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Study on the critical stress threshold of weakly cemented sandstone damage based on the renormalization group method 被引量:6
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作者 Zhaoyang Song Hongguang Ji +1 位作者 Zhiqiang Liu Lihui Sun 《International Journal of Coal Science & Technology》 EI CAS 2020年第4期693-703,共11页
During the microstructural analysis of weakly cemented sandstone,the granule components and ductile structural parts of the sandstone are typically generalized.Considering the contact between granules in the microstru... During the microstructural analysis of weakly cemented sandstone,the granule components and ductile structural parts of the sandstone are typically generalized.Considering the contact between granules in the microstructure of weakly cemented sandstone,three basic units can be determined:regular tetrahedra,regular hexahedra,and regular octahedra.Renormalization group models with granule-and pore-centered weakly cemented sandstone were established,and,according to the renormalization group transformation rule,the critical stress threshold of damage was calculated.The results show that the renormalization model using regular octahedra as the basic units has the highest critical stress threshold.The threshold obtained by iterative calculations of the granule-centered model is smaller than that obtained by the pore-centered model.The granule-centered calculation provides the lower limit(18.12%),and the pore-centered model provides the upper limit(36.36%).Within this range,the weakly cemented sandstone is in a phase-like critical state.That is,the state of granule aggregation transforms from continuous to discrete.In the relative stress range of 18.12%-36.36%,the weakly cemented sandstone exhibits an increased proportion of high-frequency signals(by 83.3%)and a decreased proportion of low-frequency signals(by 23.6%).The renormalization calculation results for weakly cemented sandstone explain the high-low frequency conversion of acoustic emission signals during loading.The research reported in this paper has important significance for elucidating the damage mechanism of weakly cemented sandstone. 展开更多
关键词 weakly cemented sandstone Renormalization group method Damage and failure THRESHOLD
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Characteristic strength and acoustic emission properties of weakly cemented sandstone at different depths under uniaxial compression 被引量:1
