黄土-泥岩交界区隧道衬砌受力及围岩破坏模式分析

为研究黄土-泥岩交界区隧道衬砌受力特性及围岩破坏模式,以某隧道为工程背景,通过现场监测及数值模拟,对衬砌受力进行了分析。结果表明,围岩压力集中于仰拱,最大值出现在右拱脚;外侧钢拱架应力主要集中于交界面附近拱肩处;钢拱架应力及二衬混凝土应变受混凝土强度发展影响较大,衬砌施作初期,混凝土及拱架均承受较大压应力,随着混凝土强度逐渐提高,应力逐渐减小,仰拱处出现拉应力;围岩塑性区主要分布于交界面附近拱肩及仰拱位置;地下水沿边墙破碎围岩渗流并汇集于仰拱,基底泥岩塑性区易扩大。研究结果可为黄土-泥岩交界地层隧道设计与施工提供参考。

震动波CT成像技术在《矿山压力与岩层控制》教学中的应用实践

基于新常态和新工科背景下采矿工程和智能采矿工程专业的人才培养要求,文章分析了《矿山压力与岩层控制》课程传统教学模式中存在的问题,以课程回采工作面采动应力场分布教学为例,通过引入震动波CT成像新技术,提出并采用课堂理论教学+案例实践教学相融合的教学模式,转变“被动灌输”为“主动学习”,提高学生学习参与度和教学效果,增强学生对专业知识学习研究兴趣,为未来从事专业科学研究和工程项目技术管理奠定坚实基础。

煤层裂隙应力场控制渗流特性的模拟实验研究

针对坚硬顶煤在地应力场控制下水力压裂方法中存在的问题 ,通过压水实验详细研究了应力控制下煤体中开放型裂隙渗流特征与毛细管力、裂隙开度、应力水平及注水压力的关系 ,建立了应力场中裂隙渗透性规律 ,探讨了注水压力对开放型裂隙开度及隙流状态参数的影响关系 .实测结果表明 ,在煤体卸压区的不同出水点 ,开放型裂缝泄漏流量不同 :距注水测点 3 5m处流量小于 7% ,距注水点 2 5m处流量小于 8% ;距注水点 1 5m内小于 19% .本模型对于煤体水压致裂控制参数选择以及改善顶煤采出率具有实用价值 .

封闭型煤层裂隙地应力场控制水压致裂特性

对坚硬顶煤预裂中存在的问题 ,采用在地应力场控制下水力压裂的方法 ,研究了煤层地应力场控制参数 .在此条件下对顶煤中封闭型裂隙扩展与地应力水平、水压作用的关系进行了宏、细观实验分析 ;依据能量原理 ,建立了裂隙煤体注水软化条件的物理判据表达式 ,给出了煤体表面能的测定方法 .实例说明 。

微震监测揭示的C型采场空间结构及应力场

为研究开采强烈冲击倾向煤层解放层的卸压效果,采用微地震定位监测技术,对三面采空长壁工作面(解放层)的开采进行覆岩空间运动结构及应力场分布的监测。根据岩体在三维空间的破裂成像,揭示采场覆岩空间破裂与采动应力场的关系,得出以下结论:(1)工作面三侧采空区老顶上方的岩层形成C型空间结构,微震事件分布在C型结构的外侧,构成岩体破裂区,在C型结构的内侧为高应力区,并对高应力区域的转移及不同区域的应力状况进行了描述;(2)C型结构的最凹部在煤柱上方,煤柱最小时的支承压力分布为:在靠近上顺槽的区域,老顶以上的厚硬岩层已经发生断裂,形成卸压带;靠近下顺槽的区域,老顶以上的厚硬岩层未断裂,形成应力集中区。因此,通过监测确定被解放层的解放范围,对圈定的冲击危险区域预先采取防治措施,可实现安全开采。

