弱度比在裂隙含流体检测中的应用

利用裂隙弱度比与裂隙中的流体有关且对速度比特别敏感的原理，对弱度比与速度比的关系进行了研究，给出了弱度比与转换波速度比或时间比的表达式，并将此应用到WJT气田的裂隙含气检测中．实际资料的应用表明，弱度比与裂隙的含水性及含油气性有密切的关系，用弱度比检测裂隙的含流体性是可能的，弱度比剖面可作为裂隙含油气检测的基本剖面之一．     

巷道围岩中的裂隙发展与弱结构体

为了获得对深井巷道更加安全可靠的支护参数，基于宏微观裂隙对岩体稳定的重要影响，提出了深井巷道围岩中裂纹的形核过程和其损伤后形成“类板结构”和“块体结构”等问题．研究了深井巷道围岩中裂隙的产生和发展过程，阐述了巷道两帮裂纹在开挖后的二次应力作用下产生张性扩展破坏的机理，结合围岩中支承压力分布的特点，分析出其中存在5个力学性能不同的分区，在宏观张裂区的裂纹面将未受损伤的相邻岩石分割成厚度较小的“类板结构”，在宏观剪裂隙区“块体结构”的进一步失稳也会导致“类板结构”的形成，在压力的作用下“类板结构”发生屈曲。结果表明：“类板结构”的屈曲与后屈曲变形是引起巷道严重片帮与垮落的主要因素．     

基于格子Boltzmann理论的弱胶结裂隙岩体水沙两相流特性

通过格子Boltzmann方法对裂隙岩体水沙两相流动规律进行理论分析,建立裂隙岩体水沙两相流动的格子Boltzmann模型,推导了水沙两相的基本守恒方程并建立了水沙两相流动系统的控制方程,基于浸入边界法,利用欧拉点和拉格朗日点处理水沙两相界面。通过数值模拟裂隙溃沙情况,分析了沙粒进入裂隙前后的流动形态,研究了颗粒粒径和裂隙宽度对溃沙速度的影响。借助单裂隙下的研究结果,建立上覆厚松散沙层矿井开采模型,分析裂隙发育下突水溃沙情况,发现在初始阶段,沙粒的溃入会堵塞裂隙,抑制裂隙的发育;随着水压的持续施加,大量水沙混合物开始涌入裂隙,岩体孔隙压力增大,导致裂隙迅速发育扩展,甚至会造成顶板垮落,加剧突水溃沙灾害。     

裂隙弱面注浆加固后的抗剪切特性及破坏特征

基于天然岩体内原生裂隙易造成工程围岩失稳的背景,采用自制砂浆体裂隙弱面模拟均质性较好岩体内部裂隙弱面,并以注浆加固后的裂隙弱面为研究对象,开展其抗剪切特性和破坏特征的研究。研究结果表明：法向压应力增大时提升了裂隙弱面滑动的阻力,导致注浆加固后的裂隙弱面抗剪切能力增强,表现为抗剪切强度增大；注浆材料强度、材料粘黏力的增大也可促使裂隙弱面的抗剪切能力增强,其增长趋势不受砂浆体强度和法向压应力大小的影响,但会受注浆材料粘黏力的影响；注浆加固后裂隙弱面受剪切力作用时,剪切破坏面多出现在弱面的两侧,且常以弱面滑移破坏、注浆体破断、砂浆体剪切断裂的形式存在,其中注浆体破断是材料内部晶体错动断裂的宏观表现。研究结果不仅为改善岩体内部裂隙弱面注浆加固工艺提供了一定的理论参考,也为注浆材料的研发提供了思路。     

弱膨胀土干湿循环效应的研究

对经历不同干湿循环次数的膨胀土试样进行扫描电镜试验及核磁共振试验,对比研究了干湿循环后的裂隙、孔隙、抗剪强度。结果显示,随着循环次数的增加,膨胀土的组合结构发生改变;裂隙随循环次数的增加明显增多。孔隙随循环数次增加而变化,优势孔径大小与最大孔隙大小逐次增加;前两次循环时裂隙发育不完全,孔隙发生变化,抗剪强度降低幅度较大;第4次循环之后,抗剪强度幅度降低较小,但孔隙和裂隙发育幅度明显越来越大,其形貌特征也发生了较大改变。颗粒间的联结强度和土体形貌特征的改变,是引起强度衰减的重要因素。     