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作者 Bin Liu Yixin Zhao +3 位作者 Cun Zhang Jinlong Zhou Yutao Li Zhuang Sun 《International Journal of Coal Science & Technology》 EI CAS CSCD 2021年第6期1288-1301,共14页
As coal mining is extended from shallow to deep areas along the western coalfield,it is of great significance to study weakly cemented sandstone at different depths for underground mining engineering.Sandstones from d... As coal mining is extended from shallow to deep areas along the western coalfield,it is of great significance to study weakly cemented sandstone at different depths for underground mining engineering.Sandstones from depths of 101.5,203.2,317.3,406.9,509.9 and 589.8 m at the Buertai Coal Mine were collected.The characteristic strength,acoustic emission(AE),and energy evolution of sandstone during uniaxial compression tests were analyzed.The results show that the intermediate frequency(125-275 kHz)of shallow rock mainly occurs in the postpeak stage,while deep rock occurs in the prepeak stage.The initiation strength and damage strength of the sandstone at different depths range from 0.23 to 0.50 and 0.63 to 0.84 of peak strength(σ_(c)),respectively,decrease exponentially and are a power function with depth.The precursor strength ranges from 0.88σ_(c)to 0.99σ_(c),increases with depth before reaching a depth of 300 m,and tends to stabilize after 300 m.The ratio of the initiation strength to the damage strength(k)ranges from 0.25 to 0.62 and decreases exponentially with depth.The failure modes of sandstone at different depths are tension-dominated mixed tensile-shear failure.Shear failure mainly occurs at the unstable crack propagation stage.The count of the shear failure bands before the peak strength increases gradually,and increases first and then decreases after the peak strength with burial depth.The cumulative input energy,released elastic energy and dissipated energy increase with depth.The elastic release rate ranges from 0.46×10^(-3)to 198.57×10^(-3)J/(cm^(3)s)and increases exponentially with depth. 展开更多
关键词 Burial depth weakly cemented sandstone Acoustic emission(AE) Characteristic strength Energy evolution Failure mode
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强富水弱胶结型底板砂岩水疏降优化技术研究
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作者 张泽源 《煤炭与化工》 CAS 2024年第5期47-53,共7页
