断裂带电各向异性直流电阻率法探测研究

由于裂隙可以诱发各向异性,故提出了采用直流电阻率法探测研究断裂带电各向异性特征,进而研究断裂带发育特征的思路。通过采用物理模拟和数值模拟的方式,得出断裂带电各向异性地层在不同倾角、走向、有无各向同性背景层情况下的视电阻率响应特征:水平各向异性地层,在地表测量结果中无各向异性特征反映;倾斜各向异性地层,视电阻率极大值对应于地层的倾向,极小值对应于走向,极形图长短轴方位与其比值,与地层的走向、倾角及各向异性系数有关。     

基于岩体损伤模拟的露井联采边坡稳定性

岩体是具有初始几何损伤的多裂隙介质,露天和井工开采导致应力场发生改变,进而节理扩展,损伤增加,强度降低。根据Kawarnoto损伤张量概念、等效应变原理及断裂力学理论,对安太堡煤矿露井联采条件下的节理岩体损伤演化进行了模拟,得到了边坡岩体在露采与井采时损伤张量的时空分布演化特征。建议应用反映采动效应的损伤张量或截面损伤度作为岩体扰动参数,根据岩体质量分类RMR值,确定Hoek-Brown强度参数m和s,体现了岩体强度的各向异性和时空变化。应用到安太堡煤矿露井联采条件下的边坡稳定性分析中,安全系数为1.89~2.32,说明发生剪切破坏的可能性较小,边坡岩体的破坏主要由井工采空区坍塌引起。     

结构性效应对层状岩体力学特性与破坏特征的影响

煤矿地层广泛分布有层状砂岩、煤、页岩等层状岩体,层状岩体是一种沿着层面力学性质相同、垂直层面力学性质各异的各向异性岩体,基质和层面的不同组合导致层状岩体具有尺寸效应、层理密度和层面倾角效应等结构性效应,将影响层状岩体的强度和破坏特征。针对结构性效应对层状岩体力学性质和破坏特征的影响,开展了基质的尺寸效应、层状岩体的层理密度和层面倾角效应研究,分析了结构性效应对层状岩体应力-应变曲线特征、峰值强度、变形特征和破坏特征的影响。结果表明：峰值强度和弹性模量均表现出随试样高宽比增大而减小的尺寸效应;围压对尺寸效应有弱化作用,围压约束条件下,岩体结构性失稳程度减弱,延性特征逐渐显现;层面倾角为90°时层状岩体的峰值强度和弹性模量达到最大值;围压和层面倾角影响层状岩体的脆延转化特性、损伤程度和破坏形式。研究结果可为深井巷道层状围岩力学参数标定和破坏机制分析提供重要的理论依据。     

龙固煤矿开采后顶底板压力作用下地电场变化规律

矿井水害大多与岩层运动和应力运移相关,而应力可通过地电场的变化表现出来。为探究煤矿开采后的应力变化与矿井水的关系,以龙固煤矿2301工作面顶底板水害动态监测项目为例,采用三维高密度电法探测技术,以视电阻率参数反映地电场变化,绘制地层电阻率三维数据体,结合顶板砂岩水及底板三灰水随工作面开采的运移情况进行研究。结果表明:煤层采动影响顶底板岩石裂隙的发育及闭合,从而使煤层内部的水在应力作用下进行移动;在电性变化上表现为应力集中区呈现高阻异常,应力释放区呈现低阻异常。     

采动裂隙场梯形台分布特征数值模拟研究

采动裂隙是卸压瓦斯运移的主要通道,采动裂隙场分布特征是瓦斯抽采治理的核心基础。为了研究采动空间内裂隙场分布特征,以义煤集团新安煤矿为工程背景,采用理论分析、UDEC数值模拟的研究方法,分别分析垂直方向、走向方向、倾向方向采动裂隙分布特征,印证了采动裂隙场呈现梯形台的分布形态,得出了梯形台裂隙空间范围,可为卸压瓦斯抽采钻孔的布置提供参考依据。     