采动裂隙动态演化定量分析及其应用研究

合理定量分析覆岩裂隙动态演化特征对于采动损伤评价尤为关键。以任家庄煤矿110903工作面为工程背景，运用相似材料模拟试验，计算不同开采进尺下的裂隙分形维数，分析覆岩裂隙数量、倾角、长度、宽度等参量，定量研究了覆岩裂隙发育扩展情况，并通过同等试验条件对比分析了冒落区充填前后裂隙发育特征。研究结果表明：随着2层关键层的破断，覆岩裂隙分形维数呈现上升—稳定—上升趋势，分形维数变化与压力峰值变化一致，可反映出覆岩运移及压力显现变化规律；依据裂隙演化情况可将采场覆岩裂隙划分为离层区裂隙，压实区裂隙，垮落带裂隙，左、右侧竖向破断裂隙，离层Ⅱ区裂隙等，其中，竖向破断区裂隙倾角分布为0°～90°;垮落带裂隙复杂，裂隙倾角分布为0°～360°,裂隙贯通性好；离层区裂隙倾角近水平，裂隙贯通性较差；通过对比试验展现未充填和充填裂隙扩展规律，表明开采过程中及时在垮落带充填能有效控制覆岩裂隙发育。     

气体性质和孔隙压力对煤体微裂隙扩展的影响

利用工业CT扫描系统，观测不同气体压力条件下煤体内部微裂隙萌生扩展特点，为揭示煤层瓦斯流动产出控制因素提供新的依据。结果表明：非吸附性气体作用下，随孔隙压力的升高，煤体内部微裂隙的萌生和扩展愈加明显，裂隙体积和裂隙面积百分比增长率随之逐渐减小，符合气体压力影响下的裂隙扩展方程，微裂隙扩展主要受控于应力集中效应和煤基质收缩效应。吸附性气体作用下，随吸附时间的延长，煤体内部微裂隙的萌生和扩展则越来越显著，直至扩展平衡；裂隙体积和裂隙面积百分比增长率随之逐渐变小，符合吸附时间影响下的裂隙扩展方程；裂隙扩展主要受应力集中效应、煤基质收缩效应、蚀损作用和劣化机制影响；吸附压力越大，煤体所需的吸附平衡时间愈长；微裂隙扩展平衡时间长于气体吸附平衡时间，裂隙扩展具有明显的滞后性。     

裂隙充填物对围岩形变效应的数值分析

为了探讨充填物的水力效应对裂隙变形的影响，以大冶铁矿井下调查为基础，基于岩体力学参数及原岩应力测试成果，采用三维有限元方法模拟了裂隙进水前、仅垂直裂隙进水及垂直裂隙和水平裂隙均进水3种情况下，裂隙充填物对围岩变形的影响．研究结果表明，自然状态下，充填裂隙附近围岩的应力降低较小；单一垂直充填裂隙进水，只会引起巷道走向方向上围岩应力的重新分布，对顶底板不会产生较大的影响；而垂直裂隙与水平裂隙的相互贯通是引起充填裂隙带产生大面积垮塌的主要原因．     

预制交叉裂隙花岗岩强度特征试验

为探究交叉裂隙对岩石强度的影响，通过制备含不同角度主次交叉裂隙的花岗岩试件，对其进行单 轴压缩试验。结果表明：主裂隙平行于加载方向时，试件的峰值强度与起裂强度普遍较大且均随裂隙角度增加而 呈降低趋势，主裂隙对试件强度的影响非常小，试件的破坏主要受次裂隙控制；主裂隙不平行于加载方向时，试件 的峰值强度与起裂强度相对较低，次裂隙的角度变化一定程度上会使岩石试件的强度产生波动，但从主裂隙相同 组试件的平均强度上看，其引起的变化很小；主裂隙相同时，随次裂隙角度的变化，峰值强度与起裂强度的变化波 动规律大致相同，成正相关关系；主裂隙相同组试件平均的峰值强度与起裂强度均随裂隙角度增加呈降低趋势，同 单裂隙试件相对应的峰值强度与起裂强度相接近。     