宁东煤田主要赋存侏罗系煤层,延安组宝塔山砂岩含水层是侏罗系下组煤的底板,具有富水性强、静储量大以及胶结性差的特点,是影响下组煤开采的主要充水水源。新上海一号煤矿即将开采的十八煤一分区底板隔水层较薄、带压程度较高,突水系数... 宁东煤田主要赋存侏罗系煤层,延安组宝塔山砂岩含水层是侏罗系下组煤的底板,具有富水性强、静储量大以及胶结性差的特点,是影响下组煤开采的主要充水水源。新上海一号煤矿即将开采的十八煤一分区底板隔水层较薄、带压程度较高,突水系数大于0.1MPa/m,均属于突水危险区,本文以新上海一号煤矿为研究区,在宝塔山砂岩含水层水文地质条件探查和井下放水试验的基础上,开展水文地质特征研究,通过构建地下水流数值模型对宝塔山砂岩疏降可行性进行论证,建立疏降管理模型,最终结合十八煤一分区开采布局,提出最优疏放管理方案,预计疏放水299.358万m^(3),比未进行地下水疏降优化管理设计预计疏放水量减少了188.242万m^(3)。在保护矿井水资源的同时,降低了生产成本,研究可为今后类似条件下的强富水弱胶结型底板砂岩水疏放水工作提供一定的借鉴作用。 展开更多
关键词 强富水弱胶结 放水试验 优化管理模型 地下水数值模拟 宝塔山砂岩含水层
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基于数值模拟分析弱胶结砂岩巷道的变形特征及优化支护研究
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作者 蔡庆生 秦丽媛 +2 位作者 王丽 付永志 冯永 《呼伦贝尔学院学报》 2023年第5期110-116,共7页
为研究弱胶结砂岩巷道在开采过程中的变形特征,解决巷道围岩发生严重破坏、围岩稳定性较差、支护比较困难等问题,本文以内蒙古唐家会煤矿61101工作面回风顺槽为研究背景,通过FLAC3D数值模拟对原始支护方式进行分析,并针对原始支护参数... 为研究弱胶结砂岩巷道在开采过程中的变形特征,解决巷道围岩发生严重破坏、围岩稳定性较差、支护比较困难等问题,本文以内蒙古唐家会煤矿61101工作面回风顺槽为研究背景,通过FLAC3D数值模拟对原始支护方式进行分析,并针对原始支护参数进行优化,最终采用锚杆、锚索、W钢带和金属锚网混合支护。最终通过现场实践考察,对围岩顶板两帮变形量、锚杆索锚固力的大小进行监测,确定优化支护方案比较合理。本文认为此方法对改善此类巷道的支护有很好的效果,有利于保障煤矿安全高效生产。 展开更多
关键词 弱胶结砂岩巷道 变形特征 支护方式 数值模拟
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侏罗系弱胶结砂岩孔隙介质特征及其保水采煤意义 被引量:11
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作者 刘钦 孙亚军 +3 位作者 徐智敏 王鑫 张成行 姚明豪 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期857-864,共8页
我国新疆哈密矿区降雨量少、蒸发强烈,属于严重干旱地区,研究区高强度的煤炭资源开采对主要储水含水层的保护极为重要。由于特殊的成岩环境及地下水赋存运移条件,侏罗系弱胶结砂岩为复杂的非常规含水岩系,给研究区煤矿防治水带来了诸多... 我国新疆哈密矿区降雨量少、蒸发强烈,属于严重干旱地区,研究区高强度的煤炭资源开采对主要储水含水层的保护极为重要。由于特殊的成岩环境及地下水赋存运移条件,侏罗系弱胶结砂岩为复杂的非常规含水岩系,给研究区煤矿防治水带来了诸多水文地质问题。本文以新疆哈密矿区侏罗系弱胶结砂岩为研究对象,通过渗流实验、实验室测试、理论分析研究弱胶结砂岩微观孔隙结构演变规律。研究表明,弱胶结砂岩属高孔隙度岩石,具有大孔孔喉及中孔孔喉分布频率高的结构特征和强富水性,渗流实验过程中有大量乳白色悬浮物渗出。水相渗流作用下的弱胶结砂岩样出现渗透性突变增大的现象,其孔隙度有明显增大的趋势。通过水质分析及岩矿鉴定分析手段得出可溶盐溶出对渗流实验前后的孔隙度增加贡献率为45.80%~82.28%,悬浮物渗出量计算对孔隙度增大贡献率为14.78%~54.20%,可溶盐及高岭石的溶(渗)出是砂岩渗透性增强的主要因素。鉴于此,提出了有关孔隙结构储水空间变异性以及渗透突变性的保水采煤理念,弱胶结砂岩含水层水体下保水采煤应当遵循"保护性开采、避免大规模扰动"的思路。研究成果对西部地区弱胶结砂岩含水层的开发利用与保护有重要意义,同时可为西部地区受侏罗系弱胶结砂岩水害影响的矿井保水采煤技术的研究提供借鉴。 展开更多
关键词 弱胶结砂岩 微观孔隙结构 渗流实验 保水采煤
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第三系泥质弱胶结富水粉细砂岩隧道主要技术措施研究 被引量:11
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作者 李国良 王飞 《重庆交通大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2015年第4期39-44,共6页
为解决兰渝铁路、宁夏王洼铁路在建设过程中所遇到的第三系泥质弱胶结富水粉细砂岩所带来的系列工程问题,结合桃树坪、胡麻岭、程儿山等隧道建设中的工程难点和科研攻关,系统阐述了第三系泥质弱胶结富水粉细砂岩的围岩特性,介绍了适应... 为解决兰渝铁路、宁夏王洼铁路在建设过程中所遇到的第三系泥质弱胶结富水粉细砂岩所带来的系列工程问题,结合桃树坪、胡麻岭、程儿山等隧道建设中的工程难点和科研攻关,系统阐述了第三系泥质弱胶结富水粉细砂岩的围岩特性,介绍了适应该围岩的主要辅助技术措施和工程方案,提出了针对该地层的设计措施和施工关键技术。确定采用以"重降水、密导管、强支护、辅注浆、快挖快支快封闭"为主的工程原则,必要时洞内水平旋喷加固,摸索出一整套此类地层条件下隧道的施工方法,并成功的应用于工程实践中,解决了一个世界罕遇的工程难题。 展开更多
关键词 隧道工程 第三系 泥质弱胶结 富水 粉细砂岩 围岩特性 水平旋喷
