大倾角大采高工作面煤壁失稳机理分析

大倾角大采高工作面煤壁灾变易诱使支架-围岩系统失衡,导致围岩稳定性控制复杂化,故煤壁灾变防控对保障工作面安全生产十分关键,而科学化防控技术的前提是明晰煤壁失稳孕育机制,为此采用数值计算及理论分析法展开研究。研究结果表明:大倾角大采高工作面煤壁承压倾向分区异化,下部区域应力集中程度较中部、上部高,集中区范围由下至上减小,垂向中部应力值较低,应力极值及走向位置与回采距具有正相关性,煤壁揭露前后邻域承压环境会突变,且承压态随煤体破坏演变异化,煤体承压结构会由非连续态经压实过渡为类连续状,而后整体移动至阈值后发生破断结构离散化。煤壁前方塑性区随采动作用不同幅度扩展,其稳定性受制于回采距及速度,低速回采、回采距离增加时煤壁稳定性逐步降低,塑性破裂发育区煤体为支承压力等动载、静载主承体,煤壁失稳是支承压力与扰动区内煤体自身抗压性能动态失衡,由运移、变形等承压行为量变诱发煤体结构质变而破断失稳,承压非对称性及多向耦合造成煤壁失稳分区及范围倾向扩展。

多煤层重复采动回采巷道失稳机理与控制技术

戊9-10-22290工作面为平煤六矿三水平二采区的孤岛工作面,风巷外段在采掘服务期间将会受到上覆戊8及下伏五矿己组回采影响,采掘时空关系异常复杂。目的为探讨多煤层重复采动回采巷道失稳机理与控制技术,方法基于采掘工作面应力时-空演化关系,提出平煤六矿戊9-10-22290工作面风巷外段全生命周期内的围岩控制方法,并进行现场工程应用。结果结果表明:上覆近距离煤层开采后,巷道顶板出现拉剪破坏;本煤层和下伏煤层回采过程中,巷道将逐段受到超前支承压力作用;根据巷道围岩所处的扰动时-空过程和高应力环境,提出“高预应力高强锚杆+锚索+深孔爆破卸压”的抗压-让压-卸压相结合的综合围岩控制技术。现场工业性试验表明,巷道服务期间两帮最大变形量为347 mm,顶板下沉和底板鼓起均在可控范围内,能够满足矿井安全生产需求,取得较好的技术和经济效益,结论研究结果可为类似条件下的回采巷道围岩控制提供参考。

双层土质滑坡临界滑动面判识与失稳机理研究

研究层状土质边坡的临界滑动面和失稳机制是岩土工程中经典的研究课题。聚焦引起边坡失稳破坏的不同诱发机制和触发因素,关注边坡的破坏模式和失稳过程,有利于提供更具针对性的加固措施。针对岩土工程中常见的非均质边坡,研发了适合双层土质边坡的有限元程序。研究了土坡在不同几何形态下,稳定性态、临界滑动面位置、失稳模式及破坏机制的演化规律;推导了非均质土坡的安全系数FS与土体特性和几何形态之间的内在函数关系式;提出了双滑面失稳机理与临界强度比的概念,给出了边坡稳定性态与失稳破坏的临界转折点和双滑面失稳的判别准则;揭示了双层不排水边坡的破坏机制,建立了不排水边坡稳定性态和失稳机理的相关设计图表。工程验证表明,计算所得的边坡稳定数及稳定状态与工程实际非常接近,该运算程序能够精准快速地判定潜在临界滑动面,准确评估边坡破坏机制,为双层土质边坡稳定性分析提供了新的思路和途径。

强降雨影响下小净距隧道洞口段失稳机理及控制技术研究

强降雨易诱发小净距隧道洞口段出现严重施工灾害。以某高速公路隧道为工程依托,基于现场调查与数值模拟手段,对小净距隧道洞口段围岩失稳特征与影响因素进行分析,提出小净距隧道洞口变形控制技术,并经现场测试验证了其可靠性。研究结果表明:洞口段围岩浅埋松散以及隧道左、右洞开挖错距过短和强降雨是该工程小净距隧道围岩变形过大与塌方的主要诱因;先行洞围岩变形随先行洞与后行洞开挖错距的减小而急剧增大;相较于上下台阶法,七步开挖留核心土法通过减跨作用并及时施作支护措施,在控制围岩变形方面具有显著优势,围岩在浸水劣化后变形大幅度增加,即使增大开挖错距与改变施工工法也无法有效控制其变形;通过回填封闭地表塌陷、增大左、右两洞的开挖错距、采用七步开挖留核心土法施工、缩短开挖进尺、增大支护强度等一系列变形控制技术措施,隧道围岩变形得到了有效控制。

