深部顶板夹煤层巷道变形破坏分析及其控制

为了探究深部顶板夹煤层软岩巷道大变形破坏问题,以平煤六矿三水平戊二胶带运输巷为工程背景,开展夹煤层巷道围岩破坏分析及控制对策的研究。首先,构建原支护体系组合拱力学模型,推导出直墙半圆拱形巷道稳定判别式;其次,提出“锚网索-梁-注浆-组合砂浆锚索”联合返修控制对策,即沿戊8煤层顶板进行巷道扩刷,采用锚网索、梯子梁完成基本支护,对围岩进行深浅孔注浆加固、顶板及两帮关键部位布置组合砂浆锚索等加强支护,并通过数值模拟分析返修前后应力、位移场分布特征;最后,开展工业性试验,并监测矿压。结果表明:两帮及顶底板最大收敛量分别为93、112 mm,后期变形速率均低于1 mm/d,围岩变形得到有效控制,返修效果良好。

煤层渗透率影响因素综述与分析

文章详细地讨论了诸因素对煤层渗透率的影响 ,指出在常规情况下 ,有效应力、基质收缩等在煤层绝对渗透率诸影响因素中占据主导地位 ;并在以上分析的基础之上 ,提出了煤层气勘探开发的施工工艺中应该尽量避免渗透率的损失 ,或者尽量采用强化措施 ,对煤层进行改造 ,以提高渗透率 ,从而提高其开发能力。同时也指出了应加强对煤层孔隙度、渗透率的测定方法的研究以及煤层割理、孔隙发育机理的研究 ,为储层评价提供更为充分的依据。

煤系软岩相似模拟材料配比实验及其强度变化规律

针对煤系软岩相似模拟实验中填料和混合型胶结剂的配比问题,开展了材料配比实验,揭示了相似材料单轴抗压和抗拉强度的变化规律,建立了材料强度与填料与胶结剂比例(砂胶比)和不同胶结剂混合比之间的定量关系。研究结果表明:通过改变砂胶比以及胶结剂中水泥与石膏的比例,实现了煤系软岩相似模拟材料强度的大幅和小幅调整;砂胶比增大后,相似材料破坏特征由脆性劈裂转变为塑性剪切,且横向扩容现象显著;该实验建立的砂胶比、水泥石膏比两个因素与相似材料强度的拟合关系可为煤系软岩相似模拟实验提供参考,同时实验过程和数据结论也为学生开展自主探索实验提供了拓展基础。

红层软岩隧道围岩稳定性及支护时机研究

新奥法作为一种目前国内外地下工程建筑及隧道施工时普遍应用的方法,其原理与优势得到了广泛认可。为分析红层软岩隧道施工中的围岩稳定性和支护合理性,根据成贵高铁南厂沟隧道工程实际情况,利用实时监测的隧道围岩拱顶下沉和周边收敛数据,基于新奥法理念研究了隧道围岩的稳定状况、变形规律以及二衬支护时机。结果表明:南厂沟隧道红层软弱围岩变形可分为变形急速增加阶段、变形相对稳定阶段和变形缓慢增加阶段三个阶段;针对围岩拱顶下沉和周边收敛的合理的拟合曲线,通过拟合计算可以得到围岩变形趋于稳定的时间,并据此提出合理地判定二衬施作时间的方法,可为类似工程提供借鉴。

露天煤矿顺倾软岩到界边坡空间形态优化

针对露天煤矿顺倾软岩到界边坡空间形态优化问题,以霍林河北露天煤矿三采区为工程背景,基于极限平衡理论与数值模拟相结合的方法,分析了纵采与横采开采方式下边坡二维与三维稳定性,优化设计了顺倾软岩到界边坡空间形态。结果表明:顺倾软岩边坡二维稳定性与平盘宽度近似呈正相关一次函数关系,与岩柱宽度近似呈正相关指数函数关系;当追踪距离小于100 m时,开挖位置、开挖角度对顺倾软岩边坡三维稳定性影响较小,当追踪距离大于100 m时,边坡三维稳定性系数与开挖角度呈正相关一次函数关系;当追踪距离大于200 m、岩柱宽度小于60 m时,边坡三维稳定性系数随追踪距离增大呈线性减小趋势;霍林河北露天煤矿三采区到界边坡最优空间形态为追踪距离50 m、沿底鼓区坡顶线以39°边坡角横采降深至24煤底板。

