鄂尔多斯矿区高位厚硬岩层破断机理及响应规律

掌握高位厚硬岩层破断机理及破断响应规律对于煤矿动力灾害防控具有重要作用。以营盘壕煤矿2201、2202工作面为背景,建立高位厚硬岩层破断的力学模型,得到高位厚硬岩层破断力学公式。将营盘壕煤矿各项地质数据带入力学模型、公式计算,得到2201工作面开采时高位厚硬岩层不破断;2202工作面开采时,高位厚硬岩层预计在双工作面见方范围内发生破断,并详细分析高位厚硬岩层破断全过程。通过对开采营盘壕煤矿2202工作面期间的大能量事件进行监测,验证了2202工作面开采至双工作面见方时,高位厚硬岩层发生破断并释放大量能量。本文研究成果为研究类似地质条件下高位厚硬岩层破断机理及规律响应提供了科学指导。

高位硬厚岩层影响下矿震发生规律及预测

为系统有效地预防灾害性矿震,以东滩煤矿43上13工作面为背景,运用理论分析、数据和统计分析等方法,研究了高位硬厚岩层影响下灾害性矿震的机理和发生规律,在此基础上对43上13工作面剩余部分矿震危险做出预测。高位硬厚岩层条件下发生矿震的根本原因是硬岩运动释放较大能量与采动应力在老顶附近相遇并叠加,可能诱发冲击破坏。东滩煤矿43上13工作面高位砂砾岩运动为矿震发生提供巨大动力源,是主导矿震的关键因素。从震源与断层关系可以看出震源有沿断层展布而分布的特征。大矿震发生前后的支架阻力异常不稳定,振幅增大,频率增高,往往经历一段时间的蓄能期,矿震发生具有明显的周期特性,这种周期特性在东滩煤矿43上13工作面表现为100 m的大周期内存在50 m的小周期,1个大周期大致对应6个基本顶周期来压;1个小周期大致对应3个基本顶周期来压,大小周期内分别发生4次和2次左右高能矿震。工作面开采速度过大或剧烈变化会导致强矿震的发生,回采过程中要格外注意对开采速度的限制并尽量保持匀速开采。最后将矿震预测结果与现场实际情况进行了对比验证。

上覆高位岩浆岩下离层空间的演化规律及其预测

针对工作面上覆高位硬厚岩浆岩条件,采用相似材料模拟试验研究了主关键层下离层空间的演化过程与形态特征,分析了离层空间的层位演化与横向扩展规律、覆岩与主关键层的运移规律;通过理论分析揭示了离层空间形成的机理与条件,提出了离层空间演化特征的确定方法,建立了主关键层底部最大离层空间的分析模型与预测方法。研究表明:岩层组合失稳运移形成"月牙"形离层空间,以间歇式跳跃上升至岩浆岩底部,岩浆岩底部存在较大的离层空间,并由"月牙"形逐渐转变为"一字"形,岩浆岩破裂运移导致离层闭合。离层空间在亚关键层及主关键层底部自下而上动态发育与闭合,层位高度及发育范围与推进距离呈正相关性,可采用"多梯形"方法确定其演化过程。覆岩运移经历下位关键层沉降、运移向主关键层底部发展、底部盆地沉降、岩浆岩运移及整体稳定等5个状态,覆岩下沉形态先后呈"V"型、"√"型及"U"型。岩浆岩运移过程分为下部支撑、底部离层扩展、破裂随动、失稳运移及离层闭合稳定等5个阶段。建立了最大离层空间的覆岩结构及弹性基础梁模型,得到其断面积和体积的预测计算式,为高位岩浆岩下安全开采提供了理论依据。

厚径比对高阻尼橡胶材料的缓冲吸能特性实验

为减少深部强扰动诱发的岩石冒落、岩爆等动力灾害,将具有良好防冲和吸能特性的高阻尼橡胶材料应用于拟研发的新型小应变吸能锚杆中.为系统评价厚径比对高阻尼橡胶材料缓冲吸能的影响,采用落锤冲击系统和分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,对不同厚径比的高阻尼橡胶试样和“橡胶-花岗岩”组合试样进行冲击实验.落锤实验结果表明,相同冲击条件下,随着厚径比增大材料的动力响应呈幂函数趋势递减,且当厚径比大于0.6时材料动力响应变化幅度趋于平稳.同时,在同落距的6次单独重复冲击中,材料每次动力响应峰值与第一次动力响应相比其改变幅值均在15%以内;SHPB冲击结果表明,材料在厚径比0.3处取得最大吸能率为0.336.在相同气压冲击下,“橡胶-花岗岩”组合试样的花岗岩分形维数(D)随着厚径比增大呈幂函数递减,在厚径比大于0.3时D值趋于平稳,变化幅值较小.