深井软岩巷道围岩蠕变失稳机理与关键控制技术

治理深部软岩巷道围岩蠕变失稳是实现安全采掘作业的必要前提,以顾桥煤矿为工程背景,采用实验测试、理论分析、工业性实验、现场监测等方法进行深入研究。结果表明:顾桥矿深部巷道围岩强度较弱,浸水后容易导致长期强度、弹性模量、黏聚力、内摩擦角较大幅度下降,岩石软化、底板松动圈持续扩展以及围岩整体稳定性降低;围岩内外承载结构的特殊形状近似竖向椭圆。以改善承载结构的稳定性为基点,提出了底板深孔注浆技术,底板深孔注浆可以快速改变承载结构形状,将不稳定的近似竖向椭圆形状转变为稳定性很高的近似圆形形状。

路堑边坡失稳机理及其治理措施--以桂武高速K175+300~600段为例

以桂武高速路堑边坡为例,基于现场调查和数值模拟分析,剖析了该边坡失稳的机理,提出了改进的治理措施。研究结果表明,边坡处于古滑坡上,坡体为极软岩;路堑边坡开挖形成临空面,前缘屈服,渐进向后缘发展,诱发失稳;初始抗滑结构嵌岩深度不够,部分抗滑桩倾覆。遂将边坡设置为两级坡,采用双排桩+冠梁+预应力锚索联合加固,数值计算边坡安全系数为1.277,处理后边坡趋于稳定。研究可为同类基础设施建设提供一定参考。

超前支承压力下巷道围岩失稳机理及模拟研究

【目的】研究工作面推进超前支承压力演化规律及巷道围岩失稳机制。【方法】以某采煤工作面为例,采用弹塑性力学理论分析工作面推进过程中超前支承压力变化特征,探讨超前支承压力作用下的关键层理论,在整个失稳过程中起到关键作用,运用3DEC模拟研究超前支承压力影响下巷道围岩失稳破坏特征。【结果】结果表明,巷道围岩呈现非对称变形,尤其是两帮的非对称变形表现最为显著。随着采矿工作的进行,巷道围岩受到叠加应力的扰动影响,超前支承压力对巷道顶板和两帮的影响差异化主要是由于顶板岩层的硬度较高,煤体相对岩层来说较为松软破碎,以及帮部已经提前产生裂隙,能够释放掉部分顶板压力。【结论】研究结果对于提高系统的稳定性和可靠性具有重要的意义,为预防和管理失稳提供了参考。

深部地下开采巷道失稳机理分析与耦合支护技术

为解决深部地下开采巷道围岩变形大、难支护的问题,本文以某钒钛磁铁矿深部沿脉运输巷道为研究对象,通过松动圈测试和现场调查,分析了深部巷道失稳机理,根据耦合支护技术原理,提出了“注浆锚杆(索)+钢筋网+喷射混凝土”加固支护技术,现场工业试验结果表明,采用该技术后巷道顶底板变形量为101mm,两帮收敛量60mm,围岩变形量较小,且监测结果与数值计算结果吻合,有效控制了深部地下开采巷道围岩的稳定性。

贵州山区软基型弃渣场失稳机理探究

贵州山区具有复杂的地质环境,弃渣场滑坡灾害屡见不鲜,文中依托贵州某高速公路YK9+180-YK9+480填方路基右侧B冲沟临时弃渣场遭遇连续强降雨后滑坡,通过现场地质调查、工程地质分析和构建地质模型开展数值模拟,分析该弃渣场滑坡机理。结果表明,弃渣场上覆较厚粉质黏土层,未清理便进行弃渣,由于沟谷排水不畅、汇水严重,降雨后粉质黏土基层及坡脚隆丘受浸泡形成软基,无法承受来自上部弃渣不合理堆填形成的巨大下滑力,受剪破坏形成灾害性滑坡;下部滑面为受强风化灰岩面控制的直线形滑面,中上部滑面为受均质弃渣体控制的圆弧形滑面。

露天煤矿顺倾软岩复合边坡失稳机理

为研究露天煤矿顺倾软岩复合边坡失稳机理,采用3Dmine-Rhino-FLAC^(3D)耦合建模,分析了同时受到采场开挖卸载与排土场堆叠加载双重效应的顺倾软岩复合边坡的稳定性。研究结果表明:顺倾软岩复合边坡随采场开挖和排土场堆叠滑坡类型由推动式转为牵引式,滑坡模式由以第三系黏土层为底界面逐渐过渡到以弱层为底界面的切层-顺层滑动;顺倾软岩复合边坡稳定性系数与采场开挖和排土场堆叠近似呈负相关的线性关系。研究结论可为类似边坡的工程设计、治理及滑坡预测预报提供技术参考。

