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浅埋薄基岩工作面覆岩活动规律3维物理相似模拟研究
被引量:
8
1
作者
卢邦稳
刘长武
+2 位作者
刘德峰
高云瑞
王宇
《四川大学学报(工程科学版)》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2016年第S1期107-113,共7页
针对浅埋采场在开采活动中常出现矿压显现剧烈、顶板和地表台阶下沉等问题,以神东矿区为背景,采用3维物理模拟试验研究浅埋深薄基岩工作面覆岩活动规律。模型试验尺寸长×宽×高为1 050 mm×2 000 mm×1 130mm,几何相...
针对浅埋采场在开采活动中常出现矿压显现剧烈、顶板和地表台阶下沉等问题,以神东矿区为背景,采用3维物理模拟试验研究浅埋深薄基岩工作面覆岩活动规律。模型试验尺寸长×宽×高为1 050 mm×2 000 mm×1 130mm,几何相似比为1∶100,容重相似比为1∶1.67,时间相似比为1∶10,应力比为1∶1.67,监测模型地表位移变化和顶板位移变化规律。结果表明:浅埋薄基岩煤层开采过程中,上覆岩层只出现冒落带和裂隙带,煤层直接顶随采随冒,基本顶初次来压步距为40 m,周期来压步距为20 m;上覆岩层及松散层出现台阶下沉现象,裂缝贯通地表,切眼和停采线附近出现溃沙现象,地表形成塌陷坑;上覆岩层运动以垂直运动为主,随工作面向前推进,顶板位移增加;靠近煤柱的上覆岩层出现搭桥结构,靠近煤柱的上覆岩层位移变化量较小,而远离煤柱的测点上覆岩层位移变化量较大;地表位移变化和上覆岩层位移变化整体上具有正相关性,但地表位移变化幅度较小,具有滞后性,且受到溃沙现象的影响,切眼和停采线附近地表形成塌陷坑且地表位移变化量增大。
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关键词
浅埋薄基岩
厚松散层
覆岩移动
地表位移
3维
相似材料物理模拟
溃沙
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职称材料
矿山采动裂隙岩体地球物理场特征研究及工程应用
被引量:
19
2
作者
程久龙
《中国矿业大学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2008年第6期877-879,共3页
地下矿床开采引起采场围岩变形破坏产生采动裂隙,采动裂隙是矿山一系列灾害的根源,研究矿山采动裂隙岩体的地球物理场特征,提出可行的地球物理方法对裂隙岩体实施高精度高分辨率探测,对于防治矿山灾害发生,保障矿山安全,具有重要的理论...
地下矿床开采引起采场围岩变形破坏产生采动裂隙,采动裂隙是矿山一系列灾害的根源,研究矿山采动裂隙岩体的地球物理场特征,提出可行的地球物理方法对裂隙岩体实施高精度高分辨率探测,对于防治矿山灾害发生,保障矿山安全,具有重要的理论意义和实际应用价值.本文通过理论分析、数值和物理模拟以及现场试验等技术途径,全面系统地研究了矿山采动裂隙岩体的地球物理场特征.主要研究内容、方法、结论及发现点如下:1)根据覆岩变形破坏产生冒落带和裂隙带这一特征,建立煤层开采前和开采后电性数学模型,利用高精度有限单元法进行电场数值模拟.