岩化法防渗支护体系稳定性离散元模拟研究

为验证岩化法防渗支护体系的稳定性,采用PFC软件基于非连续介质理论的颗粒离散元方法,对无支护强透水性地层、仅钢管模袋混凝土桩支护的强透水性地层、岩化法防渗支护体系支护的强透水性地层三种不同的工况,在基坑开挖过程进行稳定性数值模拟,从颗粒位移、接触力链以及位移矢量三个方面进行了对比分析,判断岩化法防渗支护体系提升了强透水性地层的防渗性能,同时提升了稳定性。

远场高位厚硬岩层破断运动机理及响应规律研究

掌握远场高位厚硬岩层破断运动规律对于地表剧烈沉降、强矿震等灾害安全防控具有重要作用。以营盘壕煤矿2201、2202工作面为研究背景,建立远场高位厚硬岩层破断力学模型,采用符拉索夫厚板理论分析白垩系砂岩组破断运动规律及其影响因素,并通过地表沉陷、微震响应规律进行验证分析。得出如下结论:(1)针对白垩系砂岩距煤层远、厚度大、整体性好的赋存特征,建立了远场高位厚硬岩层破断力学模型,采用符拉索夫厚板理论解算出了高位厚硬岩层初次破断临界力学条件。(2)随着抗拉强度增大,厚硬岩层破断悬露长度依次呈现缓慢增长、线性增长和指数型增长特征;随岩层厚度增大,厚硬岩层破断悬露长度近似呈现指数型增长;随着倾向悬露长度(工作面宽度)增大,厚硬岩层破断悬露长度呈现先增大后逐步减小的变化趋势。(3)营盘壕煤矿2201工作面推采过程中,厚硬岩层不会发生破断;当2202工作面推采至960 m左右时发生竖向“O-X”破断;随着工作面继续推进约188 m,厚硬岩层将发生周期性破断。(4)地表沉陷监测结果表明,2201工作面推采期间地表沉降值整体较小且无较大变化,以小能量微震事件为主;2202工作面推采期间地表下沉依次经历了缓慢下沉阶段、急剧下沉阶段、稳定阶段,大能量强矿震频率明显增大,大能量矿震发生位置与地表沉降最大值区域重合度较高,均处于“O-X”破断区域;地表下沉速度在距开切眼960 m处达到最大值9.87 mm/d,并诱发了“6·8”强矿震事件,验证了远场厚硬岩层破断规律的正确性。

金川矿区复杂地层钻探孔壁失稳机理与对策研究

金川矿区目前资源开采逐渐向深部转移,采用的主要探矿方式为在采矿巷道中布设中深钻孔,由于矿区地质条件复杂,常出现钻孔垮孔、造浆、地层涌水、破碎等情况,影响了勘察效率。为了解矿区复杂地层影响钻孔孔壁稳定性的原因,对从矿区采取的岩样进行理化分析、微观分析和力学性质分析,结果表明金川矿区钻孔孔壁失稳主要是因为钻探过程中遇强水敏性、强破碎、强涌水和高地应力地层。通过对矿区钻孔孔壁进行稳定性评价,从冲洗液技术和工程技术等方面制定了钻探技术对策,为矿区钻探施工提供了技术支撑。

关于琼东南盆地始新统地层研究的思考

始新统湖相地层是琼东南盆地原油勘探领域的主力烃源岩,历年来各轮资源评价结果均显示具有较好的石油勘探前景,但自1987年Ying9井首次钻遇油层至今,琼东南盆地原油勘探领域一直未取得重大突破。近年来寄予厚望的S3X井钻探失利具有一定典型性,笔者等以S3X井钻后分析为契机,通过与珠江口和北部湾盆地始新统地层对比研究,提出了不同于以往的看法。分析显示琼东南盆地已发现原油中,源于低等水生生物的C304-甲基甾烷含量,以及反映氧化还原条件的姥植比(Pr/Ph)参数,均弱于珠江口和北部湾盆地半深湖相优质烃源岩;琼东南盆地“低频—连续—强振幅”地震相特征与珠江口盆地钻井证实的半深湖相优质烃源岩地震反射特征差异较大;琼东南盆地在区域位置、构造演化与沉积充填模式方面与珠江口和北部湾盆地也存在明显差异,使得始新统湖相地层的分布规模和优质烃源岩的发育条件等方面,均弱于珠江口和北部湾盆地。因此,建议在与周缘盆地始新统地层的对比研究过程中应适度审慎,尤其是以陵水凹陷为代表的中央坳陷带始新统湖相烃源岩分布规模不宜过于乐观。同时,指出受地貌格局影响,不同凹陷海侵进程并不同步,琼东南盆地除始新统发育湖相地层外,渐新统崖城组早期部分凹陷也具有发育湖相地层和油型烃源岩的条件,这一新观点在一定程度可扩展琼东南盆地原油勘探研究的局面和思路。

