DEVELOPING LAW OF WATER-CONDUCTING FISSURE ZONE AND STRESS VARIATION

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郯庐断裂转换段新沂地裂缝成生机理及构造意义

新沂地区处于郯庐断裂带转换段的关键部位,自20世纪70年代以来在新沂地区共发现地裂缝灾害点28处。这些地裂缝以群发的形式发育在南马陵山以西、沂河—骆马湖以东的区域内,地裂灾害影响区面积达100 km^(2)。新沂地裂缝与地层结构、地震活动、地下水开采等因素有着千丝万缕的联系,对其研究形成了多种观点。利用实地调查与勘探手段,新近查明了新沂地裂缝的基本特征,它们具有走向一致性、纵向尖灭性、局部群发性等特点,且与邻近断裂(郯庐断裂带次级断裂F3)具有高度一致性,属于区域构造控制型地裂缝。以新沂地区地质构造为原型,构建了逆断层作用下地裂缝成生物理试验模型。试验结果表明,随着逆断层断距加大而依次呈剪裂段、离层段、弯裂段等发展过程。结合新沂地区“地堑地垒地堑”组合结构,新沂地裂缝的成因机制可概括为“跷跷板”构造模型,在构造应力、自重应力、地下水波动等作用下,下沉段受挤压,上升段因抬升而弯裂,从而形成地裂缝。研究新沂地区地裂缝,对揭示郯庐断裂带“北中南”段构造变化和“深浅表”部结构联系具有重要的指示意义。

蹬空开采条件下雨汪煤矿的110工法相似模拟研究

以雨汪煤矿1010201工作面为研究背景,开展蹬空开采110工法相似模拟试验研究,利用应变监测系统和MatchID散斑非接触测量系统,从应力场和位移场2个方向监测不同阶段上覆岩体和巷道围岩的变形特征,探究上覆岩体裂隙带运动规律。研究结果表明,推进40 cm时,非切缝侧直接顶出现部分垮落;推进80 cm时,直接顶完全垮落;推进100 cm时,基本顶大面积垮落,工作面被完全填充,上覆岩体变形趋于稳定。垂直位移监测云图表明,顶板最大垂直位移为34 mm,底板最大垂直位移为16 mm。说明切顶卸压技术和NPR锚索支护补偿力学理论对超载条件下的蹬空开采仍然具有良好的适用性,通过垮落岩体的碎胀效应对工作面充填支撑,使得基本顶范围内岩体和巷道围岩变形得到了良好的控制,一定程度地减小了地表沉降,并且沿空留巷效果显著,为实际工程施工提供了科学依据和理论指导。

板集煤矿导水裂隙带发育高度研究

板集煤矿110504工作面平均煤层厚度6.1m,属于厚煤层开采,上覆平均厚度约1.6m和75m处存在含水层,矿井安全生产受顶板含水层威胁严重,亟需开展导水裂隙带发育高度研究。本文开展数值模拟研究了覆岩裂隙演化规律,通过运用UDEC 7.0软件建立开采模型描述工作面推进过程中的导水裂隙带演化规律,得出工作面推进至50m时直接顶开始垮落,推进至70m时直接顶完全垮落、基本顶部分垮落,推进至140m时形成了明显的垮落带和裂缝带区域,推进至190 m时导水裂隙带高度达到最大值66 m,垮落带高度23 m,裂缝带高度43 m;开展了电法测试,运用网络并行电法在110504工作面轨道顺槽内进行现场实测,得出工作面应力超前影响距最大为58 m,裂缝角为69.62°,导水裂隙带最大高度73 m,垮落带高度27m,裂缝带高度46m。数值模拟结果与电法测试结果基本一致,研究成果对相似地质条件下的导水裂隙带高度研究具有重要意义。

红河断裂对莺歌海盆地地热系统的控制作用

基于莺歌海盆地地热背景,从地热系统的水源、流体通道、热储和盖层4个方面系统地去评价红河断裂对其的控热作用。研究结果表明,通过水样、气样分析,断裂构造在地热水循环中起到重要的控制作用;红河断裂的差异变形显著影响裂隙型热液热储的平面分布范围和纵向发育深度的异质性;莺歌海盆地地热系统是以地幔热物质作为主要热源,红河断裂带和盆地内中央凹陷底辟带为主要通道,裂隙型热液热储和上部大面积水道、海底扇、三角洲等储集体为主要热储,莺歌海组巨厚泥岩为主要盖层。

