盾尾密封失效诱发砂土地基盾构管片环失稳坍塌研究

盾构管片环失稳坍塌案例时有发生,探究其失稳坍塌发生条件对于预防重大安全事故发生具有重要意义。基于Midas GTS建立30环考虑环缝螺栓作用的荷载−结构计算模型,从盾尾管片环地基掏空和盾尾姿态突变2个方面探讨盾构管片环结构失稳破坏过程及失稳坍塌的发生条件。结果表明:盾尾渗漏使盾尾壳体失去了周围地基的有效约束作用,盾尾发生前仰后俯的姿态变化,隧道结构发生横向“横鸭蛋”和纵向挠曲变形,最终导致部分管片环坍塌。盾尾下沉位移是诱发管片环失稳坍塌的主要因素,盾尾下沉导致隧道纵向变形快速发展,快于盾尾渗漏引起管片环周围地基掏空所导致的隧道纵向变形。当盾尾下沉位移大于0.50 m且掏空范围大于5环、盾尾下沉位移大于0.45 m且掏空范围大于10环、盾尾下沉位移大于0.40 m且掏空范围大于11环时,环缝最大张开量超过单根螺栓极限应力时的环缝张开量47.43 mm,部分纵向螺栓被拉断,管片外水土发生喷射,加快管片环外砂土快速流失。当盾尾下沉位移大于0.5 m且掏空范围大于9环时,环缝最大张开量超过65.2 mm,管片环椭圆率超过46.1‰,最终诱发多环管片环失稳坍塌。研究结果可为盾尾渗漏诱发的重大安全风险评判提供参考。

缝网压裂导流能力实验研究——以华池区长7致密砂岩为例

为了搞清华池区长7层位缝网导流能力变化规律,针对缝网多级裂缝和多尺度裂缝的问题,开展了缝网表征、支撑缝宽与铺砂浓度模型建立、多尺度裂缝支撑剂参数选择以及导流能力实验等方面工作。结果表明:1)树状缝网由于自相似性,在缝网多级裂缝表征和理论研究上较为方便;2)在树状缝网树分支为2条件下,基于多尺度裂缝缝宽特性,得到主裂缝支撑剂目数下限为40/70目、铺砂浓度上限为7.5 kg/m^(2),次级裂缝支撑剂目数下限为70/120目、铺砂浓度上限为5.0 kg/m^(2),微裂缝支撑剂目数下限为70/120目、铺砂浓度上限为3.0 kg/m^(2);3)在主裂缝、次级裂缝和微裂缝铺砂浓度均提高2.0 kg/m^(2)条件下,主裂缝导流能力提高1.3倍,次级裂缝导流能力提高1.6倍,微裂缝导流能力提高4倍,说明提高铺砂浓度对于增加次生裂缝导流能力更有效;4)铺砂浓度、支撑剂目数及闭合压力与填充缝宽实验结果说明,铺砂浓度是填充缝宽的主要影响因素。以上成果认识,对于现场缝网压裂的支撑剂参数选择以及提高缝网导流能力具有指导意义。

浅埋煤层沙土质冲沟坡体下开采矿压显现特征

为了分析在冲沟坡体下浅埋煤层开采工作面矿压显现特征,基于冲沟发育的矿区浅埋煤层地质条件,以工作面背沟开采为主要方式,采用物理模拟和理论分析的方法,研究了浅埋煤层冲沟采动坡体活动特征。结果表明：冲沟坡体下开采时,基本顶初次破断具有不对称性;冲沟采动坡体被地表超前裂隙切割成多边块状,并在两侧坡体的夹挤摩擦作用下缓慢回转下沉;相同地质条件下,坡角越大,采动坡体对工作面矿压显现影响越大。同时,建立了在冲沟坡体下采场基本顶初次破断的力学模型,分析认为在冲沟发育浅埋煤层条件下,基本顶初次破断时开切眼侧与推进侧岩块长度比值为1~1.33。