泸州深层页岩气钻井井壁失稳机理及主控因素分析

泸州页岩龙马溪组地层钻井深度大、地层压力异常等因素不利于井壁稳定性。本文采用离散元法,建立了一种考虑钻井液侵入的流固耦合模型,用以剖析井壁失稳的机理与主控因素。通过对模型位移和屈服面分布的监测,本研究探究了岩石内聚力、非均匀地应力、裂缝密度以及钻井液密度对井壁稳定性的影响。模拟结果表明,裂缝密度和钻井液密度是井壁稳定主要的控制因素,且较小的裂缝密度、合理钻井液密度有利于提高井壁的稳定性。

露天煤矿粉质黏土边坡失稳机理与防治

山西某露天煤矿自建设初期,其首采区就连续发生大规模塌方,成为困扰矿山工程技术人员的一大技术难题。利用MIDAS/GTS有限元软件建立边坡模型,开展了不同强度弱化阶段情况下边坡稳定性的数值模拟。通过对塑性区分布和位移云图等数据进行分析,判断粉质黏土边坡强度弱化不同阶段的失稳形式及规模大小。在此基础上,通过对喷混凝土支护方案进行校核及比较,确定影响边坡变形破坏的关键区域。最终提出边坡“削坡+护坡”的滑坡综合治理方案,取得了良好的边坡治理效果。

水泵水轮机泵工况空化诱导流动失稳机理

针对水泵水轮机泵工况空化特性及其引起的流动失稳问题,采用空化流动数值模拟分析和模型空化试验相结合的方法,获得不同流量水泵工况下水泵水轮机的空化特性,探明了不同空化系数泵工况下水泵水轮机内部湍流场的结构特征,阐明了水泵水轮机内部空化与旋涡的关联特性,揭示了水泵水轮机空化流动特征及其与主流干涉失稳机理.研究结果表明,不同流量和空化系数的泵工况下,水泵水轮机空化发生的位置及剧烈程度存在明显差异.小流量工况下,叶片低压边吸力面的剧烈空化引起的流动分离干扰主流场流动,产生大面积脱流和涡流,使得水泵水轮机的效率降低;最优工况和大流量工况下,相邻叶片不同位置的空化引起的脱流一旦产生相互干扰,将在转轮叶道内形成大范围的回流和涡流,导致水泵水轮机的效率和扬程大幅度降低.

玛18井区水平井井壁失稳机理及强封堵钻井液技术研究

为解决玛湖油田玛18井区致密油气藏水平井钻井过程中存在掉块、垮塌和缩径等井壁失稳问题,对克上组及百口泉组岩心进行了X射线衍射、扫描电镜、接触角、岩石力学实验,分析了该地层的理化性质、微观结构和力学性能。实验结果表明,黏土水化作用、岩石孔缝十分发育、钻井液侵入降低结构面强度是导致井壁失稳的主要原因。根据现场实际,采用油基钻井液增强对岩石的水化抑制效果。针对目的层岩石具有较多微纳米孔隙及裂缝的特征,研发出新型纳米封堵剂聚丙二醇接枝改性纳米SiO_(2),粒径范围为17~197 nm,优选出复合型强封堵剂“3%氧化沥青+2%超细碳酸钙+2%纳米封堵剂”,构建了强封堵油基钻井液体系,该体系在120℃热滚16 h后,高温高压滤失量仅为1.2 mL,两次滚动回收率均大于97%,60 min后渗透性封堵滤失量为1.4 mL,具有良好的流变性、抑制性及封堵性。研究成果有效解决了玛18井区水平井井壁失稳难题,具有广阔的推广应用前景。

含软弱夹层巷道围岩失稳机理及控制技术研究

为解决滇西某铅锌矿在转向深部开采过程中面临的巷道变形失稳加剧与支护结构破坏严重等问题,通过岩石矿物成分分析、地应力测试和松动圈测试分析围岩失稳机理,建立数值模型分析开挖后和现有支护下围岩变形情况。发现研究段属于高应力作用下的急倾斜薄层状破碎岩体,巷道薄弱部位为软弱夹层区域,根据围岩松动圈理论,提出了锚喷+薄弱部位补强+全断面钢拱架主被动联合支护的优化方案,有效控制了围岩变形破坏。研究结果为类似大埋深、高应力、含软弱夹层巷道围岩的稳定性控制提供了借鉴。

