神东矿区煤系地层岩石物理力学性质

岩石物理力学参数是数值计算、相似模拟、顶板分类、支架选型等理论分析和现场安全生产管理的基础性工作。分别从补连塔煤矿、大柳塔煤矿及布尔台煤矿采集岩芯并进行了单轴压缩、三轴压缩和巴西劈裂实验,分析了不同沉积时期的密度、RQD值、抗拉强度、抗压强度、弹性模量、黏聚力及内摩擦角等参数。根据试验矿井地层情况,将3个试验矿井的岩层划分为8个沉积时期,分别为白垩系、侏罗系安定组、侏罗系直罗组、侏罗系延安组1-2煤、侏罗系延安组2-2煤、侏罗系延安组粉砂岩、侏罗系延安组4号煤及侏罗系延安组底部。神东矿区岩层以砂岩为主,尤其是白垩系岩层主要为砂岩层。按沉积时期分组试验结果表明:随着沉积时间的增加,岩石的密度呈增大趋势,但是增大幅度不明显;岩石的抗拉强度、抗压强度、弹性模量及黏聚力与沉积时间呈现出一定的正相关关系;RQD值及内摩擦角与生成时间无明显的关系。生成时间对岩石的力学参数影响较大,其中,沉积时间对中粒砂岩抗拉强度的影响最大,最大值是最小值的31.2倍;沉积时间对中粒砂岩抗压强度及弹性模量的影响最大,单轴抗压强度最大值是最小值的12.4倍;弹性模量最大值是最小值的32.8倍;白垩系及侏罗系安定组的物理力学参数相对其它沉积时期要小很多。

神东煤田大柳塔矿区煤矸石特征及利用前景

煤矸石成分特征决定了其利用途径。针对神东煤田大柳塔矿区不同煤层组的煤矸石,本文详细研究了其岩石类型、矿物成分、化学成分、发热量、微量元素等特征,并讨论了不同煤层组煤矸石的利用途径,以实现煤矸石的资源化,解决其环境污染问题。

应用扫描电镜-X射线能谱研究神东矿区砂岩中结构面的微观结构及元素特征

神东矿区砂岩地层中存在大量的结构面,这种结构面的存在会对岩层的力学性能、超声波传播、破坏形式以及力的传递等都有显著的影响,但是结构面的微观结构及元素特征是其主要原因之一。本文以布尔台煤矿、大柳塔煤矿和补连塔煤矿地层砂岩中的结构面为研究对象,采用FEI-SEM扫描电镜和能谱仪对不同类型结构面的微观结构和元素特征进行了研究。结果表明:神东矿区砂岩中的结构面可以分为两大类(Ⅰ_和Ⅱ),其中Ⅰ_类又可以分为三个亚类(Ⅰ_1、Ⅰ_2、Ⅰ_3);Ⅰ_类主要含有煤,Ⅱ类主要含有白云母。Ⅰ_1和Ⅱ类结构面颗粒感不明显,颗粒边界不清晰,Ⅰ_2和Ⅰ_3类结构面颗粒感比较明显,颗粒边界比较清晰。Ⅰ_1、Ⅰ_2、Ⅰ_3和Ⅱ类型结构面的孔隙直径和裂隙长度(#m)分别为2.1、81.8、8.9、38.8、4.5、143.7和3.8、13.8。Ⅰ_1类结构面主要组成元素是C、O、Si、Al、K、Ti和Fe;Ⅰ_2类结构面主要为C;Ⅰ_3类结构面主要为C、O、Si、Al、K和Mg;Ⅱ类结构面的主要元素有C、O、Si、Al、K和Ti。神东矿区地层中结构面主要元素为C和O,两种类型的微观结构存在差异。研究结果有助于进一步揭示神东矿区顶板动力灾害及台阶下沉等现象。

神东矿区含天然弱面砂岩的力学特征研究

为了研究神东矿区含天然弱面砂岩力学特征,以补连塔煤矿2-2煤层基本顶中粒砂岩为研究对象,采用CMT5000大门式微机控制电子万能试验机、RDS-200XL全自动伺服控制岩石直剪/残剪仪和RMT-150C力学试验机对完整砂岩和含天然弱面砂岩进行直接拉伸、直接剪切和单轴压缩试验,运用X射线衍射仪和扫描电镜分析弱面的成分、微观结构及元素特征。结果表明:天然弱面对纵波波速、抗压强度、残余剪切强度基本没有影响,纵波波速、单轴抗压强度和残余剪切强度分别降低了0.4%,1.4%和3.2%;天然弱面对直接拉伸强度、拉伸峰值应变、峰值剪切强度和弹性模量有显著的影响,峰值拉伸强度降低了83.1%,拉伸峰值应变降低了82.7%,峰值剪切强度降低了12.6%,弹性模量降低了7.3%。研究结果有助于进一步了解这种含天然弱面砂岩顶板的运动、破断以及力学传递规律。

神东矿区综采面采高对来压步距的影响分析

采用统计原理确定神东矿区采高与工作面初次来压步距及周期来压步距数据的分布状态,并运用岩石力学、矿压理论就采高增加与工作面来压步距的关系进行了深入研究。结果表明:采高与平均初次来压步距呈指数函数关系,与平均周期来压步距呈二项式函数关系。总体来说,采高增加,平均初次来压步距呈同步增加趋势。采高增加,引起普通采高条件下的基本顶岩层转化为直接顶岩层。采场基本顶岩性和裂隙发育程度与工作面来压步距紧密相关,会引起来压步距的增减。神东矿区2,5,6,7号煤组采场工作面来压步距较1,3,4号煤组相对较长。冒落矸石对采空区充填程度高,初次来压步距增大,但对周期来压步距影响有限。将工作面采高增加对来压步距的影响规律应用到神东矿区末采贯通实践中,指导了补连塔矿22306工作面末采贯通。