不同块度煤系软岩崩解性室内试验研究

煤系软岩遇水易软化崩解,基于不同块度煤系软岩的崩解性室内试验,探讨了干湿循环作用下煤系软岩耐崩解性指数和崩解物粒径分布的变化规律,并分析了产生崩解的原因。试验结果表明:(1)随着干湿循环次数的增加,煤系软岩耐崩解性指数呈指数关系降低,且降幅主要发生于前3次循环,并以第一次干湿循环所致降幅最大;(2)不同块度煤系软岩的崩解物均可定名为级配不良砂,其中0.5～5 mm粒径的颗粒含量能较为清楚地反映煤系软岩崩解进程,故建议该粒径范围作为评定煤系软岩崩解稳定的标准之一。

红层软岩填方路基压实方法的试验与分析

红层软岩在我国分布广泛。在红层软岩地区的公路建设中,填方路基病害问题一直非常普遍和突出。依托贵州仁赤高速公路,对目前常用的填方压实措施进行现场试验和分析,并提出合适的红层软岩填方压实措施。

临清坳陷东部石炭—二叠系煤系烃源岩特征及生烃史

临清坳陷东部石炭-二叠系煤系烃源岩极为发育,厚度大、分布广,对其进行生烃条件研究,对于深层的煤成气勘探具有重要意义。在烃源岩沉积特征研究的基础上,利用多种化验测试资料对烃源岩的有机地球化学特征进行了分析。研究发现,临清坳陷东部构造隆起带煤系烃源岩有机质较高,但氯仿沥青“A”含量和氯仿沥青“A”转化率偏低,埋藏较深的凹陷地区可能生烃潜力较大,尚需做深入的研究;生烃母质以产气态烃的III2型干酪根为主,其次为Ⅲ1型;康庄潜山等构造隆起区有机质成熟度较低,尚处于成熟阶段的初期,凹陷中煤系烃源岩埋深大,热演化程度较高,推测可能已经达到成熟-过成熟阶段。最后通过烃源岩热演化史的研究,确定本区煤系烃源岩的主要有两个生气期,其中第三纪-第四纪为本区的主要生气聚集期,受不同地区沉积埋藏演化差异的控制,以腰站断层为界,南区的主生气期为沙四-沙二期,北区为沙二-馆陶期。

山东巨野煤田3煤顶底板软岩水稳性特征

从遇水作用后的结构状态稳定性角度,山东巨野煤田3煤顶底板软岩分为浸水碎解、泥化(Ⅰ类)、浸水裂解(Ⅱ类)和不崩解(Ⅲ类)3种水稳类型。应用X衍射和电镜扫描分析结果表明,这3种类型软岩的全岩物质成分、所含粘土矿物种类及含量都比较接近,但在微结构形态却差异明显,反映出其水稳性主要受控于微观结构。

双排抗滑桩在高速公路煤系地层滑坡治理中的应用研究

煤系地层易发生人工滑坡,其具有地形缓、滑动面长、下滑力大的特殊性,然而,这种人工滑坡一般都难以处治。针对贵州省晴兴高速公路地久互通滑坡,分析其地质岩性与滑坡机理,进行下滑力计算,在分析计算的基础上提出采用双排桩支挡的方案,取得了良好的处治效果。

松软底板煤层突水注浆改造技术研究

本文根据肥城矿区兴杨公司地质采矿条件,深入分析了底板突水注浆改造技术对突水的防治作用,系统研究了注浆改造施工工艺,并以9803工作面为例说明复杂构造松软底板煤层,通过注浆改造结合一定的安全技术措施可以实现煤层的安全回采。实践证明,底板突水注浆改造防治技术措施在肥城矿区取得了良好的效果,具有较大的经济效益和社会效益。