榆树泉矿煤层开采覆岩破坏物理模拟试验研究

为研究煤层开采覆岩破坏情况,以榆树泉矿为工程背景,采用物理相似模拟试验,分析了煤层开采过程中覆岩的破坏规律,结合经验公式计算,确定了煤层开采覆岩导水裂隙带高度。结果显示,随着煤层开采,覆岩裂隙在纵向上的发育速度减缓,横向裂隙发育速度加快,范围扩大,且近工作面处的裂隙逐步向破碎型裂隙发展。覆岩形态在横向、纵向以及整体上呈现出先扩展延伸而后趋于稳定的特点,覆岩形态最终趋于“马鞍形”。覆岩位移量随着距煤层工作面垂直距离的增加而减小,并且位移量由两侧向中部递减。模拟导水裂隙带的发育最大高度为65 m,与经验公式计算的结果吻合,裂采比约为16。研究结果可为榆树泉矿顶板水害防治提供科学依据。

云冈煤矿充填开采设计与顶板覆岩变形破坏时空演化规律研究

以云冈煤矿8402工作面充填开采为背景,首先制备了5种不同配比的矸石浆,开展了泌水率、凝结时间和单轴抗压强度测试,根据使用要求和成本要求选择了合理的矸石浆配比,并进行了充填液压支架与充填开采工艺设计;考虑岩体力学参数随开采应力的变化,基于HoekBrown模型,采用FLAC3D软件研究分析了有无充填2种条件下8402工作面顶板覆岩的变形破坏时空演化规律。研究结果表明:水泥和粉煤灰用量分别为180 kg/m^(3)和210 kg/m^(3)时,可同时满足云冈煤矿8402工作面充填开采使用和成本要求;无充填条件下8402工作面周期来压步距约18~25 m,裂隙带发育高度约108 m;而85%膏体充填条件下工作面周期来压步距约36~40 m,裂隙带发育高度则约43 m;85%膏体充填下工作面向前推进120 m后,其地表最大沉降和最大倾斜基本保持为165 mm和2.62 mm/m不变,小于规范的规定要求,能够确保地面建筑的安全。

煤矿覆岩裂隙带长钻孔瓦斯抽采技术研究

针对煤矿覆岩裂隙带瓦斯具有危害大,难抽采的特点,为有效治理该类瓦斯,以山西某矿覆岩裂隙带瓦斯赋存工况为背景,基于长钻孔瓦斯抽采理论,研究了长钻孔瓦斯抽采技术在覆岩裂隙带瓦斯治理中的应用,通过应用模拟软件分析了顶板裂隙带发育高度,设计了抽采钻孔参数,监测了瓦斯抽采体积分数,分析了瓦斯抽采效果,发现瓦斯抽采体积分数呈倒“V”形趋势,通过长钻孔抽采,采煤工作面上隅角瓦斯体积分数从0.55%变为了0.35%,出现了显著降低,达到了较好的瓦斯抽采效果,可为类似工况下覆岩裂隙带瓦斯的治理提供参考。

近距离煤层群隔层“探、治”瓦斯技术体系研究及应用

为解决贵州地区近距离复杂群层群采掘过程中邻近煤层瓦斯防治难题,提出了包括邻近煤层瓦斯参数探查技术、保护层开采上覆岩层“三带”范围考察技术和邻近煤层瓦斯抽采防治技术的隔层“探、治”瓦斯技术体系。该技术体系在安顺煤矿的应用结果表明:M9煤层工作面采空区冒落带和裂隙带高度分别约为3.8 m和15.7 m,能够有效增益上覆M8煤层瓦斯治理;临近煤层瓦斯抽采效果受到抽采孔空间位置、长度和工作面推进情况影响,高位钻场、高位巷、高位定向长钻孔和密集穿层高位钻孔抽采方式的抽采纯量分别能达到12、37.7、10.0、40.1 m^(3)/min,高位巷和密集穿层高位钻孔抽采效果更优。研究成果为贵州地区煤层群瓦斯高效治理提供了理论和工程实践基础。