小保当煤矿风积沙松散层三维地震地质特征研究

小保当一号矿井地形起伏较大,地质构造复杂多变,传统勘探技术难以满足该矿井全方位勘查的需要,严重制约矿井的安全高效生产。以该矿井首采区地质条件为研究背景,综合应用理论分析、现场试验以及现场勘探等方法,判定矿井风积沙松散层首采区为地震勘探地质一般区,得出了影响该区域内三维地震勘探的影响因素为地形因素、激发因素以及接收因素,制定了适用于风积沙松散层三维地震勘探方案,查明了勘探区内风积沙松散层厚度在50~115 m之间变化,南部最厚达到115 m;勘探区内各煤层厚度整体表现为由西北向东南逐渐变厚的变化趋势,煤层总体呈向北西倾斜的单斜形态;勘探区内2^(-2)、5^(-2)煤层共有9条断层且均为正断层,其中落差大于5 m的断层2条。

浅埋煤层老顶岩块回转过程中的溃沙分析

分析了浅埋煤层老顶破断岩块回转过程中的溃沙机理,在岩块不发生回转失稳的条件下,确定了浅埋煤层中防沙开采的合理采高计算公式,计算得出岩块端角接触面的高度;通过不同岩块端角接触面高度滤沙实验得出了不发生溃沙的最小接触面高度是5.0 m,根据这一结论设计的安全采高与传统的防沙安全采高设计相比大大提高了煤炭采出率,顶板基岩很薄的1203工作面开采出现突水而未溃沙证实了实验结论的可靠性。

煤层冲刷带的分类及预测

针对现有煤层冲刷带的分类及其命名存在的问题,提出了新的分类方案,阐述了煤层冲刷带各类型的主要特征,并介绍了煤层顶（底）板砂体等厚图对煤层冲刷带的预测作用,预测方法步骤及预测实例。

应用电成像测井识别鄂尔多斯盆地薄互层砂泥岩

鄂尔多斯盆地西北缘上古生界石盒子组盒8段与山西组致密砂岩气藏中发育大量薄互层砂泥岩,此外,还发育少量煤层。薄互层砂泥岩岩性变化快,孔隙结构复杂,储集性能差异大,具有较强的非均质性,薄互层岩性精细识别难度大,资源量评价往往漏掉薄层砂岩的潜力。利用岩心描述、物性测试及常规测井与全井眼微电阻率扫描成像测井等资料,通过岩心刻度测井信息,开展石盒子组盒8段与山西组地层中不同岩性的常规测井与全井眼微电阻率扫描成像测井响应特征分析。优选出对岩性反映较敏感的自然伽马、声波时差和铀测井曲线,建立测井曲线交会图版进行岩性识别。结果表明,交会图版对厚层(≥1 m)砂泥岩及煤层岩性有较好识别效果,对薄层(<1 m)岩性识别效果较差。利用全井眼微电阻率扫描成像测井高分辨率优势对薄层测井响应进行标定,总结薄层砂岩、泥岩的发育规律。结果表明,薄层砂岩通常夹于泥岩之间,自然伽马具有高背景下低回返、三孔隙度曲线略向右偏移、双侧向电阻率具有低背景下的高回返响应模式。将岩性识别图版和薄层岩性测井响应模式应用于目的层段井筒剖面,有效提高薄互层砂泥岩岩性解释精度,为鄂尔多斯盆地西北缘上古生界石盒子组盒8段、山西组储层与烃源岩精细评价提供依据。

风积沙厚度对浅埋煤层大采高工作面矿压显现的影响

针对神东矿区大柳塔煤矿52304工作面通过风积沙较厚区域时强烈的矿压显现现象,通过理论分析与物理相似模型以及现场测试等方法,建立工作面过风积沙区域时的力学模型,分析风积沙厚度对大采高工作面矿压显现规律的影响,对风积沙厚度对工作面关键层力学稳定性做出分析,并通过数值模拟对影响性进行研究。研究结果表明:风积沙厚度较大的开采区域,作用在覆岩主关键层结构上的载荷较大,造成主关键层破断块体的结构回转变形失稳,造成工作面矿压显现极强烈;大采高和风积沙厚度较大条件下距煤层较远的主关键层破断运动也会对工作面矿压显现产生影响,且采高、厚风积沙因素缺少其中一个时,主关键层均不会对工作面矿压产生明显影响。

