深部采空区煤层底板滞后破坏特征

为分析深部采空区煤层底板滞后破坏特征,运用悬臂梁模型分析裂纹面间锁固段的变形破坏特征,通过试验分析岩样加载至塑性阶段后卸载再加载过程中的体积应变与偏应力的关系,结合煤层底板注水试验实测数据分析深部煤层底板岩体在采空区重新压实过程中的渗透性能变化。研究表明,裂纹面间锁固段变形破坏程度在采动剪切滑移和采动卸荷过程中逐渐增大;处于塑性状态的岩样在轴向应力卸载后再加载至卸载点81 MPa时,体积应变由0.00056增大至0.0011;现场实测发现距煤层底板18.19 m处的岩体在工作面推过测点3.6~15.8 m的过程中出现裂纹扩展、变形破坏,在工作面推过测点20.6~30.9 m过程中,底板岩体再次发生变形破坏,说明深部煤层底板在加载至塑性状态后卸荷并重新承载的过程中仍存在变形破坏可能性。

利用悬臂梁试验法,研究合金元素对钢种材质滞后破坏的影响

本文总结了利用悬臂梁试验法,研究高合金元素对钢种材质滞后破坏的影响,得出M_0优于Nb,而Si最不利的结论。

循环加载保载卸载下泥质砂岩滞后破坏特性

采用TATW-2000电液伺服试验机对泥质砂岩试件进行单轴循环加载保载卸载破坏试验:首先对试件施加轴压至预定值,然后保持该压力值约115 s左右,以使泥质砂岩试件变形有足够时间达到一个相对稳定状态,以至于轴向变形速率小于0.005 mm/h;当试件在该压力作用下变形相对稳定后,再进行轴压卸载和下一个循环加载、保载、卸载过程;如此循环,直到试件在保载过程中发生破坏。本次试验研究结果表明,在循环加卸载试验中,无论是加载还是卸载过程,岩石变形都滞后于外部应力变化;在轴压加载至设定值并进入保载过程中的较短时间范围内,岩石变形并不立即停止而是随时间有一定程度的缓慢增长,即具有变形滞后特性;在循环加载、保载以及卸载条件下,岩石试件最终破坏前会产生大量的竖向裂纹;与常规单轴压缩试验相比,在单轴循环加载、保载、卸载条件下的泥质砂岩试件滞后破坏时的平均单轴抗压强度有所降低;在岩石恒载滞后破坏试验中,岩石滞后变形为试件达到破坏所需弹性能补充提供了供给途径。

不连沟煤矿底板采动破坏深度规律研究

为了探究煤矿底板采动破坏规律,以内蒙古不连沟煤矿F6106工作面为试验现场,分别从现场注水试验、底板岩层应变探测、理论预测计算三个方面对煤层底板采动破坏规律进行分析,现场底板探测得出底板岩层在工作面推到测点时出现第一次破坏,破坏深度约为185m,当工作面推过测点15~20m后,采空区底板岩层破坏深度出现二次加深现象,破坏深度加深1m,采后底板破坏最大深度为19.5m;Griffith破坏准则下的底板弹性理论预测结果得出底板最大破坏深度与煤层埋深H、工作面应力集中系数n、底板岩体的单轴抗拉强度Rt有关,底板最大破坏深度随着埋深、支承压力增大而增大,随底板岩体的单轴抗拉强度的增大而减小。工程实践表明,F6106工作面底板破坏深度现场探测结果与理论预测结果一致。

加载路径和饱和度对砂岩电阻和声发射响应特征的影响

岩石破坏过程的声发射监测常存在信号平静期,给岩石的破坏失稳预警带来极大的困难。为了研究利用电阻监测声发射平静期内岩石损伤发展的可行性,本文对干燥和含水饱和度为40%、70%和100%的砂岩岩样分别开展单轴加载、分级加载和增幅循环加卸载试验,研究加载路径和饱和度对砂岩电阻和声发射响应特征的影响。结果表明,饱和度的增加不仅会显著降低砂岩的强度,还会削弱声发射信号的活跃度。随着饱和度的增加,声发射平静期也逐渐增加,在加载-卸载条件下尤为明显。此外,在含水砂岩的增幅循环加载-卸载试验中声发射出现了Felicity效应。电阻的变化与岩石内部损伤发展具有很好的对应关系,可以有效反映声发射平静期内干燥和含水砂岩内部亚临界裂纹随时间的发展。

采动底板导水破坏深度滞后煤壁二次加深规律探测

率先明确探测并提出底板采动导水破坏深度滞后煤壁二次加深的观点,并先后选择晋城、榆林、鄂尔多斯多个煤矿工作面做了验证,利用现场测试条件,在煤壁推过测点后,仍对底板采动破坏规律实施注水试验与底板岩层应变连续性探测。探测结果表明：1）底板岩层首次破坏发生在工作面刚推过测点的应力集中区;2）工作面推过测点15~20 m,即过测点后的第1次周期来压时,测点位置的底板导水破坏深度出现二次滞后加深,破坏加深程度一般在1~2 m;3）工作面推过测点2~4个周期来压后测点位置底板岩层变形状态趋于稳定;4）工作面推过测点后第1次周期来压到第4次周期来压之间（工作面推过测点15~60 m）这段距离为底板滞后突水高风险区域;5）底板注水试验与岩层应变探测试验的探测结果一致性很高。

采动动载作用下底板岩层裂隙演化规律的相似模拟研究

在对多个矿区工作面进行现场探测发现工作面推过底板后的第一次顶板周期性垮落过程中,底板裂隙破坏深度会出现滞后加深的现象,为对这种特殊采矿地质现象进行分析,以某矿现场地质条件为依托,采用相似模拟手段,模拟采动动载作用下底板岩层裂隙演化规律。经研究发现:1)采空区底板岩层首次受顶板岩层垮落冲击作用后,底板岩层采动裂隙会出现滞后破坏加深的现象。在之后的2~3次顶板周期性垮落冲击过程中,底板岩层裂隙都有类似规律,但加深效果逐渐减弱;2)相似模拟试验的底板岩层位移与垂直应力监测结果证明了底板岩层经历了采前应力集中、采后膨胀泄压,采动动载冲击,采空区矸石充填平衡4个过程,底板裂隙的萌生、扩展以及再加深主要发生在1~2与2~3的转变过程之间,第4过程对底板裂隙的扩展实际是起到抑制作用的,底板破坏深度最大处一般出现在工作面推过测点后的1~2个周期来压至采空区底板被矸石充填压实之间这段距离,这也解释了为什么采空区滞后突水灾害时有发生;3)软弱底板岩层更易受采动影响,其位移与垂直应力的变化幅度较坚硬底板岩层而言明显偏大,但其底板裂隙发育深度和滞后破坏加深程度比坚硬底板岩层要弱。