深厚煤层开采底板变形特征的光纤监测研究

煤层工作面采动会引起采场底板应力场重新分布,发生煤岩体的变形与破坏,准确掌握其时空发育特征对底板突水预测具有十分重要的意义。为了探究大埋深特厚煤层开采底板岩层裂隙场的发育规律,依托准格尔煤田某矿开采工作面,采用井孔光纤应变测试技术开展室内岩石压裂测试并实施底板监测,获得了大采高底板下不同深度岩层随工作面推进的应变变化曲线及特征。结果表明:光纤监测技术可有效捕捉深部煤炭开采底板岩层破坏特征,特别反映出在垂向分布上通过应变与岩层对应关系可得到底板裂隙场发育具有一定的分层性,其分布主要受地层结构影响,并且破坏优先发生于软弱岩层和软、硬岩层交界面附近。且通过1#、2#钻孔应变特征综合分析61101工作面受采动影响底板最大裂隙发育深度为21.5 m。     

非坚硬顶板条件下高强度开采采动诱发冲击地压机理初探

即使是非坚硬顶板条件，当开采强度加大时，也将发生冲击地压灾害。针对厚及特厚煤层综采放顶煤、大采高综采等高强度开采条件，立足于由顶板岩层-煤层-底板岩层所组成的力学系统，通过数值模拟研究，研究采动应力场的时空演化过程对采掘空间受力、变形及破坏的影响及远场应力与近场应力的相互影响及诱发冲击地压的条件，弄清煤岩层垮断、采动应力场的时空演化规律，揭示非坚硬顶板条件下高强度开采采动诱发冲击地压及瓦斯灾害的机制。     

承压水上厚煤层底板变形破坏特征实验研究

采场底板稳定性影响因素很多,其中高承压水作用是底板隔水层裂隙发生、发育、扩展及造成底板变形失稳的关键因素之一。我国华北型矿区均受石炭二叠纪煤系底部的太灰、奥灰含水层影响,为此,分析承压水作用下采场底板矿压显现规律意义重大。通过相似材料模拟,分析承压水作用下底板岩层变形及裂隙发育规律。结果表明:沿工作面推进方向,按煤层底板变形特征可划分为5个区,依次为稳定区、压缩区、压缩-膨胀过渡区、离层膨胀区及压实稳定区;按底板破坏特征,自上而下依次为竖向张裂隙带、斜向穿层裂隙带、顺层裂隙带。研究结果可为承压水上开采底板失稳机理研究提供参考。     

采场底板岩层破坏与损伤分析

底板岩层在采动过程中的破坏取决于底板的应力场和原生缺陷分布。在基于岩石工程破坏准则，探讨底板岩层破坏定义的前提下，依据现场综合观测资料，采用各向同性弹性损伤双标量模型的两个损伤变量描述底板岩层的裂隙演化，结合位移反分析的结果，研究底板岩层破坏的细观机理，可为开采煤层底板的安全性评价提供依据。     

三维应力条件下煤层底板采动破坏规律实验研究

以川煤集团白胶煤矿2481工作面地质资料为基础,利用自行研制的“多场耦合煤矿动力灾害大型模拟试验系统”,进行了三维采动应力条件下的三维模拟开采实验。通过应力监测、测量统计、色素示踪、照相素描等方法,对采动后的底板岩层破坏规律进行了研究。研究结果表明:底板岩层表现出“采前增压-采后卸压-压实回升”的动态受力特征;根据裂隙发育特征,可将底板裂隙带在走向上分为“开切眼裂隙发育区”、“采空区中部压实区”和“工作面裂隙发育区”,在竖直方向上分为“底板破断裂隙带”和“底板弯曲离层带”;确定底板最大破坏深度为14 m,为上保护层开采中被保护煤层瓦斯抽采的设计及优化提供了依据。     