彬长矿区高位厚硬覆岩特征岩移规律研究

以陕西彬长矿区亭南煤矿二盘区巨厚洛河组砂岩条件下6 m大采高多工作面开采为研究背景,应用数值模拟分析、理论分析、综合分析等手段对二盘区大采高综采工作面上覆厚硬岩层运动规律进行研究。分析认为,亭南煤矿二盘区覆岩中存在典型的高位厚硬岩层,厚硬岩层以“一主四亚”复合关键层破坏的形式控制着整个覆岩的运动;204工作面开采结束,第二亚关键层破断,205工作面开采结束,第四亚关键层破断,206工作面开采结束,覆岩主关键层破断,地表出现剧烈的移动下沉,裂缝带到达主关键层下部,需要做好主关键层破断时的动力灾害防治措施。

过J3底砾岩层暗斜巷预注浆改造方案研究

在第一段多个钻孔施工中,曾经出现个别钻孔出水点在注浆中串浆现象,而且经分析这些串浆点所处的深度、方位不同,从钻孔出水、坍塌情况分析,不同的含水构造区都有水力联系,说明砾岩层内的含水构造复杂,相互贯通,给注浆资料分析带来很大难度。

高强度花岗岩地层中支护结构施工技术优化与应用

在超厚硬岩地质条件下,采用冲击桩机成槽、成孔时,经常会出现桩锤破岩能力低、锤齿磨耗严重等问题。以东莞市城市快速轨道交通线网控制中心综合体工程基坑工程为例,分析了在超厚硬岩地质条件下的施工难点,并提出相应对策,即通过选用高强度合金钢锤齿、对超厚硬岩进行控制爆破以及格构柱立柱桩采用“大桩变小桩、角钢改钢管”等综合施工技术,解决了成槽、成孔效率低,施工成本高的难题。该技术可为同类地质条件下支护结构施工提供借鉴。

高位硬厚岩层破断规律及其动力响应分析

以杨柳煤矿10416工作面高位硬厚岩浆岩条件为背景,建立高位硬厚岩层三边固支一边简支弹性薄板力学模型,利用瑞利–里兹法,推导出硬厚岩层挠曲函数与应力近似解析式,得到破断跨度的计算式,并根据覆岩破裂形态提出破断步距的计算方法。采用微震、支架压力及地表下沉等监测分析,揭示高位硬厚岩层破断失稳规律及其动力响应。研究表明:高位硬厚岩层破断前的挠度最大点为(x?a/2,y?13b/(10?))(a为硬厚岩层走向悬露长度,b为硬厚岩层沿倾向的悬露长度);当a<1.049b时,硬厚岩层首先沿倾向固支边发生破断,否则首先沿走向固支边发生破断;硬厚岩层初次破断形式为沿走向对称而沿倾向非对称的"O-X"型,且破断后侧向跨度固支侧大于简支侧。高位硬厚岩层破断及运移过程中微震活动加剧,产生强微震活动,破断失稳期间支架压力显著升高,并引起地表下沉明显变化。高位硬厚岩层破断失稳引起强烈的动力响应,采用理论计算和微震监测可以进行分析预测。

基于矿震活动规律的重复采动高位硬厚岩层冲击机制探讨

针对高位硬厚岩层条件、多煤层开采下煤层强矿震频发问题,以鲍店煤矿十采区200 m超厚高位红层砂岩为工程实例,分析重复采动高位硬厚岩层矿震活动规律及冲击机制。矿震活动规律表明:相比于上煤层而言下煤层开采引起的能量小于104 J的微震事件明显减少,但对开采活动影响较大的能量高于105 J的强矿震事件大大增加;矿震活动总体表现出较弱的规律性,但工作面两侧边界的强矿震事件明显多于中部区域,且工作面采空区侧的强矿震事件远多于实体煤侧。在分析高位硬厚岩层初次破断运动特征的基础上,结合3下煤层开采期间的微矿震活动,提出高位硬厚岩层条件下、重复采动工作面分区域冲击机制:中部由于沉降空间加大,竖向载荷突变造成断裂岩块间剪应力超限,导致原铰接平衡岩块失稳冲击的"剪切滑落型";两侧边界由于岩层移动线外扩,产生高集中应力压实下部垮落岩层导致岩块侧向滑移冲击的"滑移沉降型";2种冲击机制相互交叉、相互促进,"滑移沉降型"冲击在重复采动高位硬厚岩层诱发的动力响应中起主导作用。