东辉井田工程地质特征与开采技术条件分析

对东辉井田工程地质特征和开采技术条件进行了研究和分析,东辉井田为巨厚松散层覆盖下的煤系地层,含主要可采煤层6层,煤炭资源丰富,煤层倾角较缓,煤质优良,可采煤层为低灰、低硫、高发热量、低瓦斯的不粘煤及弱粘结煤,是良好的民用及动力用煤。含煤地层以碎屑沉积岩为主,层状结构、岩体各向异性,强度变化大,随着深度增加,岩石强度增高。地层岩性较复杂,地质构造较发育,风化作用及裂隙发育中等,主井、副井和风井在松散层段按冻结法、基岩段采用普通法施工井筒,可建生产能力为120万t/a大型煤矿。划分了工程地质勘探类型,对下步的工作和矿井设计提供了依据,并有一定的指导意义。     

煤岩体水力压裂过程视电阻率响应实验

为了探索水力压裂半径的有效考察手段,进行了小尺度煤岩体水力压裂过程视电阻率响应实验。分析了水力压裂过程视电阻率响应原理,建立了水力压裂视电阻率响应实验系统,在此基础上,研究了水力压裂过程煤岩体视电阻率的响应特征规律。研究表明,由于压力水的参与以及煤岩体自身结构的破坏能够引起内部电流场分布状态的改变,引起了煤岩体视电阻率的变化;水力压裂实验中,煤岩体视电阻率具有较好的响应,水力压裂影响区域煤岩体视电阻率会出现显著变小的现象;视电阻率在空间上的分布不是均匀的,试样不同位置的视电阻率在时间上的演化也不是同步的,视电阻率的响应与煤岩体内部裂隙及压力水的分布及演化密切相关。     

低透气煤层群首采关键层卸压开采采空侧瓦斯分布特征与抽采技术

通过对首采关键层留巷采空区边缘岩体结构变形破坏和裂隙演化规律的分析,揭示了“Y”型通风工作面采空侧卸压瓦斯富集区域、运移通道、瓦斯分布特征及卸压瓦斯运移规律,提出了留巷钻孔法煤与瓦斯共采新技术和新方法;在留巷内布置上下向高低位抽采钻孔直达卸压瓦斯富集区域,实现连续抽采卸压瓦斯与综采工作面采煤同步推进,通过连续高效抽采上下被卸压层的瓦斯,实现了煤矿井下直接抽采卸压瓦斯的重大突破.     

研山铁矿薄层状岩体露头裂隙几何参数 空间变异特征研究

露天矿薄层状岩体中原生的“隐性”闭合层面为“显性”层状裂隙发育提供了基础,形成了不利于顺层边坡稳定性的岩体结构。提出了一套完整的方法流程用于大窗口范围内层状露头裂隙的非接触测量建模、几何特征参数提取及地质统计分析。以研山铁矿东帮顺层边坡为例,基于无人机倾斜摄像测量及EPS三维测图进行了大窗口范围的裂隙面和迹线测量建模,并投影至层状边坡各向异性面上,提取了裂隙迹长、倾角、间距及坐标,并进行了地质统计分析。结果表明：① 研山铁矿露头层状裂隙迹长及间距服从对数正态分布,倾角服从正态分布,均值分别为2.29 m、0.99 m和48.55°;② 3种几何特征参数均具有各向异性半变异函数,变程椭圆主方向接近平均倾角,根据迹长与间距的变程比值推测裂隙方向平均断距为0.62 m,故浅层结构面贯通率约0.78;③ 裂隙迹长受爆破开挖和原生结构共同控制,二者叠加导致其空间变异程度和变程均最大,主变程与爆破孔深有关。裂隙间距及倾角主要受原生结构控制,三者受控因素的差异导致无显著相关性。所提出的方法流程为层状岩体露头裂隙大窗口测量和地质统计分析提供了参考,研究结果对加深研山铁矿薄层状岩体结构特征认识和揭示滑坡机制具有重要意义。     