平缓反倾采动滑坡形成的地质力学模式研究——以贵州省马达岭滑坡为例

 马达岭滑坡是典型的采矿诱发型滑坡,自然斜坡为平缓反倾层状结构。以马达岭滑坡为原型,采用物理模拟方法,研究两层开采条件下采动斜坡的变形过程,并分析该类斜坡变形破坏的地质力学模式。研究表明：煤层开采后采空区边界上覆岩体产生应力集中,导致采动裂隙首先产生于该部位,以陡倾竖向倾倒式裂隙为主,裂隙向采空区中部扩展并逐渐形成离层裂隙和剪切裂隙;变形稳定后采空区上覆岩层弯曲,在地表形成沉陷区;受采空区上覆岩层沉陷的推挤作用,外侧坡体沿煤层向坡外滑移,导致坡体下部隆起。该类斜坡变形破坏的地质力学模式可以分为：弯曲–拉裂(“表生”改造阶段)、塑流–拉裂、蠕滑–拉裂3个阶段。     

采动作用下含深大岩溶结构面坡体裂隙扩展及变形破坏规律

中国西南高陡岩溶山区崩滑灾害频发,长期地下采矿活动是该区域崩滑灾害的重要诱因之一。采动作用下,坡体后缘深大结构面扩展演化控制着高陡岩溶坡体稳定性和失稳破坏模式。在野外地质调查基础上,结合室内物理模型试验和离散元数值模拟,揭示了地下开采扰动下覆岩裂隙扩展演化规律,阐明了深大结构面对边坡稳定性的控制作用,讨论了坡体变形的破坏模式。结果表明：地下开采扰动对斜坡体稳定性的影响主要表现在地下采动卸荷引起覆岩应力重分布、山体变形诱使裂隙扩展;地下采空后,斜坡体在二维剖面上形成类似“悬臂梁结构”,坡体原有深大结构面控制坡体稳定性;下行开采条件下,采空范围在断层之前,山体高度较小,在自重作用下“悬臂梁结构”岩层向断层及采空区方向协同变形,不会产生大量离层裂隙,煤层顶板仅发生断裂坍塌并充填采空区,采空至断层后,左侧山体已发生塌落,山体应力重分布,覆岩在自重作用下形成大量张拉裂隙,直接顶塌落高度与裂隙带高度也随采空区范围增加而增加。其变形破坏演化过程可概化为：地下开采卸荷–应力重分布→覆岩断裂下沉–裂隙扩展→坡体裂隙贯通–悬臂破坏→坡中变形挤出–岩桥剪断→坡体整体失稳破坏。     

采煤面覆岩变形与破坏立体电法动态测试

 采用立体直流电法,通过在井下巷道中煤层顶底板位置施工若干钻孔,在孔中埋置一定数量电极,形成孔间探测剖面,并根据采动进度测取不同时期岩层电场变化特征,进一步反演其三维立体电阻率值,可对上覆岩层受采动超前影响至后期变化规律进行全面的分析研究,为煤矿安全生产提供直观有效的技术参数。淮南某矿采面覆岩破坏顶底板跨孔立体电法测试应用中,共获得28组连续观测数据,对采动应力超前及顶板岩层变形与破坏裂隙发育特征给出动态分析,所获得的冒落带和裂隙带高度值与“三下”开采规程计算值相吻合。应用结果表明,与传统地面钻孔法及井下其他物探方法相比,该项自主创新技术具有测试成本低廉、结果判定准确、动态效应强等特点,其推广应用价值显著。     

矸石充填开采顶板裂隙分布及演化特征分析

为了分析矸石充填条件下采空区顶板的破裂特征和运动过程,针对唐山矿矸石充填工作面条件,采用倾斜钻孔探测方法,对采空区顶板进行长期多次定点探测,通过裂隙密度定量描述顶板采动裂隙的分布规律,并采用相似模型试验的方法进行辅助分析,揭示矸石充填开采顶板裂隙发育过程。研究表明：矸石充填开采条件下,顶板中的离层和错动等结构裂隙通常出现在岩层分界处,裂隙形式与所处层位相关;随工作面开采,煤层顶板活动具有裂隙孕育、裂隙超前发育、裂隙密集发育、裂隙稳态扩展、顶板稳定5个阶段特征;离层是顶板下沉的主要组成部分,占总下沉量的一半以上。研究结果可为充填开采支护设计、工作面支架选型等提供理论依据。     

