采矿法因其具有大量处置固体废弃物、控制地表沉陷、管理地压等优势广泛应用于地下矿山开采。充填料浆的流动性不仅影响其管道输送,也与充填料浆在空区内的自立性和封堵漏风性能密切相关。本文利用坍落度和稠度测试研究了增稠剂含量和浓度变化对充填料浆流动性的影响,进而分析了增稠充填料浆的自立和防堵漏风性能。在此基础上,开展了增稠膏体充填隅角的工业试验,评估了增稠膏体充填效果。结果表明:20万分子量的羟丙基甲基纤维素(20万HPMC)增稠剂可在10 s内快速溶解,满足连续充填作业的需求。随着20万HPMC含量增加,充填料浆的坍落度和稠度均呈二次多项式函数递减的变化趋势。当增稠剂含量一定,略微提高充填料浆的浓度将显著降低其流动性,改善其在采空区内部的自立能力。依据试验结果,考虑充填料浆在采空区内的自立性和封堵漏风功能,充填料浆的浓度为78%,20万HPMC含量为总固体质量的1‰效果更佳。工业试验结果证实了推荐的配比参数制备的充填料浆在隅角处满足自立性和封堵漏风的要求,隅角充填后CH4和CO浓度减少。研究结果可为充填料浆的增稠和充填技术应用提供参考依据。

随采随探透明地质保障系统的应用——以张集煤矿1615A工作面回采为例

对于国内大部分地质条件较复杂的矿井而言,普遍面临煤炭生产效率低的问题。受井下环境限制,回采工作面前方地质探测预报精度与智能开采的要求存在差距,地质条件探测不到位、缺乏合适的地质信息表达平台阻碍了无人化乃至智能化技术的推广。地质信息透明化是实现煤炭智能化开采的基础,综合利用包括地面、井下、孔中等探测手段,结合掘进地质信息,超前查明回采工作面前方的构造、煤层变化及其他地质异常体,实现回采工作面地质透明化。随着张集煤矿智能化矿山的建设推进,把信息技术充分运用在生产施工过程中已成趋势,1615A作为试点工作面,实现回采工作面地质构造的动态探测、底板破坏深度探查、煤层局部应力变化情况预测,并通过基于三维地质模型进行成果展示和动态更新,为矿井高产高效提供决策手段,打造本质安全型矿井提供可靠地质保障。因此,在张集煤矿1615A工作面开展随采地震实时动态监测技术研究,不仅可以强化地质保障及地测信息化系统建设,也可有效保障回采生产安全,还可以为煤矿智能化建设提供借鉴与经验。

冲击荷载下裂隙砂岩能量耗散及分形特征研究

采用SHPB动力学试验台对不同裂隙倾角红砂岩试件进行冲击试验,并对岩石破碎后的质量-粒径分布进行记录以及计算分形维数,分析其冲击载荷下的破碎分形特征及能量耗散规律。结果表明:在相同的冲击荷载作用下,随着裂隙倾角的增大,动态抗压强度增大,应变率减小,且倾角从45°增大到60°时,动态抗压强度增大最为明显;岩样中预制裂隙的存在会阻碍应力波的传递,导致反射能量增大,透射能量减小。并且,随着倾角的增大,预制裂纹的影响会逐渐减弱,而反射能和透射能不断减小,耗散能几乎不受裂纹倾角的影响;裂隙岩体分形维数随裂隙倾角和动态抗压强度的增大而线性增大,随应变率的增大而减小。分形维数与岩石破碎耗散能之间的关系满足幂函数关系。

浅析穿路管道的结构计算

输水管线布置应遵循城市建设总体规划且避免与现有重要建筑物和规划建筑物的作用与功能相矛盾,利用好现有工程;管线尽量顺直,减少拆迁,少占农田,少毁植被,保护环境;应选择最佳的地形和地质条件,管道尽量沿整体地势敷设,埋深应根据冻深情况、外部荷载情况、管道管材强度及穿越工程的交叉角度等要求确定,最大限度减少能源消耗。