断层影响区破碎煤岩体深层临界失稳范围确定

采动作用下断层影响区巷道煤岩体失稳易诱发动力灾害,定量确定断层区破碎煤岩体深层临界失稳范围(ranging of critical destabilization,RCD)对支护参数优化和安全开采至关重要。以屯宝煤矿1193工作面断层影响区的巷道稳定性控制为目标,采用工程地质调查、理论分析和现场观测相结合的手段,获取断层影响范围内巷道煤岩体失稳破裂信息。通过对钻孔裂隙统计分析、评价局部范围内深部围岩节理裂隙的发育特征及其随深度分布特征来研究围岩深层破裂失稳特征规律,确定了巷道围岩深层临界失稳范围为2.32 m。针对巷道顶板侧与煤壁侧深层临界失稳范围的不同,对巷道支护参数进行优化和应用,保证了巷道稳定性和安全开采。     

煤油气共生矿井底板油型气赋存特征及防治

为了提高煤油气共生矿井油型气灾害治理的科学性，以黄陵二矿为例，采用现场测试、钻探取芯、跟踪观测、地质分析等多种方法，研究了采掘工作面煤层底板油型气分布特征、涌出规律和运移机理，并初步探讨了底板油型气体灾害防治措施。结果表明:底板油型气涌出点多位于底板砂岩储层上倾尖灭端和砂岩透镜体附近，呈现不连续区带状分布特征，涌出的油型气主要来自富县组砂岩层，涌出的动力主要为地层流体压力差，底板油型气通过地层中存在大量的断裂和裂缝、微裂缝系统进入采掘空间，采掘扰动是底板油型气异常涌出的工程诱导因素。建议加强油型气综合探查技术、油型气灾害预测预报技术、油型气综合抽采技术和智能化矿井建设等方面的研究。     

采动裂隙煤岩体应力与瓦斯流动的耦合机理

采用渗流力学理论分析方法,对煤层采动裂隙、采动应力与瓦斯流动的耦合作用进行了研究。对采动过程中煤层及其覆岩的裂隙,采动应力和瓦斯压力进行了现场实测,并对三者之间的相互影响作用进行对比分析。研究结果表明：采动影响下裂隙煤岩体的渗透率与裂隙宽度、裂隙贯通情况、裂隙不平整度、裂隙间距裂隙法向刚度和采动应力等有关,裂隙煤岩体瓦斯流动与其裂隙发育情况有着极其密切的关系,瓦斯渗透率与裂隙宽度呈正相关,与裂隙间距呈负相关。基于工作面煤层采动裂隙、采动应力与瓦斯流动耦合作用,依据裂隙煤岩体瓦斯渗流定律,构建了裂隙煤岩体采动应力-瓦斯渗透的力学模型,揭示了裂隙煤岩体的采动裂隙、采动应力与瓦斯流动的耦合机理。     

采掘作业煤岩破坏对矿井瓦斯抽采的影响

围绕煤岩破坏对矿井瓦斯抽采的影响,阐述了采掘作业对煤岩的破坏形式,瓦斯在煤岩体破坏后的运移规律及相应的煤矿瓦斯抽采方式,为矿井瓦斯的抽采提供了参考。     

采动岩体裂隙分维演化规律分析

采用岩石破裂过程RFPA数值分析系统研究了具有初始裂隙的采动岩体裂隙演化过程和破坏模式,利用数值试验成果基于分形几何理论分析了采动岩体裂隙分形维数随开采宽度、初始损伤量的演化特征,揭示了采动岩体裂隙分维演化规律.分析证明,与采动岩体裂隙分布的分形维数存在明确对应关系的应为初始损伤量,而不是初始裂隙倾角,不同的初始损伤量对应不同的分形维数,在开采末期,采动岩体裂隙分维随初始损伤的增加而呈线性增加,回采结束时,初始损伤量越大,采动岩体裂隙分布的分形维数越大.研究结果为进一步探索裂隙随机分布时采动岩体分维演化规律提供参考依据.     