边坡和采场围岩变形破裂响应特征的相似模拟试验研究

 以云南磷化集团晋宁磷矿6#坑口东采区深部缓倾斜中厚磷矿层为研究对象,依据相似模拟原则,利用重庆大学资环学院矿山压力平面应力相似模拟试验台,进行晋宁磷矿6#坑口东采区深部缓倾斜中厚磷矿露天转地下开采的相似模拟模型试验。试验结果表明：(1) 受地下采动影响后,露天矿边坡顶部、腰部和底部的应力分布进行重新调整,随着开挖范围的扩大,整体上呈受压-压缩应力增大-受拉伸的动态变化趋势。受境界顶柱的保护支承作用,开挖后其垂直下沉变形很小。(2) 地下磷矿体开挖后,在采空场前后方顶板一定区域内形成顶板支承压力集中区,而在采空场上方靠近磷矿层的顶板区域形成卸压区,同时在采空场下方靠近磷矿层的底板区域则形成底板卸压区。随着采空场沿磷矿层倾斜延伸方向的推进,采空场顶板和底板卸压范围逐渐增大,顶板支承压力区动态前移。(3) 受采动的影响,采空场附近顶底板围岩均有不同程度的变形,顶板岩层有不同程度的下沉,底板岩层有不同程度的隆起。顶板下沉和底板隆起最大点均位于采空场中点偏下部分,随着开挖的推进而动态前移,达到充分采动后岩层整体下沉和隆起曲线趋于稳定的碗状。以采空场为中心,随着距离其纵向和水平方向距离的增加,顶底板岩层位移变形量单调递减。(4) 开挖推进至断层破碎带及其影响区域时,在采动应力的影响下,断层破碎带被“活化”,沿断层接触面发生滑移和剪切破坏。该研究成果对云南磷化集团晋宁磷矿6#坑口东采区深部矿体及类似条件下矿山露天转地下开采现场工程实施有重要理论指导意义。     

基于CATIA的溶洞及裂隙带数字化建模技术研究

溶洞及岩溶裂隙带因其不规则的空间形态而成为地质建模中的难点。相较于其他建模软件,CATIA具有强大的曲面建模功能,可以在溶洞及岩溶裂隙带的建模中发挥作用。本文介绍了在CATIA上实现数字化地质建模的过程,包括数据处理和导入、地层与地质体模型的建立、溶洞及岩溶裂隙带模型的建立等。针对溶洞及岩溶裂隙带建模中的关键技术——“放样”做了分析和研究。分别采用不同的放样方式对代表两种类型的两处溶洞进行建模对比。应用上述技术建立了某一工程的地质模型,测算了溶洞及岩溶裂隙带的体积并进行对比,检验了模型的可靠性,实现了该工程的地质模型化和数字化,并阐述了依据溶洞及岩溶裂隙带数字化建模技术建立高质量模型的重要意义。     

压力注浆加固溶洞地基在市政工程中的应用

某柳州污泥泵房地基溶洞数量多,溶洞顶板稳定性差,厚度大多小于3m,易使构筑物下沉、开裂,甚至坍塌,造成严重的后果。本文在对溶洞的特征进行详细分析的基础上,结合市政工程的特点,使用压力注浆法加固溶洞地基,取得了良好的处理效果,并积累了市政工程溶洞处理的成功经验。     

溶洞顶板破坏对穿越溶洞型基桩极限承载力的影响规律研究

当溶洞顶板的厚度不符合安全设计要求时,基桩需要穿越溶洞并嵌入溶洞底板一定深度以提高基桩的承载力。在桩顶竖向荷载作用下,溶洞顶板的岩体可能存在受拉状态,当张拉应力超过其抗拉强度时,则岩体将发生张拉破坏,使桩身侧摩阻力的受力面积降低,另外,张拉破坏区使溶洞顶板以上岩土体所受的支承作用进一步降低,不利于桩身侧摩阻力的发挥。因此,有必要系统研究溶洞顶板张拉破坏区域对穿越溶洞型基桩承载特性的影响规律。本文基于理论分析提出了穿越溶洞型基桩的失稳破坏模式,揭示了张拉破坏区域产生的力学机理以及对桩身侧摩阻力的影响规律,建立了顶板失稳破坏的简化力学分析模型,进而提出了穿越溶洞型基桩的极限承载力计算方法,为岩溶地区基桩设计和施工提供技术指导。     