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褐煤矿区弱胶结砂岩巷道支护技术研究 被引量:4
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作者 范明建 秦旭卫 +2 位作者 林健 韩永富 张辉 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2014年第4期5-8,共4页
为解决褐煤矿区弱胶结砂岩巷道变形量大的难题,在地质力学测试、黏土矿物成分分析、可锚性试验研究的基础上,提出了强力承压拱、全断面及时支护、全长预应力锚固、强力护表及预应力有效扩散等巷道支护措施,实现了对褐煤矿区弱胶结砂岩... 为解决褐煤矿区弱胶结砂岩巷道变形量大的难题,在地质力学测试、黏土矿物成分分析、可锚性试验研究的基础上,提出了强力承压拱、全断面及时支护、全长预应力锚固、强力护表及预应力有效扩散等巷道支护措施,实现了对褐煤矿区弱胶结砂岩巷道强力锚网索一次支护。结果表明:高预紧力强力锚杆支护系统取消了架棚支护,降低了支护成本,减轻了劳动强度,巷道整体收敛率控制在3%以内;巷道两帮最大移近量为55 mm,顶底板最大移近量为38 mm。 展开更多
关键词 弱胶结砂岩 褐煤矿区 高预紧力全长锚固 围岩稳定性
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弱胶结砂岩破坏规律及其声发射特性试验研究 被引量:5
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作者 任建喜 景帅 刘朝科 《煤炭技术》 CAS 2019年第6期1-4,共4页
为探究煤矿巷道软弱围岩的变形规律,以彬长矿区某矿为研究对象,研究其顶板弱胶结砂岩在饱水状态下的三轴-声发射特性,分析其塑性变形破坏规律和不同应力阶段声发射特征,得到饱水弱胶结砂岩破坏过程中声发射演化规律。分析结果可为预测... 为探究煤矿巷道软弱围岩的变形规律,以彬长矿区某矿为研究对象,研究其顶板弱胶结砂岩在饱水状态下的三轴-声发射特性,分析其塑性变形破坏规律和不同应力阶段声发射特征,得到饱水弱胶结砂岩破坏过程中声发射演化规律。分析结果可为预测弱胶结砂岩变形破坏趋势提供理论依据,为控制同类砂岩顶板变形提供可行性方法。 展开更多
关键词 弱胶结砂岩 围压 声发射 残余强度 峰值
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西部弱胶结砂岩循环载荷作用下塑性应变能变化规律 被引量:22
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作者 赵永川 杨天鸿 +5 位作者 肖福坤 汪泓 刘刚 郑喜 周靖人 申志亮 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期1813-1819,共7页
通过不同应力路径下的三轴循环加卸载实验,对中国西部矿区中不同粒径弱胶结砂岩的塑性应变能和塑性变形变化规律进行了研究。实验结果表明,加载路径对砂岩的塑性应变能及塑性变形特征有显著影响;在加载过程中,粗砂,中砂,细砂储存的塑性... 通过不同应力路径下的三轴循环加卸载实验,对中国西部矿区中不同粒径弱胶结砂岩的塑性应变能和塑性变形变化规律进行了研究。实验结果表明,加载路径对砂岩的塑性应变能及塑性变形特征有显著影响;在加载过程中,粗砂,中砂,细砂储存的塑性应变能以及累计速度依次递减,并且塑性应变能随应力增大按指数规律变化;各加卸载周期内储存的塑性应变能随加卸载次数及应力的增大呈"U"字形变化,即初始阶段由于孔隙裂隙压密,会储存较多塑性应变能;弹性阶段变形源于晶格弹性压缩,卸载时可以恢复,储存的塑性应变能较少;屈服阶段由于破裂面滑移也会储存较多塑性应变能;轴向和径向残余应变随应力增大呈指数形式增长,并且径向残余应变增长速度大于轴向;残余应变与塑性应变能变化规律不同,塑性应变能更能真实反映岩石在受载过程中的状态变化。 展开更多
关键词 弱胶结砂岩 循环加载 塑性应变能 残余应变 粒径
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新近系弱胶结岩水理特性室内试验研究 被引量:4
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作者 马向军 张社祥 马星辰 《人民黄河》 CAS 北大核心 2016年第5期125-127,142,共4页
为揭示引黄入洛(阳)工程隧洞围岩新近系弱胶结砂岩和黏土岩的工程特性,通过对两种弱胶结岩样分别进行耐崩解性试验和膨胀性试验,深入分析其水理特性。试验结果表明:耐崩解性试验的残留试样状态为表面泥化,筛出部分状态为遇水溶解,耐崩... 为揭示引黄入洛(阳)工程隧洞围岩新近系弱胶结砂岩和黏土岩的工程特性,通过对两种弱胶结岩样分别进行耐崩解性试验和膨胀性试验,深入分析其水理特性。试验结果表明:耐崩解性试验的残留试样状态为表面泥化,筛出部分状态为遇水溶解,耐崩解性指数随崩解试验循环次数的增加而逐渐降低,两种岩样都属于中等耐久性;两种岩样的自由膨胀率远小于1%,侧向约束膨胀率远小于1%,膨胀压力远小于300 kPa,两种岩样都不具有膨胀性,试验过程中,弱胶结砂岩表现为加水后顶部破坏或上表面泥化,而弱胶结黏土岩则表现为上表面泥化或无明显变化。试验表明两种岩样为中等耐崩解性、无膨胀性,不是造成围岩施工极易破坏的主要原因。 展开更多
关键词 弱胶结砂岩 弱胶结黏土岩 耐崩解性 膨胀性 水理特性
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深部砂岩地层中井壁结构稳定性分析 被引量:3
11
作者 宋朝阳 谭杰 宁方波 《建井技术》 2018年第2期26-31,共6页
