煤矿地下水库坝基层间岩体破坏及突渗力学模型

煤矿地下水库技术为西部矿区矿井水资源储存和利用提供了新的途径。煤矿地下水库安全稳定的科学问题之一是开采扰动下煤岩体渗透特性突变机理及量化表征。以陕西大柳塔煤矿为原型开展了煤矿地下水库层间岩体裂隙演化的物理相似模拟试验和三轴循环加卸载渗流耦合试验。结果表明:下煤层工作面朝上部水库推进过程中层间岩层发生拉伸剪切破坏,裂隙逐渐向水库坝体方向延伸,采用数字散斑方法观测到坝基岩体裂隙网络由离散局部变形连通形成宏观裂缝,并贯穿至煤柱坝体;从几何和拓扑角度定量地分析了裂隙网络的幂律分布特征,证实了裂隙演化在空间上存在连通概率,岩层的裂隙网络连通属于渐进式,区别于岩石试件裂隙激增式扩展过程。综合考虑原岩应力、初始采动应力、循环加卸载等作用,发现采动应力导致煤体的体胀作用远大于砂岩,砂岩作为硬岩关键层有利于抑制裂隙扩展和渗透增加;采用基于分数阶理论的非达西渗透率公式计算瞬态法测试的渗透率,相比常规计算方法具有更好的灵敏性,渗透率突变伴随着应力突降、体应变激增、破裂信号陡增等行为,揭示了渗透率的本质是裂隙网络的拓扑连接,提出了突渗的力学定义和拓扑定义。采用逾渗理论将裂隙网络连通视为连续相至非连续相的跳跃行为,建立了煤岩体突渗的逾渗模型,经应力渗流、蠕变渗流等试验验证模型有效且形式简单,为突渗力学行为的数学描述奠定了基础。

煤矿冲击地压预测防治技术研究

由于在煤矿开采过程中受冲击地压的影响,造成工作面围岩或煤体发生突然破坏,引起剧烈振动并伴有大量煤岩块抛出,严重威胁着煤矿的安全生产。采用综合指数法、微震法和矿压分析法等多种方式对冲击地压进行预测,并通过多种预测方法的结合,形成一套有效的逐级预报和防治技术,防治冲击地压效果显著。

基于FLAC^(3D)数值模拟的水力压裂影响区域应力特征分析

针对在井下实施水力压裂过程中会产生应力的重新分布的问题,并可能会影响到采掘面的安全生产,为了更深一步的了解水力压裂过程中和结束后煤岩体中的应力分布特征,采用FLAC3D模拟软件对水力压裂过程中应力变化进行了研究。通过井下水力压裂FLAC3D数值模拟表明,压裂孔两侧本来的应力升高区域地应力大大降低,压裂影响范围内应力降低、出现卸压区,这对消除煤与瓦斯突出危险性十分有利;同时也发现了井下水力压裂存在的缺陷,在裂隙前端也将伴随新的应力集中出现,这给工作面的安全开采带来了安全隐患。