厚松散层薄基岩坚硬顶板工作面覆岩破坏电法监测

掌握导水裂缝带发育高度对于厚松散层薄基岩煤矿工作面安全开采具有重要的意义。在煤层采动影响前,在工作面巷道向煤层工作面顶板施工1个仰孔,布置孔中电极电缆,形成钻孔电法监测系统。在巷道中连接并行电法仪器和钻孔电缆,数据采集方式称为AM法。随采煤工作面位置逐渐接近并进入钻孔控制范围,监测电极电流值和视电阻率值发生变化。结果表明:对潘北煤矿厚松散层薄基岩坚硬顶板工作面电法监测显示,弯曲下沉带电极电流值和视电阻率值较为稳定,受采动影响程度较小;导水裂缝带内,电极电流值明显下降,视电阻率值明显升高;顶板高度0~40 m采动超前影响范围可达410 m左右;工作面坚硬顶板砂岩地层为控制覆岩破坏的关键层,采空区上方坚硬顶板岩层垮落滞后工作面9~16 m;工作面导水裂缝带高度为37 m,导水裂缝带未发育到基岩面,风化砂质泥岩裂隙在采动应力作用下存在闭合现象。     

采动条件下工作面卸压瓦斯运移特征及综合治理技术研究

为对5912综采工作面采动影响下覆岩及底板煤岩体中卸压瓦斯的运移特征及瓦斯治理技术进行研究,通过Fluent软件建立5912工作面采空区数值模型研究采动影响下覆岩及底板煤岩体中卸压瓦斯的运移特征,提出采空区埋管、高位钻孔及顺层钻孔抽采相结合的瓦斯抽采综合治理方式。结果表明:在采取了合理的综合治理措施后,上隅角瓦斯浓度降低至0.5%,回风顺槽侧瓦斯浓度降低至0.3%,采掘空间瓦斯浓度显著降低,很好的解决了矿井瓦斯频繁超限、瓦斯积聚的问题,保证了工作面安全回采。     

河下采煤覆岩采动裂隙分布特征的数值分析

基于某煤矿工程地质条件,运用非线性数值分析软件UDEC,分析了采场走向及倾向采动裂隙演化规律及分布特征,并以岩体综合强度为变量计算了导水裂隙带的高度。分析结果表明:导水裂隙带高度与理论计算相吻合,充分采动条件下,工作面走向裂隙带分布呈"前"高"后"低的类"马鞍型"形态,工作面两端是防治工作面突水的重点。     

赵各庄矿深部大倾角综放工作面裂隙场的相似模拟研究

针对赵各庄矿3237综放工作面,深部大倾角工作面瓦斯与煤层自燃综合防治中的裂隙场演化特征相似模拟,表明:上覆岩层在采动影响下会产生大量的离层和断裂裂隙;上覆煤岩层上的应力是动态变化的。提出了瓦斯的聚集区和瓦斯的运移规律。     

红菱煤矿开采保护层后煤岩体采动裂隙分布的数值模拟研究

以沈煤集团红菱煤矿保护层开采为工程实例,通过开采11#煤层,对存在煤与瓦斯突出的7#煤层和12#煤层进行卸压,研究保护层开采后采动裂隙分布规律。通过FLAC3D模拟采动后应力场和位移场变化情况、塑性区分布范围,分析了保护层开采后煤岩体采动裂隙的分布规律。     

采动覆岩裂隙分布特征数字分析及网络模拟实现

利用钻孔彩色电视系统,对煤矿采动覆岩裂缝带范围内的钻孔裂隙的分布形态进行了探测,定性总结了采动裂隙的分布特点;对裂隙的倾角、宽度和数量进行了统计,综合评价了采动裂隙分布的定量关系;应用3DEC程序对裂隙分布进行了网络模拟实现。研究结果表明,采动岩体裂隙的主要特点就是裂隙发育以高角度甚至垂直岩层层面的裂隙为主,裂隙的发育数量与埋深呈现二次方的递增形式,而裂隙宽度与裂隙数量的分布近似呈正态分布。