红层软岩隧洞大变形特征及控制措施研究

以狮子山隧洞出口软岩洞段为研究对象,通过现场监测及数值计算,进行了围岩大变形特征分析和在不同衬砌厚度、衬砌支护时机及加临时钢支撑条件下的变形控制措施研究。研究结果表明:二次衬砌厚度以0.7 m为宜,若继续增加至1.0 m,变形减少幅度不明显;初期支护后若及时施作衬砌,围岩变形将得到有效控制,考虑围岩应力调整需一定时间,二次衬砌晚于初期支护5 d~15 d施作较为合适;施作临时钢支撑的洞段变形控制效果显著,但起效范围存在一定局限性。

露天矿顺层软岩边坡开挖变形特征与参数优化研究

针对露天矿含水软岩边坡在成坡后出现的蠕滑变形与顺层失稳问题,为确定极限稳定边坡角,以东明露天矿南端帮边坡为研究对象,在工程地质勘查与力学实验的基础上,采用有限差分计算程序FLAC3D研究了地下水作用下顺层软岩边坡的变形破坏特征,然后采用极限平衡法对比分析了地下水对边坡稳定性的影响程度,最后结合有限元强度折减法对边坡角进行优化设计。研究结果表明,地下水对东明露天矿南帮边坡稳定影响程度明显,考虑地下水作用时软弱岩层面位置的稳定系数比正常情况下低20.73%,综合考虑以上因素,最终确定南帮极限稳定边坡角为22°。基于有限元法和极限平衡法相结合的边坡参数优化设计方法,能够科学可靠地确定极限稳定边坡角,对于类似软岩矿山边坡角优化具有借鉴意义。

软薄基岩浅埋煤巷支护参数优化研究

针对我国西部矿区埋藏浅、基岩薄的煤层巷道支护密度大、成本高、施工复杂等难题,以某矿2203工作面回采巷道支护优化为工程背景,提出2种顶底板支护方案,采用COMSOL数值模拟软件对2种支护条件下围岩变形及应力分布进行模拟和分析。结果表明,在应力显现方面,方案A1B、A2B煤巷顶板的应力集中系数分别为2.8137和2.7146,两帮应力集中区范围集中在底板角;在塑性区方面,方案A2B煤巷顶板塑性区范围比方案A1B增加0.4 m,两帮破坏范围大致相同。通过应力及塑性区范围对比,综合支护成本、施工速度,选择方案A2B为最优支护方案。通过现场实践表明,优化后的支护方案能够满足巷道围岩控制要求,有利于该矿的安全高效生产。

厚硬顶板缓倾斜软煤层巷道围岩变形机制及控制

针对厚硬顶板缓倾斜软煤层巷道围岩变形破坏严重、支护作用效果差的难题,采用现场实测、力学建模、数值模拟及井下工业性试验相结合的方法,掌握了厚硬顶板缓倾斜软煤层巷道围岩变形破坏特征,揭示了巷道围岩变形破坏机制,分析了不同因素影响下巷道围岩的塑性区变化规律,提出了“底板锚杆孔扩孔灌浆+帮部注浆+非对称锚网索支护”的联合治理方案。研究表明:此类巷道围岩变形破坏明显不对称,并得出了此类巷道围岩易发生变形破坏的大致位置;增大坚硬顶板厚度与增大煤帮C(φ)值可有效减小巷道围岩不对称变形破坏范围;“底板锚杆孔扩孔灌浆+帮部注浆+非对称锚杆(索)支护”的联合治理方案可有效控制此类巷道围岩变形。