近距离煤层群叠加开采采动应力与覆岩位移场演化特征

为获得近距离煤层群叠加开采条件下采动应力与覆岩位移场的演化特征,以潘二矿近距离煤层6,7煤层地质条件为背景,采用相似模拟与工程实践相结合的方法进行了研究。结果表明:近距离煤层群叠加开采形成的覆岩宏观运移形态和特征与单一煤层开采相似,叠加开采时,覆岩呈多岩层整体协调运移的规律,具有位移叠加增长效应;7煤层的开采使覆岩起到一定的垫层作用,缓和了矿山压力,使近距离煤层叠加开采时具有应力减弱效应;与开采7煤层相比,6煤层开采过程中,周期来压步距减小,来压时支架载荷减弱,动压系数相应减小,但周期来压时,存在部分岩层发生台阶式下沉的现象。基于近距离煤层群叠加开采研究结果,在近距离煤层群开采的设备选型时,选用了高额定工作阻力的液压支架,在周期来压期间,采取了一定的辅助措施,同时加强了组织管理,生产中没有发生冲击液压支架及其他动力灾害的现象。

柴达木盆地东部中生代以来构造应力场及构造演化

柴达木盆地具有复杂的构造演化史,周围三大板块对盆地的构造改造、演化有重要的控制作用。基于野外基础地质资料,利用德令哈及周缘地区构造要素测量分析、ASR法地应力测量、构造演化史剖面分析,阐述古、今地应力状态及可能的转变,从动力学机制方面分析柴达木盆地东部构造变形的主导因素,并对中生代以来构造演化过程进行探讨。该构造演化过程分为5个阶段:1晚二叠世—三叠纪抬升剥蚀阶段,受NE—SW向挤压;2早—中侏罗世伸展断陷阶段,受SN向弱拉张形成了一些差异断陷沉降带(如德令哈凹陷等),阿尔金断裂、柴达木盆地东部均发生左旋走滑;3晚侏罗世—白垩纪挤压反转阶段,白垩纪应力场转变为NE—SW向挤压,阿尔金断裂左旋走滑,柴达木盆地东部受挤压应力作用单纯地向祁连山产生推覆;4古近纪挤压断陷-坳陷阶段,受近SN向挤压应力作用,阿尔金断裂强烈右滑,沿NW—SE向的分量可使柴达木盆地东部发生右旋走滑运动;5新近纪—第四纪阶段,柴达木盆地遭受强烈挤压,近SN向挤压应力作用在喜山晚期达到最强,奠定了柴达木盆地现今构造格局。

采场覆岩破坏流固耦合的数值模拟分析

为了分析浅埋煤层中渗流场与应力场相互影响,在理论分析的基础上建立了厚松散层富含潜水浅埋煤层开采的数值模型.浅埋煤层开采过程中采场覆岩破坏的流固耦合模拟表明,渗流场与岩体应力场耦合对覆岩的破坏有很大影响.在基本顶岩层悬梁达到接近极限破断距时,岩层破坏受水压的扰动十分敏感,在渗流影响下很容易失稳;在上覆岩层发生整体破断时,岩层的渗透系数、潜水流量及潜水水头都将发生突变,这些渗流参数的突变进而影响上覆岩层的稳定性.

急倾斜特厚煤层分段开采覆岩活动规律研究

为了揭示急倾斜特厚煤层水平分段综放开采条件下的覆岩活动规律,采用相似材料模拟试验,研究了不同水平分段开采后急倾斜煤层覆岩破坏过程、应力场变化和顶板沉陷规律。研究表明:覆岩的破裂经历裂隙产生、顶板离层、离层扩展、顶板垮落4个过程,自然垮落条件下,急倾斜煤层覆岩垮落存在滞后性,悬顶破断可能引发顶板大面积垮落、冲击地压等动力灾害;覆岩垮落移动时,顶板局部应力畸变,出现拉应力,底板压应力呈线性增加,直至破坏失稳;覆岩顶板离层量自下往上逐渐减少,岩层垮落后,顶板下沉最大位置沿倾斜方向向上方转移,直至地表沉陷。

大采高综放开采煤岩体冒落规律数值模拟研究

为得到厚煤层大采高综放开采煤岩体冒落规律,采用改进的非连续变形数值模拟分析DDA软件研究不同回采阶段大采高综放开采工作面的应力场及煤岩体运移规律。结果表明:随着工作面的回采,采场周围的圆形应力场逐步转变为椭圆形应力场,且出现3个明显的分区,即应力释放区、应力升高区及两者间的过渡区,同时水平位移随时间变化较为复杂,而垂直位移变化具有一定的规律,通过垂直位移的变化可将上覆岩层划分为"三带",得到了大采高综放工作面覆岩和顶煤运移规律。