基于地质统计学的个旧矿区裂隙特征研究

了研究个旧矿区的裂隙特征，使用ArcGIS软件运用改进的圆形扫描测线法对个旧矿区的两处研究区域裂隙进行了提取，通过运用地质统计学对裂隙数据进行分析，得到采样点1区域的裂隙307条；裂隙长度集中在3.09~7.68 m，累积频率分布为50% 时的裂隙长度为4.70 m；方向主要集中在60°~250°的裂隙共有259条，占比为85.34%；裂隙密度为0.290 3。采样点2区域的裂隙共有227条，裂隙长度集中在3.76~7.62 m，累积频率分布为50%时的裂隙长度为4.88 m；方向主要集中在60°~230°的裂隙共有196条，占比为86.34%；裂隙密度为0.177 7。通过对比得到同一区域不同采样点的裂隙分布之间具有一定的相似特性，但随采样点离断裂位置距离的不同，裂隙方向和裂隙密度也展现出了局部变异特征，其中采样点1更靠近莲花山断裂附近，所以受到的影响更大。研究结果可以丰富矿区的地质研究，为找矿勘查工作提供理论和资料依据。     

聚氨酯水泥浆封孔技术在新景矿的应用

 摘要：根据阳煤集团新景矿瓦斯抽放孔采用聚氨酯封孔,抽放效果差的现象,通过对瓦斯抽放孔巷道的应力变化和裂隙进行研究,改进封孔参数和工艺,得出了适合阳煤集团新景矿瓦斯抽放孔的封孔工艺技术,即聚氨酯水泥浆双重封孔工艺技术,通过现场应用表明,该技术能有效提高瓦斯抽放效率。     

爆炸荷载下空孔效应的研究与应用

在深部岩石的破碎中,深孔爆破具有高效安全的特点,为改善爆破效果,使岩体的完整性降低,采用空孔控制裂纹的扩展,同时利用空孔补偿岩石的位移。根据爆破理论,确定压碎区、裂隙区、弹性区的范围,通过实验研究空孔位于不同作用区时岩石的断裂方向,分析空孔与装药孔间的距离对裂纹扩展的影响,并测量不同孔间距时空孔周围的应变。实验结果表明,空孔位于爆破裂隙区时,可以有效控制裂纹的扩展方向,空孔有定向致裂的作用,此时空孔周围的应变最大。在淮北矿业集团煤矿顶板弱化中,合理布置爆破参数,使难冒顶板变为易冒顶板,爆破后岩体声速降低40%~50%,爆破区域裂纹扩展,工作面推进阻力降低,达到爆破设计要求,提高了生产效率。     

空孔对爆生裂纹扩展的力学行为研究北大核心

为了探究空孔对爆生裂纹扩展的影响,结合ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了空孔爆破损伤模型,理论上推导了空孔附近的岩体质点应力分布方程,分析了空孔效应对于破碎机理与裂纹扩展的影响。结果表明:空孔自由面效应会在空孔附近引起冲击压力骤增和震速变化,出现迎爆面处岩石“片落”现象;空孔背爆面处的震速明显小于迎爆面的震速,说明空孔具有很好的泄压降震效果;通过对冲击压力和裂隙区半径的解析解计算与数值计算结果对比,冲击压力的误差11.81%,而裂隙区半径的误差9.49%,两者结果较为接近。     