新疆塔什店矿区导水裂隙带发育高度预测

上覆岩层具有含水层的煤层开采有煤层透水的潜在危险性,有效预测导水裂隙带发育高度对预防开采过程中煤层透水具有重要意义。新疆塔什店矿区一号矿井具有7层煤层,亟需开展导水裂隙带发育高度预测,评估上覆含水层对煤层开采的影响程度。本文采用典型有限差分软件FLAC3D,对塔什店矿区一号矿井煤层开采覆岩发育规律进行模拟分析,揭示多层煤层开采时导水裂隙带与上覆含水层的位置关系。结果显示,在煤层推进长度为600 m时,煤层开挖后上覆含水层底板产生较小程度的下沉。导水裂隙带高度扩展至81煤层顶板以上30~40 m,距含水层底板仍有57~67 m距离,煤层开采导水裂隙带难以扩展至该含水层。各煤层开挖后,含水层底板位置的垂直应力与开挖前相差较小。该研究成果可有效指导塔什店矿区一号矿井煤层开采活动。

基于多频无线电坑透技术的煤矿地质综合勘探研究

为提高煤矿安全开采的保障能力,研究基于多频无线电坑透技术的煤矿地质综合勘探方法。构建基于“一发双收”的多频无线电坑透方法,采用0.5 MHz与1.5 MHz两种频率,对焦煤公司下属矿井进行煤矿地质综合勘探。经勘探可知,该矿区1101工作面存在3个异常区域,YC1异常区存在煤层裂隙发育与破碎问题,YC2异常区存在旧采空区,YC3异常区存在以往巷采产生的旧采空区,该勘探结果较为精准,未出现遗漏现象;在勘探1131工作面时,发现存在5条地质异常冲刷带,且能有效分析每一冲刷带的严重程度与煤层冲刷情况。该方法可有效实现不同矿区工作面的综合勘探。

煤矿导水裂隙带发育高度分析-基于模拟和实测相结合方法

综放工作面导水裂隙带发育高度关系到煤矿防水治理、采空区上隅角及回采巷道瓦斯治理、煤气共抽采、水下采煤等工作,为研究综放工作面导水裂隙带的发育高度,以李家窑煤矿82210工作面为研究对象,通过理论计算、数值模拟和现场探测等手段,综合分析了工作面软覆层导水裂隙带的最大高度和发育位置,计算得工作面导水裂隙带高度分别为48.3~60、46、45.54 m和46.4~47.2 m,现场检测和数值模拟的导水裂隙带最大高度在理论计算的取值范围内;而当工作面宽度为80 m时,导水裂隙带的发育高度仅为24 m,与现场观测得到的导水裂隙带最大高度(45.54 m和46.4~47.2 m)相差较大,说明增大工作面尺寸可以改变覆岩的开采程度,从而改变覆岩的结构特征,增加导水裂隙带发育高度。

再论采场“三带”的划分方法及工程应用

为解决现有导水裂隙带发育高度确定方法存在的不足展开了研究,研究基于采场覆岩"三带"的划分展开。采用相似模拟实验、理论分析及现场验证等方法和手段,通过理论分析并结合相似模拟实验发现,一次采出煤层厚度、工作面开采范围、覆岩残余碎胀系数、关键层与煤层之间的距离以及关键层自身的运动特点均是影响采场覆岩"三带"分布的影响因素。在此基础上,提出了基于关键层稳定及断裂后运动特点的采场覆岩"三带"划分的新方法及其适用条件。应用所提方法对祁东煤矿7130工作面、6130工作面、7121工作面、补连塔煤矿41301工作面、潞安煤矿6206工作面实际地质与开采情况进行划分结果的验证,结果表明,新方法更接近实测数据。

高密度电法在柳州太阳村镇岩溶塌陷区调查中的应用研究

为了查明柳州太阳村镇岩溶塌陷形成的地质背景,本文采用高密度电法对该塌陷区进行调查研究。研究结果表明:高密度电法对于确定土层的厚度,区分土层和岩石的分界面具有较好的效果,通过电阻率的分布及变化趋势,可以较好的圈定地下岩溶裂隙带的发育位置,结合地质资料,对识别断裂破碎带也有较好的效果。三个塌陷区的致塌地质背景不尽相同:第Ⅰ,Ⅲ塌陷区塌陷的形成与人类活动密切相关,分别由机井抽水及输油管道铺设引发;第Ⅱ塌陷区塌陷的形成与自然因素相关,由断裂破碎带触发。通过高密度电法反演结果断面图,能较准确地查明塌陷的潜伏隐患区:第Ⅰ塌陷区的隐伏区为通过抽水井的近东西向的岩溶裂隙带,第Ⅱ塌陷区地质灾害的潜伏区为断层西侧的岩溶裂隙带,第Ⅲ塌陷区的隐患区为输油管道附近东侧的岩溶裂隙带,均位于人类活动频繁附近地段及构造发育带。