穿越强岩溶发育与煤系地层隧道施工关键技术与管理研究

以贵州德余高速公路第四合同段隧道工程中的青杠坡隧道为工程背景,深入分析了穿越强岩溶发育与煤系地层隧道的施工关键技术与通风技术。其中瓦斯段施工需根据围岩等级的不同采用预留核心土环形开挖法和台阶法两种方式进行开挖,岩溶地段施工需对溶洞进行相应技术处理;通过对隧道所需通风量进行计算,给出了相应通风方案,结合相关施工经验,总结了一套通风管理方案。

采空区坚硬顶板破断机理与灾变塌陷研究

以坚硬顶板下的房柱式和条带式采矿工程为背景,建立了表征采空区内矿柱支撑顶板的弹性基础板力学模型,研究顶板不同阶段的破断模式与突变失稳的力学过程.研究表明:当煤柱的有效承载面积逐渐减小到临界值时,非线性控制参数即可穿越分岔点集,顶板位移突跳产生极限点失稳,煤柱-顶板系统出现突然塌陷失稳.

近距离煤层工作面出倾向煤柱动载矿压机理研究

针对中国神华能源股份有限责任公司神东煤炭分公司大柳塔活鸡兔井21305工作面过上部倾向煤柱时的动载矿压问题,通过煤柱上方关键块体结构的稳定性分析以及模拟实验,对工作面出煤柱阶段动载矿压发生的机理和规律进行了研究。结果表明:出煤柱阶段煤柱上方两关键块体形成的三铰式结构是不稳定的,两关键块体会随下部岩层的下移而发生相对旋转运动,最终导致下煤层关键层断裂块体上覆载荷过大而失稳,这是造成此阶段工作面动载矿压发生的根本原因;两关键块体的回转角通常情况下无法达到维持其结构稳定的极限条件,这决定了出煤柱阶段工作面动载矿压的普遍存在;当煤柱边界上方关键块体结构断裂线外错于煤柱边界时,下部岩层对其支撑力的力矩最小,因而下煤关键层承受的载荷也就最大,故而最易导致下煤层工作面动载矿压的发生。

特厚煤层巷道掘巷支护防冲研究

针对华亭砚北煤矿2502采区250203上工作面掘进期间大能量事件频繁发生,提出以围岩的强弱强结构控制机理为基础,从能量的角度分析了防治巷道型冲击的方法。本文通过FlAC3D有限元软件对250203上材料巷建模,研究了锚杆、锚索各参数不同时对巷道围岩变形控制的影响,确定了较好的支护参数。提出一种加强支护保护区小结构强度的锚杆支护方案,为该矿厚煤层掘巷期间防止巷道型冲击提供了一些思路。

沟谷地形对浅埋煤层开采矿压显现的影响机理

针对神东矿区活鸡兔井工作面过沟谷地形时发生的动载矿压问题,通过现场实测、理论分析与模拟实验,就沟谷地形对浅埋煤层开采动载矿压显现的影响机理进行了深入研究。结果表明:浅埋煤层开采工作面过沟谷地形上坡段时易发生端面切顶、冒顶和支架活柱急剧下缩的动载矿压。由于覆岩主关键层在沟谷段受侵蚀影响而缺失,过上坡段时主关键层破断块体缺少侧向水平挤压力作用,不易形成稳定的"砌体梁"结构而滑落失稳,使得作用在下部单一关键层结构上的载荷明显增大而产生滑落失稳,从而引起工作面的动载矿压。若沟谷地形中主关键层未缺失,则浅埋煤层工作面过沟谷地形上坡段时一般不易产生动载矿压。该研究结果指导了活鸡兔井21305,21306工作面过沟谷地形动载矿压灾害的防治实践。