计算结果表明:采动裂隙引起煤层上覆地层的视电阻率变化,其影响范围较实际破裂范围大得多,基本上是覆岩冒裂带范围的两倍,其视电阻率值最大影响区为冒落带,变化率可达19%;在裂隙发育带,视电阻率的变化率可达10%~12%.2)通过建立与实际采矿活动对应的相似材料物理模型,实施直流电阻率法的动态数据采集及反演计算,获得了覆岩采动裂隙的电场响应特征.选择采矿活动引起覆岩采动裂隙的4个关键时段,进行代表性的电场观测和计算分析.物理模拟结果表明:在覆岩变形破坏产生的裂隙带中,电场特征变化表现为正常场电阻率值升高2~3倍;而在冒落带中,电阻率值增加4~6倍;在弯曲变形带,采动过程中电性特征有一定的变化,主要表现为电阻率值略有增大.3)利用相似材料物理模拟进行覆岩变形破坏的弹性波速度场响应特征研究,获得了覆岩采动裂隙的波场响应特征.建立与实际采矿活动对应的相似材料物理模型,进行煤层开采之前和开采之后两个不同时段对所模拟的岩层进行声波CT测量,反演计算所模拟岩层的波速场的分布.实验结果表明:在所模拟的覆岩破坏产生的裂隙带中,速度场变化表现为正常场值降低约10%~20%;而在冒落带中,采后很难接收到弹性波穿透的有效信号.在受开采影响但未破坏的采空边缘区,波速的升高是主要特征.4)结合含完整采空区的采区三维地震资料,全面分析了在煤层采空区、裂隙带及采动影响边界的地震波场特征.研究表明:对应采空区的位置,煤层反射波消失或能量变弱,覆岩层中出现波组零乱的反射波,能量弱,连续性差;对应支撑压力区,反射波组能量明显增强;对应采动影响带,包括上倾和下倾方向边界角范围内岩层的反射波能量明显减弱,局部出现反射空白带.根据这些特征可以划分采空区范围、采动裂隙发育高度、裂隙”天窗”、采动影响范围,为水体下煤炭资源开采以及岩层沉陷控制提供了可靠的地质依据和监测技术.5)建立煤层开采前以及开采后生成离层(离层充水、离层充气)的波场数学模型,利用有限差分法进行波场数值模拟.结合现场利用地震技术探测离层层位,分析了离层发育的具体位置及注浆充填离层带的效果,理论与实际相结合,并经实际检测.6)结合煤层开采底板岩体采动裂隙的动态弹性波CT现场实测试验,研究采动过程中采动裂隙产生过程与弹性波场的响应关系.探讨了动态探测方法的观测方案,确定关键观测时段和观测系统,根据CT反演的速度场特征,全面分析了底板岩体产生采动裂隙的速度场响应特征,在此基础上确定底板破坏裂隙最大发育深度,探测效果明显,为承压水上安全开采底板破坏监测提供了新的技术途径和地质保障.7)综合分析采动裂隙岩体的电性特征和波场特征,结合现场试验的结论和效果分析,提出了采动裂隙岩体地球物理方法监测初步技术体系.
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关键词
采动裂隙
地球
物理
场
数值
模拟
相似材料物理模拟
现场试验
探测
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职称材料
覆岩导水裂隙带高度的研究方法
被引量:
2
3
作者
陈旸
梁世伟
《能源与节能》
2019年第8期91-92,共2页
在煤矿开采过程中,确定上覆岩层导水裂隙带高度是水体下采煤的工作重点。就目前技术发展而言,实践证明没有哪种单一手段能准确确定其高度。经过长期的总结,只能多个方法联合应用才能判断出上覆岩层导水裂隙带高度,使用的方法有相似材料...