采场覆岩应力及垮高的柱宽效应三维相似模拟研究

基于采场应力分布的动态性特点,以谢桥矿1151(3)综放工作面地质和开采条件为背景,采用实验室相似材料模拟方法,研究不同煤柱宽度条件下采场覆岩应力分布和垮落特征。研究表明,不同煤柱宽度上覆岩层应力分布及垮落高度有所不同。随煤柱宽度的增大,倾向方向工作面前方应力峰值区由原来的煤体上方逐渐向煤柱上方转移,且峰值逐渐增大,工作面后方煤柱承载上覆岩层主要荷载和压力,且随煤柱宽度增大应力峰值也增大。工作面上覆岩层垮落形成由高应力束组成的应力壳,应力壳对上覆岩体的荷载和压力起主要支撑和传递作用,随着煤柱宽度的增大,应力壳的高度逐渐减小,在煤柱及煤体内形成的壳基也逐渐发生变化和转移,壳基在煤柱内从无到有,壳基的应力集中程度也逐渐增强,煤柱内单位体积的岩块承载的荷载和压力也从小到大,再由大变小。

远距离下保护层开采上覆煤岩层采动应力场数值模拟研究

为了研究开采下伏8号煤层能否缓解赵庄煤矿主采3号煤层开采过程中的强矿压显现问题,采用FLAC^(3D)软件模拟远距离下保护层开采方案,分析了下保护层8号煤层开采前后被保护层3号煤层采掘过程中的应力峰值、应力分布及塑性范围。结果表明,随着下保护层8号煤层工作面的推进,被保护层3号煤层工作面在倾向上的应力整体呈"M"型分布,煤体两端呈现应力集中,中部区域应力较低,使布置于中部卸压区的3号煤层工作面巷道围岩产生不同程度的卸压;下保护层8号煤层开采后,被保护层3号煤层工作面的煤体应力峰值减小约18%,采动影响距离减小约10m,且应力集中程度减弱,工作面煤体基本未出现新的塑性区域。

北天山矿区地应力分布与区域构造关系研究

针对北天山矿区地质构造复杂和地应力分布离散性大的问题,采用区域地质构造分析和现场地应力测量相结合的方法分析北天山矿区地应力分布规律。研究表明四棵树煤矿地应力场类型为σH>σh>σv,水平主应力方向位于北北东向且与区域构造应力场最大主应力方向一致。较高的区域挤压应力和巷道走向与区域主应力方向的不合理是造成矿井采准巷道矿压显现强烈的主要原因,并根据地应力分布特征和矿井开拓情况,建议后续工作面巷道轴线的最佳方位角为北北东16.3°,提高了复杂构造条件下的矿压控制的科学性和可靠性。

浅埋煤层不同工作面重复扰动下大巷煤柱稳定性研究

以赵家梁煤矿3-1煤层大巷煤柱回收为研究背景,通过物理相似模拟及现场监测,研究浅埋煤层不同工作面采动影响下覆岩垮落特征以及重复扰动下大巷煤柱应力演化规律。结果表明:3101工作面回采后,1^(#)大巷煤柱应力峰值5.09 MPa,应力集中系数为1.62;3102工作面回采后,2^(#)大巷煤柱应力峰值5.7 MPa,应力集中系数为1.54;大巷煤柱回收工作面回采后,1^(#)和2^(#)大巷煤柱垂直应力分布由单峰型分布转为马鞍型分布,1^(#)大巷煤柱应力峰值7.4 MPa,应力集中系数为1.87,2^(#)大巷煤柱应力峰值8.46 MPa,应力集中系数为2.1。现场实测数据与物理相似模拟试验所得数据相符,研究结果可为大巷煤柱回收工作面的安全生产提供参考依据。