倾向煤柱边界超前失稳对工作面出煤柱动载矿压的影响

针对近距离煤层工作面出上覆倾向煤柱时的动载矿压问题,采用理论分析、数值模拟以及工程验证的方法,从煤柱边界超前工作面失稳的角度阐述了其对动载矿压灾害的抑制机理,并就煤柱埋深、煤层间有无关键层以及煤柱边界有无空巷等因素对煤柱边界超前失稳的影响规律进行了研究。结果表明:工作面临近推出上覆倾向煤柱时,煤柱边界的超前失稳会造成上部关键块体提前发生反向回转,从而能在工作面出煤柱时削弱关键块体结构回转运动对煤层间岩层作用的能量,最终减弱动载矿压灾害发生的几率和强度。上覆倾向煤柱埋深大、煤层间无关键层以及煤柱边界存在空巷均易导致煤柱边界发生超前失稳,从而可对动载矿压灾害的发生发挥明显的抑制作用。对于煤层埋深较浅或煤层间仅存在一层关键层等动载矿压灾害易发生的开采条件,可在处于下煤层工作面出煤柱一侧边界内开掘空巷,或对此区域实施人工预爆破,促使煤柱边界在工作面临近出煤柱时发生超前失稳,从而达到防治动载矿压灾害的目的。研究结果得到了神东矿区活鸡兔井和补连塔煤矿4个工作面出煤柱开采工程实例的验证。

巨厚覆岩破断运动与矿震活动规律研究

基于采场上覆岩层活动规律和冲击地压相关理论,以鲍店煤矿十采区103上工作面为研究对象,采用数值模拟和理论分析的方法,研究了上覆巨厚岩层的运动规律及诱发矿震的因素,通过对现场微震监测数据进行分析,验证了矿震事件与上覆岩层运动间的相关性。研究表明:"红层"砂岩未破断失稳前,工作面上方的2层亚关键层以组合形式运动,伴随能量小于104J的小矿震事件频发并贯穿整个工作面。当工作面推进到约350 m时,"红层"砂岩发生初次破断失稳,同时能量高于105J的强矿震事件频发,"红层"砂岩层位的矿震事件在平面位置上近似呈横向"O—X"型分布,在剖面位置上由"红层"砂岩下部逐渐向中部发展。

广义S变换用于含煤地层薄砂体预测研究

子洲地区二叠系山西组山23高阻抗石英砂岩形成于三角洲前缘沉积环境,埋藏深度浅,储集条件好,单井产量高.但是由于砂体很薄,且受邻近上部煤层和下部太原组灰岩及本溪组煤层的低频强反射干扰,薄砂体预测存在很大困难.本文将广义S变换薄层识别技术用于含煤地层薄砂体的刻画,提出了一套薄层识别流程,并用模型和实际资料进行了检验.该技术在子洲地区成功地刻画了薄砂体的分布及形态,为井位部署提供了很好的依据.

特厚煤层充分采动覆岩下沉规律研究

大同矿区特厚煤层临空工作面开采过程中强矿压显现问题较开采首采工作面时严重。为研究特厚煤层充分采动条件下的覆岩运移规律,采用采动覆岩内部岩移无线远程监测系统、钻孔电视窥视技术,对同忻煤矿8202工作面覆岩下沉位移变化进行了监测与分析,结果表明:特厚煤层大空间开采早期,覆岩会超前工作面出现自上而下的岩层变形破坏现象,之后才发生自下而上正常的层组破断下沉运移;采场覆岩变形破坏呈现阶段性台阶跃升的变化特征,与关键层所处位置具有一致的对应关系,表明关键层在岩层运动中起主控作用;充分采动条件下覆岩运动出现联动下沉现象。通过物理模拟试验进一步研究了充分采动时覆岩全地层联动下沉的本质,结果表明在主关键层初次破断前,各关键层的分组分层运动趋势较明显,当主关键层初次破断后,受各关键层周期破断长度及上下岩层复合破断规律的影响,覆岩下沉运移更易呈现全地层联动现象。

韩家湾煤矿浅埋近距房柱式采空区下开采动载研究

为研究韩家湾煤矿浅埋近距房柱式采空区及煤柱下开采的动载矿压,运用理论分析方法和物理相似模拟实验,采用应力和位移的监测手段,对综采工作面过房柱式采空区及煤柱进行模拟研究。研究表明,房柱式采空区下,工作面覆岩会随着下煤层关键层的破断而依次破坏,矿压显现较一般浅埋煤层开采剧烈,但未发生动载。而在进入区段煤柱期间,工作面只表现出比单一煤层开采时工作面压力较大,在出煤柱时则普遍存在动载矿压现象,动载易发区域在煤柱中的最后一次周期来压后10 m范围内。研究成果在韩家湾煤矿2405工作面进行了动载预测和防治。