孤岛工作面末采时期上覆岩层失稳机理及停采工艺实践

为研究孤岛工作面末采时期上覆岩层失稳机理及控制技术,以塔山煤矿山4#8310孤岛工作面开采为研究地质背景,根据分析得到孤岛工作面全生命周期上覆岩层应力集中应力叠加形式,导致停采撤架期间上覆岩层裂隙发育演化特征相似于工作面的周期来压时上覆岩层裂隙发育规律。同时结合现场实测数据及力学模型演算结果,推算出采位停止位置需至少保留煤柱16.18 m,设定停采位置最终优化为1005 m。利用分析得出的停采期间围岩应力变化规律,对撤退主通道机道顶板进行补强支护,优化停采支护工艺。现场顶板窥视孔影像表明,撤架时期机道顶板变形发生在可控范围内,上覆岩层变形得到了较好的控制,保证了坚硬顶板孤岛工作面停采撤架工作安全高效的完成。

金沙江白格滑坡失稳机理及影响因素分析

峡谷区高位滑坡发生后堵塞河道,往往造成巨大的损失。2018年10月11日及11月3日,金沙江白格滑坡两次堵塞金沙江,形成的堰塞湖淹没了上游村镇,堰塞坝溃决后洪水冲击下游造成了巨大损失。为研究白格滑坡首次失稳破坏的机理及其关键影响因素,依据现场调查建立了失稳前边坡的二维模型,并结合地质过程进行了数值模拟计算。结果表明:白格滑坡是深切河谷斜坡岩体在长期卸荷和表生时效作用下产生的岩质滑坡;斜坡破坏时主应力在软硬岩接触面附近发生应力集中,致使下部硬岩剪出口位移超过4 m最终失稳破坏;对滑坡区工程地质条件、岩体卸荷及表生改造作用等因素的分析认为,“10·11”白格滑坡是随时间推移、多种因素叠加,量变转化为质变形成的。

基于失稳机理分析的暂态电压稳定性量化指标

在暂态过程中,当负荷母线电压值进入由系统特性和负荷特性决定的不稳定区时,会发生电压失稳。在单机单负荷系统模型中,证明同一系统静态P-V曲线和V-Q曲线的临界点具有一致性,基于动态跟踪系统特性变化的技术路线提出暂态潮流断面P-V曲线分析法,并给出暂态电压稳定性量化指标的计算方法和相应的稳定性判据。在多机系统中,虽然通常需要将所提方法与临界电压或戴维南等值电路的动态跟踪计算相结合才能应用,但也存在无需系统等值而直接应用基于单机模型的计算公式的场景。通过算例对暂态电压失稳机理、常规工程经验指标的局限性、所提指标和稳定性判据的有效性进行验证。

地震作用下陈庄黄土-泥岩接触面滑坡失稳机理及稳定性研究

以甘肃礼县陈庄黄土-泥岩接触面滑坡为研究对象,在对该滑坡的地震地质环境、基本特征等调查的基础上,运用数值分析对陈庄黄土-泥岩接触面滑坡在各人工计算场地基岩地震动时程作用下的失稳机理及稳定性进行动态模拟研究。结果表明,陈庄滑坡在地震诱发下变形破坏模式为受拉和受剪的复合破坏模式。失稳机理过程可概括为:地震作用→底部岩体受张拉→潜在滑面主滑段上部剪应力增大→剪应变集中带出现→剪应变集中带延伸扩展贯通→滑坡失稳;滑坡稳定性方面,随着输入地震动的增大,陈庄黄土-泥岩接触面滑坡稳定性降低,其中在50年超越概率2%的基岩地震动时程作用下滑坡处于不稳定状态。

三峡库区巫溪凤凰山危岩体失稳机理与碎屑流动力学特征

三峡库区巫溪县凤凰山发育有较多呈带状分布危岩体,严重威胁到沿线居民的生命财产安全。本文通过野外地质调查、遥感影像分析和数值模拟分析等方法,总结了凤凰山危岩体的崩塌失稳机理,利用动力学软件DAN-W模拟了危岩体崩塌碎屑流运动全过程,并探讨了群塌效应下碎屑流动力特征和碎屑流运动对建筑物的影响。结果表明:危岩体崩塌碎屑流动力学过程主要分为崩塌启动-碎屑流通-碎屑堆积三个阶段,危岩体BW61和BW68崩塌所产生碎屑流的最大速度分别为22.14 m/s和18.12 m/s,运动距离分别为171 m和182 m,平均厚度分别为1.57 m和1.20 m。两处危岩体发生群崩并转化为碎屑流所产生冲击压强高达132.22 kPa,下方道路和居民建筑有被完全摧毁的风险。相关研究可为三峡库区危岩体风险评价和科学防控提供一定的理论依据。