为研究深部砂岩地层中的井壁结构稳定性问题,分析了深部砂岩地层中井壁结构的受力特点,对井壁围岩弱胶结砂岩的力学特性进行了试验研究,建立了深部砂岩地层井壁结构受力分析数值计算模型;并采用土压力盒,对现场井壁进行了压力测试分析... 为研究深部砂岩地层中的井壁结构稳定性问题,分析了深部砂岩地层中井壁结构的受力特点,对井壁围岩弱胶结砂岩的力学特性进行了试验研究,建立了深部砂岩地层井壁结构受力分析数值计算模型;并采用土压力盒,对现场井壁进行了压力测试分析。结果表明:深部砂岩地层井筒围岩强度较低,孔隙率较高;井筒开挖后,围岩变形量大,自稳性能差,对扰动更为敏感。随着埋深的增加,井壁壁后压力逐渐增高,扰动范围逐渐加大,最大主应力最小值出现在井壁与围岩交界部位。井壁壁间注浆前,压力不大;由于壁间注浆压力较高,壁间注浆时,壁后压力出现短时激增,附加压力较大。随着井筒开挖面逐渐远离监测水平,地层压力重分布,并趋于稳定。 展开更多
关键词 弱胶结砂岩 井壁结构 稳定性分析 监测
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弱胶结三维大尺寸疏松砂岩岩心的制作及评价 被引量:3
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作者 熊钰 刘成 +3 位作者 钟浩 徐宏光 周文胜 刘晨 《海洋石油》 CAS 2019年第3期43-49,共7页
为实现疏松砂岩油藏的三维物理模拟实验,关键之一在于如何获取能够代表实际储层条件的三维大尺寸岩心。而受疏松砂岩胶结强度小、疏松易散等特性影响,现场钻取大尺寸岩心难以实现,因此提出弱胶结三维大尺度疏松砂岩岩心的制备。通过岩... 为实现疏松砂岩油藏的三维物理模拟实验,关键之一在于如何获取能够代表实际储层条件的三维大尺寸岩心。而受疏松砂岩胶结强度小、疏松易散等特性影响,现场钻取大尺寸岩心难以实现,因此提出弱胶结三维大尺度疏松砂岩岩心的制备。通过岩心制作模具设计,以目标储层各油组粒度组成和物性参数为基准,并考虑到实际储层厚度和泥质夹层等宏观特征,进行弱胶结三维大尺度岩心以及带饱和度探针岩心的制作,并对成型岩心进行物性评价测试。结果表明,与实际储层相比,岩心模型孔隙度和渗透率误差保持在10%左右,精度较高,层内均质性好,各层平均胶结指数为1.6,属弱胶结范畴,胶结程度与目标储层一致。所制备的岩心较好地还原实际储层物性特征和宏观结构,为疏松砂岩油藏三维物理模拟实验提供可靠岩心来源支撑。 展开更多
关键词 弱胶结 三维大尺寸岩心 疏松砂岩 物性
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不同粒度弱胶结砂岩单轴加载下声发射特性试验研究 被引量:2
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作者 宋朝阳 谭杰 +1 位作者 王业征 刘冰 《建井技术》 2019年第3期31-35,共5页
对不同粒度的弱胶结砂岩在单轴加载条件下破坏过程中的声发射特征进行研究。根据试验过程中所采集的力学参数和声发射信号参数,得到了加载全过程中的应力、AE振铃计数、AE幅值以及AE绝对能量随时间的变化规律。研究表明:弱胶结砂岩随着... 对不同粒度的弱胶结砂岩在单轴加载条件下破坏过程中的声发射特征进行研究。根据试验过程中所采集的力学参数和声发射信号参数,得到了加载全过程中的应力、AE振铃计数、AE幅值以及AE绝对能量随时间的变化规律。研究表明:弱胶结砂岩随着颗粒粒度的减小,峰值强度增加。在单轴加载过程中,弱胶结砂岩AE振铃计数和AE绝对能量以数量级增加。不同粒度的弱胶结砂岩在初期压密阶段,AE振幅均较低;随着应力的增加,AE振幅不断增加。AE幅值在小于40dB的区间内,占比最高;在40~50dB区间内,占比次之,而这2个区间的AE幅值占比之和达到90%左右。说明不同粒度的弱胶结砂岩在单轴压缩破坏过程中,以小尺度裂纹扩展为主;最后裂纹贯通,完全破坏。 展开更多
关键词 弱胶结砂岩 单轴加载 声发射 振铃计数 绝对能量
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周期扰动应力作用下弱胶结砂岩声发射特性试验研究 被引量:1
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作者 宋朝阳 丁振宇 +1 位作者 谭杰 宁方波 《建井技术》 2019年第4期26-30,60,共6页
对周期扰动应力作用下的弱胶结砂岩损伤破坏全过程中的声发射振铃计数和峰值频率特征进行了试验研究。结果表明:施加周期扰动应力时,岩样的AE振铃计数水平明显降低,同时AE累积振铃计数曲线斜率降低,呈现近水平特征;当周期扰动应力作用... 对周期扰动应力作用下的弱胶结砂岩损伤破坏全过程中的声发射振铃计数和峰值频率特征进行了试验研究。结果表明:施加周期扰动应力时,岩样的AE振铃计数水平明显降低,同时AE累积振铃计数曲线斜率降低,呈现近水平特征;当周期扰动应力作用结束后,继续加载,AE振铃计数水平又开始增强,同时AE累积振铃计数曲线斜率再次增大,表现出明显的Kaiser效应。周期扰动应力水平为19%时,40~50 kHz的AE峰频密度降低,10~20、90~100、145~155 kHz的峰频密度显著降低,甚至缺失;而周期扰动应力水平为43.8%时,10~20、40~50、90~100和145~155 kHz四个峰频密度同样出现降低现象,但几乎不会缺失。随着周期扰动应力水平的提高,其对岩样内部裂纹的产生、扩展的影响更为显著。 展开更多
关键词 弱胶结砂岩 扰动应力 荷载 声发射特性 损伤
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