在煤矿开采过程中,确定上覆岩层导水裂隙带高度是水体下采煤的工作重点。就目前技术发展而言,实践证明没有哪种单一手段能准确确定其高度。经过长期的总结,只能多个方法联合应用才能判断出上覆岩层导水裂隙带高度,使用的方法有相似材料物理模拟实验法、计算机数值模拟、经验公式计算法、现场实测等。
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关键词
导水裂隙带高度
相似材料物理模拟
实验法
经验公式计算法
计算机数值
模拟
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职称材料
题名
浅埋薄基岩工作面覆岩活动规律3维物理相似模拟研究
被引量:
8
1
作者
卢邦稳
刘长武
刘德峰
高云瑞
王宇
机构
四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点试验室水利水电学院
四川省蜀通岩土公司
出处
《四川大学学报(工程科学版)》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2016年第S1期107-113,共7页
基金
国家自然科学基金资助项目(51134018
51369001)
文摘
针对浅埋采场在开采活动中常出现矿压显现剧烈、顶板和地表台阶下沉等问题,以神东矿区为背景,采用3维物理模拟试验研究浅埋深薄基岩工作面覆岩活动规律。模型试验尺寸长×宽×高为1 050 mm×2 000 mm×1 130mm,几何相似比为1∶100,容重相似比为1∶1.67,时间相似比为1∶10,应力比为1∶1.67,监测模型地表位移变化和顶板位移变化规律。结果表明:浅埋薄基岩煤层开采过程中,上覆岩层只出现冒落带和裂隙带,煤层直接顶随采随冒,基本顶初次来压步距为40 m,周期来压步距为20 m;上覆岩层及松散层出现台阶下沉现象,裂缝贯通地表,切眼和停采线附近出现溃沙现象,地表形成塌陷坑;上覆岩层运动以垂直运动为主,随工作面向前推进,顶板位移增加;靠近煤柱的上覆岩层出现搭桥结构,靠近煤柱的上覆岩层位移变化量较小,而远离煤柱的测点上覆岩层位移变化量较大;地表位移变化和上覆岩层位移变化整体上具有正相关性,但地表位移变化幅度较小,具有滞后性,且受到溃沙现象的影响,切眼和停采线附近地表形成塌陷坑且地表位移变化量增大。
关键词
浅埋薄基岩
厚松散层
覆岩移动
地表位移
3维
相似材料物理模拟
溃沙
Keywords
shallow thin bedrock
thick unconsolidated layers
overburden strata movement
surface displacement
3D similar physical simulation
sand bursting
分类号
TD325 [矿业工程—矿井建设]
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职称材料
题名
矿山采动裂隙岩体地球物理场特征研究及工程应用
被引量:
19
2
作者
程久龙
机构
中国矿业大学
出处
《中国矿业大学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2008年第6期877-879,共3页
文摘
地下矿床开采引起采场围岩变形破坏产生采动裂隙,采动裂隙是矿山一系列灾害的根源,研究矿山采动裂隙岩体的地球物理场特征,提出可行的地球物理方法对裂隙岩体实施高精度高分辨率探测,对于防治矿山灾害发生,保障矿山安全,具有重要的理论意义和实际应用价值.本文通过理论分析、数值和物理模拟以及现场试验等技术途径,全面系统地研究了矿山采动裂隙岩体的地球物理场特征.主要研究内容、方法、结论及发现点如下:1)根据覆岩变形破坏产生冒落带和裂隙带这一特征,建立煤层开采前和开采后电性数学模型,利用高精度有限单元法进行电场数值模拟.计算结果表明:采动裂隙引起煤层上覆地层的视电阻率变化,其影响范围较实际破裂范围大得多,基本上是覆岩冒裂带范围的两倍,其视电阻率值最大影响区为冒落带,变化率可达19%;在裂隙发育带,视电阻率的变化率可达10%~12%.2)通过建立与实际采矿活动对应的相似材料物理模型,实施直流电阻率法的动态数据采集及反演计算,获得了覆岩采动裂隙的电场响应特征.选择采矿活动引起覆岩采动裂隙的4个关键时段,进行代表性的电场观测和计算分析.物理模拟结果表明:在覆岩变形破坏产生的裂隙带中,电场特征变化表现为正常场电阻率值升高2~3倍;而在冒落带中,电阻率值增加4~6倍;在弯曲变形带,采动过程中电性特征有一定的变化,主要表现为电阻率值略有增大.3)利用相似材料物理模拟进行覆岩变形破坏的弹性波速度场响应特征研究,获得了覆岩采动裂隙的波场响应特征.