红庙矿易燃煤层采空区注砂防灭火技术

红庙煤矿开采煤层变质程度低,自然发火期仅为1.5～3个月,在工作面后方采空区内浮煤经常发生自燃。经过多年的防灭火经验,当工作面内布置有灌浆管路时,从工作面下端向上端方向依次注砂,在采空区内形成一道砂墙,有效地控制了浮煤自燃。经计算机模拟计算和注砂措施的效果考察,给出了试验工作面的最佳注砂砂墙长度。

35m厚流砂层旋喷围井试验

为了探究深厚流砂层煤矿斜井旋喷注浆支护技术,在陕北某矿区开展现场35 m厚流砂层旋喷注浆围井试验,并通过质量检验评价围井结构体系的可靠性。围井的质量检验主要包括内外排桩体搭接处钻芯取样的28 d抗压强度试验和钻孔压水试验。试验结果表明,旋喷围井结构体在35 m厚流砂层中桩体完整,内外排搭接良好,桩径可以得到保证,且钻孔压水试验所得的渗透系数为10-6cm/s;但由于封底桩施做时,内排桩已基本凝固成型,致使封底桩与内排桩搭接较差,出现渗漏。

浅埋煤层关键层研究

根据浅埋煤层的特点，提出了覆岩全厚整体台阶切落的判断公式，补充了关键层理论在浅埋煤层应用中的判定准则．分析了不同覆岩岩层关键层的层位，指出地表厚松散层浅埋煤层覆岩中两层坚硬岩层均为关键层，为其长壁工作面来压剧烈的原因提供了理论依据．

用测井曲线参数测煤层顶板砂岩层含水性

为准确评测煤层顶板砂岩层含水性,根据煤矿采区钻孔的测井资料,构建煤层顶板砂岩层含水响应与测井曲线参数相关关系模型,并以皖北某矿6-1煤层顶板砂岩层为例,预测煤层顶板砂岩层的含水特征。结果表明:视电阻率参数与岩层含水饱和度具有良好的相关性,利用测井曲线参数预测煤层顶板砂岩含水性具有可行性。所获得的采区岩层含水饱和度分布情况对矿井安全生产具有一定的指导意义。

厚风积沙薄基岩浅埋煤层保水开采研究

厚风积沙薄基岩浅埋煤层实现保水开采,关键是煤层开采后在上覆岩层中形成的导水裂隙带是否破坏了含水层底部隔水层的稳定性。在分析含、隔水层的分布特征以及基岩层的物理力学特性的基础上,结合采动岩层内部移动变形规律,推导了岩层层向拉伸变形的计算公式,给出了一种预计导水裂隙带高度的预测方法,并结合相似模拟实验确定了厚风积沙薄基岩浅埋煤层开采覆岩导水裂隙带发育高度,研究成果为保水开采提供了理论指导。

煤层对砂岩地震反射特征的影响及其地震岩性学意义——以鄂尔多斯盆地山2段为例

针对鄂尔多斯盆地二叠系山2段煤层直接上覆或下伏于砂岩的地层结构特征,设计了六个地质模型（包括3个层状砂岩模型及3个楔状砂岩模型）,利用褶积模型,将相应的反射系数模型与主频为5~120Hz、步长为5Hz的0°和90°相位的雷克子波进行褶积（采样间隔为1ms）,从而得到了不同子波主频的合成地震记录。通过提取合成地震记录的砂岩顶、底界面或砂岩中心振幅,首次模拟了0°和90°相位子波情况下煤层对砂岩地震反射特征的影响。结果表明：煤层的厚度、位置及与砂岩的距离对砂岩地震反射的调谐频率、振幅及极性都会产生影响,煤层可以使砂岩地震反射同相轴极性反转,以致于难以预测薄层砂岩厚度,特别是当煤层厚度不稳定或煤层与砂岩的距离发生变化时,砂岩顶、底界面或中心的振幅不能反映薄层砂岩的厚度;在存在不同厚度、位置煤层的情况下,应考虑采用其他方式预测薄层砂岩的厚度,如利用不同位置的振幅地层切片等。