长江三峡链子崖危岩体防治工程中的锚固钻孔工艺

介绍了长江三峡链子崖危岩体的概况以及整治危岩体中造锚索孔的技术，包括钻机在高空排架固定、防止孔斜及测斜、破碎带和大裂缝的钻进技术，以及大裂缝的堵漏技术。     

煤矿岩石巷道中深孔聚能爆破新技术研究

针对煤矿岩石巷道掘进中"循环进尺"和"巷道成型"两个关键问题进行研究。以超前探孔做为直眼掏槽的中间空孔,实现"一孔双用",采用稳定组合钻具定向保直钻进三次成孔工艺,单孔三圈桶形直眼掏槽方式,在孔长60 m、孔径193 mm条件下,中深孔爆破循环进度可达到2.4 m。对普通光爆与聚能爆破机理进行分析,确定聚能被筒定向断裂方式,被筒内管为乳化药卷,外侧被敷两侧开缝的PVC管,通过聚能缝的导压作用实现巷道周边双向聚能定向断裂。工业试验表明,中深孔聚能爆破新技术能够实现巷道成型质量好、循环进尺高。该成套技术是岩巷钻爆法施工的一次革新,可在我国煤矿岩巷钻爆法施工中推广使用。     

高速钢低温淬火在牙轮钻头上的应用

高速钢制作矿用牙轮钻头轴承系统的衬套,普遍存在破裂现象,通过低温淬火和优化工艺参数,韧性大幅度提高,工业试验的破裂率由传统的９０％～９６％下降到７％～１３％,钻头穿孔米道提高了１７％。     

综掘硬岩段深孔超前爆破研究与应用

针对硬岩巷道综掘施工难度大的问题,提出采用深孔超前爆破技术,以增大岩体内裂隙和损伤范围,降低综掘机切割难度。以淮北矿业集团桃园煤矿为例,进行了原岩应力作用下爆破裂隙和损伤范围的理论分析和数值模拟研究,据此设计了大直径深孔超前爆破参数,并进行现场试验研究,研究结果表明:炮孔直径75 mm、药柱直径63 mm的爆破炮孔周围0.424 m范围内的Von Mises应力在177 MPa以上,形成破裂区;损伤范围0.424~2.3 m;爆破后综掘机施工速度提高了40%~50%、而截齿消耗降低了52.4%;对爆破振动实测并分析得出爆破振动能量集中在50~160 Hz频带范围内,没有对巷道围岩及支护结构造成破坏。     

下沟煤矿本煤层预抽钻孔合理封孔长度研究

封孔长度的合理性对于煤层预抽钻孔的抽采质量影响较大，当封孔长度较大时，不利于封孔段瓦斯的抽采，同时封孔成本增加，反之当封孔段长度较小时，若未封孔部分与煤壁裂隙导通，钻孔发生漏气又影响钻孔抽采质量。为确定合理的封孔长度，针对下沟煤矿302工作面特定的地质条件，采用单孔声波发射对巷道卸压区和应力集中区范围进行了研究，通过分析卸压区范围，确定了合理的封孔长度，并结合试验孔周边的预抽钻孔抽采数据，进行了验证分析，得出该工作面的合理封孔深度为8 m。     

大直径反井钻机在开始扩孔时钻杆断裂分析与处理

以ZFYD2500型反井钻机为原型,针对该钻机在施工煤仓开始扩孔阶段出现的钻杆断裂事故,结合现场数据对钻杆进行力学分析和计算,总结出大直径反井钻机在扩孔施工中应如何避免钻杆断裂事故的发生。     

裂缝带顺层长钻孔瓦斯抽采技术研究

为进一步提高采空区裂缝带瓦斯抽采效果、降低矿井瓦斯治理成本,保证工作面安全回采,曙光煤矿引进大直径顶板定向长钻孔技术对工作面覆岩裂缝带瓦斯进行抽采,同时对高位定向钻孔布置层位及施工工艺进行了研究。现场工业性试验表明,垂直方向上定向钻孔层位布设于裂缝带中下部瓦斯聚集区域17.1~22.8 m;水平方向上钻孔分布范围距回风巷15~35 m,钻孔间距为10 m。与普通高位钻孔抽采技术相比,该套技术不仅大幅减少高位钻场数量和钻孔进尺量,显著缩短施工工期和降低施工成本,而且瓦斯抽采效果明显优于常规钻进技术,平均单孔瓦斯抽采纯量由0.15 m³/min提高到1.55 m³/min,提高了9倍;钻孔抽采寿命由18~33 d提高到146 d以上,提高了4倍以上。