煤层开采顶板导水裂隙带高度预测研究

为科学设计防水煤(岩)柱尺寸,探讨研究了顶板导水裂隙带高度预测方法。依据顶板导水裂隙带高度与各影响因素之间难以定量的复杂非线性关系,选择具有非线性映射、泛化及容错功能的BP人工神经网络方法,提取8个预测指标,以开滦等18个矿区顶板导水裂隙带高度测试数据形成样本集,建立了导水裂隙带高度预测的三层BP网络。网络以极小误差通过检验,网络计算得到各指标影响权重大小分布与目前的研究认识吻合极好,说明该方法具有合理及适用性。

衡水地区地裂缝空间发育特征与地下水位降深关系

通过浅层地震法及高密度电阻率法物探对河北衡水地区最近发现的3条地裂缝调查,探明了地裂缝地下发育深度、宽度、倾向等,发现地裂缝在地表与地下发育特征有明显不同:地表以一条地裂缝存在,在地下深处则以裂缝带发育,裂缝带两侧裂缝埋深不同,地下裂缝形态表现为上窄下宽。对该地区深层钻探、水文地质和多年地下水开采等资料分析表明,该地区的地裂缝是地质历史时期地质构造活动产物,开采深层地下水等资源则是促使地裂缝发展的主要原因。通过对不同地点地裂缝发育深度与近36年以来地下水水位降深的关系分析,结果显示:不同地区地裂缝发育深度与相应深层地下水水位降深呈线性关系。研究成果对地裂缝机理研究及预防开采深层地下水对地质环境的影响具有指导作用。

四川芦山2013年Ms7.0地震发震构造初步研究

2013年4月20日8时2分,四川龙门山断裂带的雅安芦山发生Ms7.0级地震,震中位于芦山县太平镇和双石镇之间,震源深度13～14km,震中最大烈度达IX级。震中区野外调查发现,尽管房屋建筑损坏较严重,但这次地震没有产生明显的地表破裂构造,仅见少量的地裂缝和喷砂冒水现象。高分辨率遥感图像解译、主余震分布、震源机制解等综合分析认为,该地震是龙门山断裂带西南段一次独立的破裂事件,属于逆冲型地震,沿双石-大川断裂中南段发生破裂,主破裂面西倾,倾角33°～43°,推断芦山地震与龙门山构造带底部滑脱带(13～19km)断坡构造活动有关。历史上,沿双石-大川断裂发生至少2次Ms6～6.5级地震,由此认为芦山地震是龙门山断裂带西南段特征型地震,与汶川地震不同。原地地应力测量和监测数据表明这是汶川地震后龙门山断裂带西南段应力释放的结果。

断层带爆炸裂隙区范围及裂纹扩展长度的研究

常用求算岩石内爆炸裂隙区半径的计算公式中忽略了冲击波的作用、粉碎区的存在以及爆生气体的准静态作用。本文对该公式进行修正后并引入断层带应力波衰减指数α,并对应力波损伤后的裂隙区的扩展长度进行分析计算,从而得出:考虑“预损伤”作用时的爆炸裂纹长度大于不考虑“预损伤”情况下的裂纹长度。

胶西北红布金矿地质特征及构造解析

胶西北红布金矿在焦家金矿田独具特色,它不同于一般意义上的构造蚀变岩型金矿,是发育在断裂带两侧花岗(闪长)质岩石中受密集节理裂隙带控制的细脉、网脉状金矿。构造解析表明红布金矿体主要形成于主断裂发生右行走滑的构造应力环境,其主压应力方位大致为SWW－NEE,主压应力轴近水平,含矿裂隙表现为张剪性质。

论煤层底板采动裂隙带的深度及分布特征

本文讨论了回采工作面底板的采动影响规律,提出了底板采动裂隙带最大深度的计算公式。根据现场实测资料及相似模型实验结果得出,在正常开采阶段,底板岩层处于采前压缩(增压)、采后膨胀(降压)及逐渐恢复的状态下;在永久煤柱的边缘区底板长期处于膨胀状态下,采动裂隙最发育,此处是承压水上回采工作面最易发生突水的部位。另外,本文采用弹塑性力学理论及实测资料分别得出了底板采动裂隙带最大深度的3种计算公式,并且应用现场实测资料分析论证了底板裂隙带的空间分布形态。