淮南煤田第四含煤段砂体的演化特征及对煤层厚度的控制

讨论了淮南煤田第四含煤段砂体的演化特征及其对 13- 1煤层厚度的影响。研究表明 ,煤层底板砂体展布型式变化较大 ,继承性较差 ,反映出网状三角洲平原上分流河道发育特点 ;顶板分流河道沉积作用以垂向加积作用为主 ,岩体演化具有较好的继承性 ;在靠近煤层发育的时期内 ,底板砂岩和煤层空间分布呈现互为消长的关系 ,而在顶板砂体发育的早期 。

浅埋煤层覆岩关键层结构分类

以神东矿区浅埋煤层开采为工程背景,对浅埋煤层覆岩关键层结构的类型及其破断失稳特征进行了研究.结果表明,浅埋煤层覆岩关键层结构类型可分为单一关键层和多层关键层结构;单一关键层结构又分为厚硬单一关键层结构、复合单一关键层结构、上煤层已采单一关键层结构3种类型.单一关键层结构是导致浅埋煤层特殊采动损害现象的地质根源,浅埋煤层单一关键层结构采动破断运动不仅对工作面矿压产生影响,同时会影响顶板涌水溃沙和地表沉陷.关键层破断块体结构承担的载荷层厚度大而不能满足砌体梁结构不发生滑落失稳的条件,从而导致关键层破断块体滑落失稳,这是导致神东矿区浅埋煤层单一关键层结构工作面易出现台阶下沉和压架出水等采动损害问题的力学机理.确定了神东矿区浅埋煤层覆岩关键层结构类型的判别方法.

铁法矿区煤层冲刷带研究

论述了铁法矿区冲刷带发育的地质背景 ;指出比较常见和对煤层破坏程度较严重的冲刷带成因类型是同沉积河道冲刷带、沉积后河道冲刷带和继承性河道冲刷带 ,并阐明了它们的识别特征。在对铁法矿区煤系沉积相分析的基础上 ,利用煤层顶板砂体等厚图对大隆井田 4 # 煤层中的冲刷带进行了预测 ;揭示了铁法矿区煤层冲刷带的总体分布规律。

浅埋煤层厚沙土层采动卸荷破坏的“拱”状数学模型

在物理相似模拟试验发现浅埋煤层地表厚沙土层初采期间的“拱”状破坏特征的基础上,建立了“拱”状数学模型,为进一步探讨关键层(关键块)与其上表土层的耦合问题奠定了基础.

薄基岩浅埋煤层开采覆岩移动演化规律分析

针对薄基岩浅埋煤层过沟谷地形开采时工作面易引发动压灾害的问题,通过理论分析并结合数值模拟,对神东矿区哈拉沟煤矿22206工作面过沟谷开采过程中覆岩移动演化规律及引发的突水溃沙现象进行了研究,结果表明:22206工作面初次来压步距为60 m,初次来压时动压现象明显;工作面至沟谷地形上坡段矿压显现最为剧烈。分析了采动过程中节理的发育特征及塑性区分布情况,提出工作面开采突水溃沙治理应以切眼处呈75°破断角位置对应的切落垮落带范围为重点治理区域。

布尔台矿井3^(-1)煤层冲刷带特征及预测

通过井下地质观测研究,对布尔台矿井3-1煤层冲刷带砂体的岩性、赋存特征和几何形态进行了描述,阐明了其识别特征。在对该矿井煤系沉积相分析的基础上,利用3-1煤层顶板砂岩等厚线图对冲刷带进行了预测,分析了矿井煤层冲刷带的总体分布规律。