瓦斯抽采钻孔变形塌孔规律及精准监测技术研究

为推进瓦斯抽采钻孔精准智能化发展水平,基于分布式光纤监测和布里渊光学时域分析技术(BOTDA),以山西某矿为工程背景,开展了不同粒径配比下的钻孔堵孔模拟实验;构建了试验矿井堵孔率计算数学模型,揭示了钻孔变形塌孔发育规律,提出了适用于试验矿井的瓦斯抽采钻孔精准监测现场实施技术工艺,并通过现场试验对技术工艺的可行性和准确性进行了验证。结果表明:(1)光纤耦合体应变、模拟煤样堆积质量与钻孔变形塌孔间具有线性关系,随质量增加应变变化趋势相近,呈“陡-缓-陡”三阶段变化。通过分段拟合构建了适用于试验矿井的钻孔堵孔率计算数学模型。(2)通过误差分析,发现随着应变增加最大绝对误差先变大后变小再变大,中期最大绝对误差为19.48%,后期完全堵孔状态下的质量极值越接近不同配比煤样的平均质量极值误差越小。(3)基于上述数学模型解算,揭示了模拟堵孔过程中煤块首先在钻孔底部呈“凸”状堆积,随后滑向两侧,最后又在顶部聚集的塌孔演化规律,以应变值0、45.95×10^(-6)、72.19×10^(-6)为临界值区分塌孔前、中、后期,构建了适用于试验矿井的瓦斯抽采钻孔精准监测技术。通过现场应变监测结果分析,发现在孔周应力、扰动等因素作用下,失稳孔段孔周裂隙更易发育,塌孔程度随时间加剧。结合钻孔沿程堵孔率计算结果,对钻孔沿程变形塌孔情况进行了判断,对比钻孔窥视图可得,该精准监测技术判断结果基本符合实际观测情况。提出的以分布式光纤耦合体和BOTDA技术为基础的钻孔精准监测技术工艺可行、可靠,可为推进瓦斯抽采钻孔精准智能化发展水平提供参考。

瓦斯抽采地质异常区微震响应规律研究

瓦斯抽采活动会使得煤岩体应力分布发生变化,导致煤岩体内裂隙扩展发育直至破坏,出现微小量级的高频率微破裂信号。利用微震监测技术可有效识别这种微破裂信号,对抽采过程进行实时动态监测,可探查地质异常区、隐伏构造等。九龙矿15240工作面在瓦斯抽采活动影响下,在距离采线较远的某一空间区域内,单日微震事件数量成倍增长(2~12倍)且时间序列连续,该区域则识别为瓦斯抽采地质异常区。通过分析微震数据时空序列演化、垂向发育、能量等信息并总结其响应特征,结果表明:随着瓦斯抽采时间序列的延续,地质异常区微震事件活动性由强到弱,空间分布呈现“集中式-分散式”演化趋势。顶板0~5 m占比明显高于正常回采阶段,底板5~15 m占比较大。微震事件能量呈不规则U型分布,整体能量相比回采数据增长38倍,应注意加强水文地质观测。

强冲击地压矿井煤层顶板覆岩结构研究——以孟村煤矿为例

矿井工作面上覆坚硬厚层顶板对冲击地压的产生具有重要影响,顶板坚硬厚层砂岩通常因沉积相的变化在横向和纵向上呈现出厚度、顶底板起伏和岩石力学性质等方面的变化。陕西彬长矿区孟村煤矿地质条件复杂,主采煤层顶板发育多层厚砂岩,矿井长期受冲击地压灾害威胁。为准确掌握工作面顶板坚硬厚层砂体层位及展布状态等信息,对其进行压裂弱化,保障矿井安全高效开采,基于孟村煤矿工程地质条件,通过井下工作面巷道顶板钻孔取心编录和钻孔电视测井方法,进行工作面顶板覆岩结构探查,对顶板主要砂体采样,进行岩石学、沉积相和岩石物理力学性质等特征分析,得到如下主要成果:①孟村煤矿401103工作面顶板100m内可对比划分出5层连续的砂体,工作面沉积微相变化导致各砂体厚度和顶底板标高不稳定;②401103工作面顶板延安组二段、直罗组、安定组底部均为河流相沉积,河流微相中的天然堤相细粒砂岩和粉砂岩的岩石力学强度相对最大,随着岩石粒径的逐渐增大,边滩相和河床滞留相中、粗粒砂岩的强度相对降低。不同沉积环境同一粒级砂岩的岩石力学强度因石英含量增高、硅质胶结物含量增高、颗粒支撑结构等因素而增大;③井田现今构造应力和顶板坚硬厚层砂岩等是矿井冲击地压灾害的主要诱因,对上覆高位坚硬厚层砂体进行区域水力致裂弱化,可显著降低矿井冲击地压风险。

宁夏灵武矿区延安组煤的矿物学特征

为了研究灵武矿区煤的矿物学特征,采集灵武矿区煤层与顶底板煤岩样品,采用X射线衍射仪(XRD)对煤低温灰化样品和非煤样品进行X射线扫描,分析样品中矿物种类,利用全谱拟合方法计算矿物含量。研究区样品中主要矿物有石英、高岭石、黄铁矿。石英普遍存在研究区煤层与顶底板岩层中,石英的来源主要有碎屑来源石英和自生石英。高岭石可见于1煤底板、2煤层、2煤顶底板,在煤层中以块状、絮状存在于煤显微组分中。黄铁矿主要分布在煤层中,电子显微镜下呈规则六面体型晶型。

基于综合权重系数的矿井水文地质条件评价

为了实现评价多类型矿井水文地质条件过程的通用和简便,采用了模糊综合评价法来达成此项目的。基于模糊数学的原理,量化了评价过程中的模糊概念和评价语言,以及构建了矿井水文地质条件的评估模型。在建立模型的过程中,建立了综合权重系数,进而结合相关实例进行了分析,从而验证了模型的有效性和客观性,为多类型矿井的水文地质评价提供了一种方法。