建立与实际采矿活动对应的相似材料物理模型,进行煤层开采之前和开采之后两个不同时段对所模拟的岩层进行声波CT测量,反演计算所模拟岩层的波速场的分布.实验结果表明:在所模拟的覆岩破坏产生的裂隙带中,速度场变化表现为正常场值降低约10%~20%;而在冒落带中,采后很难接收到弹性波穿透的有效信号.在受开采影响但未破坏的采空边缘区,波速的升高是主要特征.4)结合含完整采空区的采区三维地震资料,全面分析了在煤层采空区、裂隙带及采动影响边界的地震波场特征.研究表明:对应采空区的位置,煤层反射波消失或能量变弱,覆岩层中出现波组零乱的反射波,能量弱,连续性差;对应支撑压力区,反射波组能量明显增强;对应采动影响带,包括上倾和下倾方向边界角范围内岩层的反射波能量明显减弱,局部出现反射空白带.根据这些特征可以划分采空区范围、采动裂隙发育高度、裂隙”天窗”、采动影响范围,为水体下煤炭资源开采以及岩层沉陷控制提供了可靠的地质依据和监测技术.5)建立煤层开采前以及开采后生成离层(离层充水、离层充气)的波场数学模型,利用有限差分法进行波场数值模拟.结合现场利用地震技术探测离层层位,分析了离层发育的具体位置及注浆充填离层带的效果,理论与实际相结合,并经实际检测.6)结合煤层开采底板岩体采动裂隙的动态弹性波CT现场实测试验,研究采动过程中采动裂隙产生过程与弹性波场的响应关系.探讨了动态探测方法的观测方案,确定关键观测时段和观测系统,根据CT反演的速度场特征,全面分析了底板岩体产生采动裂隙的速度场响应特征,在此基础上确定底板破坏裂隙最大发育深度,探测效果明显,为承压水上安全开采底板破坏监测提供了新的技术途径和地质保障.7)综合分析采动裂隙岩体的电性特征和波场特征,结合现场试验的结论和效果分析,提出了采动裂隙岩体地球物理方法监测初步技术体系.
关键词
采动裂隙
地球
物理
场
数值
模拟
相似材料物理模拟
现场试验
探测
Keywords
mining-induced fracture
geophysical fields
numerical simulation
physical simulation of similarity material
on-site tests
detection
分类号
TD325.1 [矿业工程—矿井建设]
P544.4 [天文地球—构造地质学]
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职称材料
题名
覆岩导水裂隙带高度的研究方法
被引量:
2
3
作者
陈旸
梁世伟
机构
西安科技大学高新学院采矿工程系
出处
《能源与节能》
2019年第8期91-92,共2页
基金
陕西省教育厅专项科学研究计划(18JK1046)
文摘
在煤矿开采过程中,确定上覆岩层导水裂隙带高度是水体下采煤的工作重点。就目前技术发展而言,实践证明没有哪种单一手段能准确确定其高度。经过长期的总结,只能多个方法联合应用才能判断出上覆岩层导水裂隙带高度,使用的方法有相似材料物理模拟实验法、计算机数值模拟、经验公式计算法、现场实测等。
关键词
导水裂隙带高度
相似材料物理模拟
实验法
经验公式计算法
计算机数值
模拟
Keywords
the height of diversion fissure zone
similar material physical simulation
empirical formula calculation method
computer numerical simulation
分类号
TD315 [矿业工程—矿井建设]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
浅埋薄基岩工作面覆岩活动规律3维物理相似模拟研究
卢邦稳
刘长武
刘德峰
高云瑞
王宇
《四川大学学报(工程科学版)》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2016
8
下载PDF
职称材料
2
矿山采动裂隙岩体地球物理场特征研究及工程应用
程久龙
《中国矿业大学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2008
19
下载PDF
职称材料
3
覆岩导水裂隙带高度的研究方法
陈旸
梁世伟
《能源与节能》
2019
2
下载PDF
职称材料
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