重复采动下上覆高位巨厚岩层微震分布特征研究

以鲍店煤矿十采区3煤层开采为例,根据现场SOS微震监测数据,研究了上、下煤层重复采动下高位厚硬岩层的微震活动规律,分析了强微震分布与高位巨厚坚硬岩层的关系。研究表明:上煤层工作面的推进距离超过工作面长度后,高位硬厚岩层在工作面前方和采空区发生阶段性的高能量(104J)微震活动,并引起相邻采空区的连锁反应,微震活动强烈;下煤层重复采动时采出总厚度增加,高位硬厚岩层二次失稳运移,再发生阶段性强微震活动,但最大能量有所下降;微震大事件主要发生在高位巨厚岩层内,在时间上呈现阶段性,具有大步距式强微震与运移特征。

大倾角坚硬顶板厚煤层矿压规律数值计算

为了研究大倾角坚硬顶板厚煤层矿压显现规律,应用RFPA数值计算软件对大倾角坚硬顶板厚煤层顶煤的运动规律、顶底板的跨落规律及变形位移情况进行了模拟。得到主要结论为:大倾角煤层沿倾斜方向采场上覆岩层的移动和变形破坏特征是不对称的;上覆岩层在法向载荷的作用下普遍产生挠曲变形,变形规律为采场中上部下沉量较大,采场下侧下沉量较小;直接顶初次跨落步距约30 m;老顶初次来压步距约60 m,周期来压步距18～22m。

采场矿压计算分析方法

在１９８４年坚硬顶板分析的基础上＾［１］，根据工作面顶板岩层断裂前后的力学特征，建立了“弹性板与铰接板结构“力学模型。由该力学模型导出了回采工作面板来压步距、来压强度和支架载荷计算的解析表达式，并对一些典型工程实例进行了验算，理论计算与现场实测结果基本吻合。这一研究成果为回采工作面支护方案设计、顶板来压步距和来压强度计算预测以及支架工作阻力确定等方面提供了一种新方法。

冲击地压矿井厚煤层沿空掘巷支护关键技术研究

针对冲击地压矿井回采巷道普遍采用多级支护体系,支护效果差的现状,分析了围岩变形破坏机理,指出高应力、强动载荷和卸压、锚杆支护体系失效分别是冲击地压巷道围岩强烈变形的基础、特征和关键因素。结合试验巷道破坏特征及锚杆支护系统失效分析结果,认为巷道维护的关键是减弱围岩性质劣化对锚杆支护体系的影响,并提出了具有针对性的控制对策。依据研究结果,确定了新控制方案和参数,进行了井下工业试验,取得了良好应用效果。

基于微震监测的浅埋工作面动压预警技术研究

石圪台煤矿为更有效地预测预报动载矿压事故,应用KJ768微震监测系统对31201工作面回采期间进行监测。根据微震事件的数量及能量与顶板来压之间的规律,总结出3-1煤顶板来压预警数量指标为15个微震事件,总能量指标为4.0E＋10^5J;2-2煤顶板来压预警数量指标为30个微震事件,总能量指标为8.0E＋10^5J。根据预警指标准确预报了动载矿压事故,为矿井的安全高效开采提供了保障。

强富水地层隧道含水构造精细预报技术研究

锦屏水电站引水隧道群施工中面临高压大流量地下水,富水地段占隧道全长约40%,主要采取表面雷达、钻孔雷达及地震波CT 3种方法综合对地下水进行预报,在引入钻孔雷达后,预报隧道掌子面前方含水构造比一般物探方法要准确且直接得多。引水隧洞群工程自开工到全部洞室贯通4 a间,经过多次突涌水的考验,从典型断面突涌水实例可以看出:钻孔雷达与地震CT法相结合能够精细预报地下含水构造和岩溶分布范围,有效探测掌子面前方的不连续体,判断含水、破碎带情况,预报准确性高,效果良好。同时要重视地质分析,结合预报图件、地质资料、水文资料以及掌子面地质描述,开展综合细致的解译工作,才能更好地为地下水导排及安全预警提供设计依据。