基于信息化的矿井水文地质信息管理系统

伴随着新一轮的工业革命,推进产业数字化转型,针对目前矿井水文地质信息管理不够精细和智能的诸多问题,在GIS技术基础上研究开发了矿井水文地质信息管理系统。系统主要包括矿井水文地质信息基础数据库、矿井水文地质图形文件管理、矿井采空区积水管理、矿井探放水辅助设计、矿井水害预测预报和矿井水文地质基础信息管理系统6个模块,实现了数据管理、图形处理、图件绘制、水害评价、预测预报一体化的管理能力。并在山东省济宁三号煤矿进行了应用,验证了矿井水文地质信息管理系统的实用性。

小保当煤矿首采区三维地质特征研究

地质构造的复杂多变性严重制约了现场的生产,传统地质勘探难以实现全方位勘察,结果存在较大误差,难以满足实际生产需求。针对以上问题,本文选取陕北小保当一号井首采区为研究背景,采用三维地震勘探的方法对采区断层地质构造和上覆岩土覆盖层厚度变化趋势开展勘探作业。勘探研究表明,小保当一号井首采区共发现9条断层,均为正断层,其中2^(-2)煤层分布2条断层,5^(-2)煤层分布7条断层,断层落差相对较小;2-2煤上覆岩土覆盖层厚度为50~115 m,勘探区覆盖层厚度由东北向西南逐渐变厚,最大厚度为115 m。在开采该区西南部时,应选取较大工作阻力支架,采区东北区域开采时,加强矿井涌水量和漏风等问题的监管,对突发灾害开展防治工作。

开元矿业采煤工作面地质构造探查物探方法研究

开元矿业地质条件复杂,地质构造对工作面回采影响较大,井田内断层、陷落柱发育,是影响该矿生产的主要地质因素,破坏了可采煤层的完整性,减少煤炭资源储量,在生产中要加强对地质构造的探查。针对这一情况,本文以开元矿为研究对象,分别对该矿9101工作面和9403工作面采用无线电波坑道透视和槽波地震的方法进行探查,并圈定了异常区。根据工作面后续开采情况可知,圈定的异常区与实际揭露的断层和陷落柱等地质构造基本一致,说明地质物探工作及时指导了工作面的布置及回采,为矿井安全生产提供技术保障。

煤炭地质钻探技术的现状及提升措施分析

在煤炭生产工作中,煤炭地质钻探技术有助于更好地了解地下岩层结构、地质构造,这对克服煤炭资源开发障碍具有重要作用。对此,文章对煤炭地质钻探技术进行了分析,研究了当前煤炭地质钻探技术的使用意义、使用现状与难点,列举了优化煤炭地质钻探效果的关键技术与钻探方法,并总结了应用煤炭地质钻探技术的管理要点及工作策略。

物探技术在煤矿地质探测中的应用研究

煤矿地质探测一直是煤矿企业的重要关注点,对物探技术在煤矿地质探测中的应用进行了详细研究和探讨。首先,介绍了物探技术的概念和基本原理,然后着重探讨了物探技术在煤矿地质探测中的具体应用。通过对不同物探技术的应用研究,发现物探技术在煤矿地质探测中还存在一些问题和挑战,希望能在实际生产应用中逐步得到克服和解决。

工作面不同采宽与微震监测时空分布规律研究

采用KJ1073微震监测系统对新集二矿220102工作面不同采宽变化下顶底板围岩活动和底板破坏发育情况进行监测,分析了微震事件分布范围、发育情况及空间展布特征。结果表明,微震事件主要分布在开采活动范围内,影响范围为距离机巷90~180 m,底板事件破坏深度为煤底18.11~36.64 m,最深36.64 m,位于宽面,采宽比1.59,微震事件日均频次比1.40,底板最大扰动深度比1.38,说明了底板破坏深度受采宽影响,且正相关。研究结果可为工作面采宽优化和底板破坏规律研究提供一定参考。

煤矿开采地面沉陷变形预测及防治对策

随着煤矿的大面积开采,引发了较多的环境地质问题,其中采煤沉陷是矿区最常见的环境地质问题之一。本文以羊场湾煤矿为例,通过对矿区采空区地表沉陷状况进行调查,对沉陷区范围、影响程度进行现状评估,结合采掘接续计划,对中远期煤矿开采引起的地面沉陷变形进行分析和预测,提出防治对策,对指导矿山地质灾害预防、矿山生态环境恢复、绿色矿山的创建具有一定的指导意义。

岩土工程地质灾害防治技术与策略分析

本文对岩土工程地质灾害防治技术与策略进行了全面的分析。文章介绍了地质灾害防治的基本原则与策略,强调了预防为主、快速响应、科学决策、协调配合和持续改进等原则。并详细阐述了地质灾害防治中的多学科综合应用、岩土工程与其他学科的协同防治策略。本文对地质灾害防治技术与策略进行了总结,为岩土工程地质灾害防治提供了有益的参考。