三维地应力场反演技术在冲击危险评价中的应用

为了提高冲击危险评价精度,基于三维地应力场反演技术进行相关研究,以郭家河煤矿Ⅰ盘区为研究对象,在地质构造特征分析、煤岩物理力学试验和矿井地应力实测的基础上,根据多元线性回归原理对三维地应力场进行数值模拟反演,获得研究区域内三维地应力场的地应力;在综合考虑构造应力和采动应力影响的情况下,实现了对Ⅰ盘区冲击危险的宏观评价和对局部范围内冲击危险的精确评价,共划分出11个强冲击危险区和5个中等冲击危险区。

过上煤层遗留煤柱矿压显现规律数值模拟

根据石圪台煤矿开采的实际条件,运用FLAC3D数值模拟软件,建立了在过上煤层遗留煤柱中的应力场及覆岩运移规律模型。模拟了石圪台煤矿31201工作面在过2-2煤遗留煤柱时的矿压显现规律,分析了出煤柱时的失稳机理,为31201工作面安全生产提供理论依据。

前陆冲断带构造应力场与裂缝发育关系

针对前陆冲断带地层裂缝预测难的现状,在选择适合于研究区破裂准则的基础上,确立了造缝时期古地应力和现今地应力与裂缝参数之间的关系;通过构造特征研究确定了造缝时期古地应力的性质和方向,用断层和裂缝走向统计法、声速法、水力压裂法和声发射法计算了现今地应力的方向和大小;将古、今地应力场的数值模拟结果代入到裂缝参数计算模型中,计算出了乌夏前陆冲断带二叠系火山岩—沉积岩混杂地层裂缝的开度、密度、孔隙度和渗透率,并分析了分布趋势。研究表明,构造应力和岩性对裂缝发育起决定性作用,构造应力差异大的地区容易产生裂缝,且裂缝各项参数较大;靠近主断层的构造高部位裂缝发育程度较高;凝灰质和泥质含量越大,粒度越细,裂缝越发育。

深井覆岩体结构形变分带(区)性研究

针对深井开采覆岩结构变形的特殊性,提出基于应力场转移的深井覆岩结构形变模型。采用三维半解析数值计算和现场综合试验与勘测的方法,给出采动岩体沉陷移动的分带、分区特征及突变集中变形和阶段性滞缓移动现象的动态演化规律,为深井开采覆岩与地表移动变形灾害控制提供科学理论依据。

定向水力致裂对煤层顶板三向应力的影响研究

煤层顶板水力致裂是处理坚硬顶板和防治冲击地压的重要技术手段之一,为了研究水力致裂技术对煤层顶板三向应力的影响,通过现场开展煤层顶板定向水力致裂试验,采用光纤光栅三向应力传感器得到了致裂前后顶板岩层的三向应力。结果表明:水力致裂之后,监测断面处顶板岩层三个主应力均有所降低,最大降幅约为20%,而主应力方向变化很小;在工作面坐标系下,致裂部位处各应力分量的降幅受致裂面方位的影响。顶板水力致裂能够显著降低或者转移顶板岩层三向应力,对致裂部位具有良好的卸压效果。研究成果可为现场水力致裂钻孔布置提供参考,并可用于冲击地压防治研究。

渭北煤田合阳县北中深部控煤构造样式分析

依据野外地表地质观测及地震、钻探最新的深部地质资料,结合对区域控煤构造认识,运用构造解析、构造应力场及地质力学分析等研究思路与方法,讨论了研究区控煤构造特征、构造样式以及成因。研究结果表明:研究区共有三类六种控煤构造样式,即挤压构造样式(宽缓褶皱、叠加褶皱)、走滑构造样式(反"S"型褶皱、"入"字型构造)及伸展构造样式(掀斜断块、堑垒构造),其中以伸展构造样式发育为主要特征;研究区由东南向西北,构造变形强度由强变弱,先后经历了印支期南北向挤压、燕山中期北西向挤压和喜马拉雅期北东向挤压-走滑与北西-南东向伸展断陷作用;晚期形成的正断层不仅破坏了煤层的连续性,而且成为奥灰水储集和运移的主要通道,增大了底板突水的可能性,使煤炭资源开发受到影响。