四川盆地页岩气与煤层气勘探前景分析

页岩气与煤层气是非常规气勘探的重要领域,国外早已进入实质性商业勘探开发。我国从本世纪初对页岩气关注渐增。页岩气以吸附、溶解、游离状态存在,形成于暗色高炭泥质烃源岩中。该文根据四川盆地烃源岩研究成果,论证了上二叠统龙潭组煤系利于煤层气成藏,有利区块位于华蓥山及其东南侧与南端地带。该地带以烟煤为主,瓦斯含量高、埋藏浅。上三叠统须家河组煤系,煤岩瓦斯含量低,有利页岩气成藏。有利区块有二:一是川西南威远背斜周缘及川南之北段区块;二是米仓山前缘,目的层埋藏较浅。油系泥质烃源岩有利页岩气成藏的层系是下侏罗统,有利区块位于川东北、川北有机质成熟度高的高陡构造翼部及盆地边缘浅埋带。下志留统龙马溪组、下寒武统筇竹寺组暗色泥质烃源岩,在盆地内早期有利页岩气成藏。现今因成熟度剧增,不利页岩气保存,而且目的层埋深大,可在老气田"立体勘探"时关注。但在大巴山靠盆地一侧,江南古陆西北缘,其有机质成熟度有降低的趋势,不失为页岩气成藏的有利地带。

煤系软岩地层斜巷过揭煤段支护优化与实践

为科学设计煤系软岩地层斜巷过揭煤段支护,引入体积损伤因子,分析煤系软岩地层受揭煤扰动的影响;采用理论分析和数值计算方法,研究了围岩体自稳性和支护受力分布;将形变压力和散体压力分析结果相结合,对淮南潘三煤矿深部水平联络斜巷支护方案进行优化。支护优化结果及工程实践表明:预注浆强化煤系软岩地层巷道拱部、增加锚索连梁、减小支架跨度,是保障煤系软岩地层斜巷复合支护安全的重要技术措施。

深部软弱围岩流变应力恢复法地应力测量技术及应用

简述了深部软弱围岩流变应力恢复法(RSR法)地应力测试的原理、测试仪器及测试过程,并给出了该方法在平煤一矿测点约877m处的三维地应力状态实测数据。测量结果显示:三个主应力中,最大主应力和最小主应力近于水平,中间主应力近于垂直,属于水平构造应力场类型;最大主应力方向近于NW—SE方向,与平顶山地区近期的构造运动历史相一致。该方法测得的结果与应力解除法的测量结果相吻合;实测表明流变应力恢复法具有较大的使用价值,特别在深部软弱破碎的复杂地质条件下,在传统地应力测试方法难以实施时,该方法仍能顺利实现,适应性较强。

某路堑高边坡稳定性评价及优化设计

镇清高速回龙寨服务区K9+700左侧属于典型破碎顺层软岩路堑高边坡,由于坡体岩质复杂,出现坡顶变形开裂和小型浅层土质滑坡等问题,施工过程中面临整体滑坡风险,由此产生边坡下部开挖及加固问题。以此高边坡工程为研究对象,利用历史和现状地面勘察的方法定性分析了潜在安全问题以及关键技术难题,基于坡体目前临界稳定状态,结合现场地质调查及参数反分析方法综合确定了现有条件下的边坡岩土力学参数,结合实际情况设计3种开挖及加固方案,并基于数值模拟方法综合评价了该边坡的稳定性。主要结论:不施加加固措施直接开挖和按初始加固设计的两种情况均不满足边坡稳定性安全控制标准;通过不同开挖及加固方案的费效性对比,开挖方案2在保证稳定的基础上最经济,为最优开挖加固设计方案。

红层软岩隧洞施工过程围岩大变形特征及其支护

红层软岩作为一种特殊的地质结构具有变形量大及流变性的特点,在该地质条件下开挖隧洞可能会出现围岩大变形甚至发生失稳坍塌等安全事故。针对滇中引水工程的磨盘山隧洞部分洞段要穿过红层软岩地区并面临着围岩大变形的难题,采用有限元软件对隧洞围岩变形规律及支护措施进行数值分析。结果显示:隧洞开挖后洞周发生较大的应力集中,导致围岩变形量和塑性区范围较大,在软弱断层带部位变形量高达285.5 mm,塑性区深度达10 m左右,远远大于硬岩对应值。隧洞开挖后对围岩进行临时支护以及永久衬砌,两者对减小围岩变形量和塑性区范围均有较为明显的作用。