重庆市隘口水库右岸溶洞群处理技术

隘口水库坝址区喀斯特强烈发育,右岸发育有多个喀斯特溶洞或溶洞群系统,影响大坝右岸坝肩稳定及水库防渗。根据溶洞发育特点,系统介绍了溶洞或溶洞群的处理技术。     

断层赋存条件下采场矿压显现规律研究

通过相似模拟研究了2条断层赋存条件下采场的矿压显现规律,并从应力与应变速率角度解释采动与断层相互作用规律。研究结果表明:工作面未进入断层影响范围时,上覆岩层垮落形态与无断层影响时基本相同。当覆岩裂隙与断层贯通之后,工作面进入断层影响范围,老顶周期垮落步距变小,断层处底板应力达到峰值。第1条断层的影响范围为150 m,且与工作面相距70 m时断层出现较大裂隙,相距40 m时断层整体大规模滑动,上盘悬空;第2条断层的影响范围为80 m,与工作面相距30 m时,断层出现明显滑动迹象,相距10 m时,断层整体滑移失稳。相似模拟结果揭示了动压影响下断层滑移与上覆岩层运移规律,断层影响区域内煤层上方100 m以内的覆岩受到较大扰动,位移明显。工作面过第2条断层时对第1条断层有明显扰动,在现场生产实践中,应当防范多断层赋存时的耦合致灾。     

岩溶洞穴工程地质条件与顶板稳定性评价

从定性、半定量和定量分析三个方面对岩溶洞穴顶板稳定性评价方法进行了讨论。指出选用合适的物探手段进行调查,开展室内和现场的岩体物理力学试验,特别是加强相似模型试验和数值分析研究,综合考虑裂隙水、大气环境共同作用,是综合评价岩溶洞穴稳定性的发展方向。     

Experimental investigation on behaviors of bolt-supported rock strata surrounding an entry in large dip coal seam

In order to investigate the behaviors and stability of rock strata surrounding an entry with bolt supporting in large dip coal seams (LDCSs) dipping from 25° to 45°, a self-developed rotatable experimental frame for similar material simulation test was used to build the model with the dip of 30°, based on analyses of geological and technological conditions in Huainan mine area, Anhui, China. The strata behaviors, such as extracting- and mining-induced stresses development, deformation and failure modes, were synthetically integrated during working face advancing. Results show that the development characteristics of mining-induced stress and deformation are asymmetrical in the roadway. The strata behaviors are totally different in different sections of the roadway. Because of asymmetrically geometrical structure influenced by increasing dip, strata dislocating, rock falling and breaking occur in roof. Then, squeezing, collapsing and caving of coal happen in upper- and lower-rib due to shearing action caused by asymmetrical roof bending and dislocating. Owing to the absence of supporting, floor heaving is very violent and usually the zone of floor heaving develops from the lower-rib to upper-rib. Engineering practices show that, due to the asymmetrical characteristics of rock pressure and roadway configuration, it is more difficult to implement bolt supporting system to control rock stability of roadways in LDCSs. The upper-rib and roof of entries are the key sections. Consequently, it is reliable to use asymmetrical bolt-mesh-cable supporting system to control rock stability of roadways based on the asymmetrical characteristics of roadway configuration and strata behaviors.     

高压奥灰水大型逆断层下盘煤层安全开采研究

 在底板高压岩溶含水层上且靠近较大断裂构造弱面采矿时,隔水层段的残余厚度和断裂的采动活化程度是能否突水的关键因素。为探索这类问题,以徐州矿区柳新煤矿在大型逆断层下盘带高压奥灰岩溶水开采深部煤层为实验现场,根据奥陶系顶部存在隔水层的观点,对该逆断层进行数值模拟、力学及演化的地质历史分析、探测和现场渗透性实验后,完成工作面的安全保水试采。试采结果表明：该矿井田内的奥陶系顶部存在厚约118 m碳酸盐岩隔水层,该隔水层由充填带和岩溶不发育带构成;逆断层天然状态下不导水,工作面开采造成了下盘煤层至上盘奥陶系顶板逆断层面(约60 m)的局部活化,而处于奥陶系顶部隔水层段内的断层面未被活化。若上盘奥陶系顶板就是岩溶含水层顶板,则在高水压的驱动下岩溶水将沿逆断层活化段向工作面渗透而造成突水。奥陶系顶部碳酸盐岩隔水层和断层天然不导水是工作面贴近断层开采而不发生突水的主要原因。     

强岩溶发育区确定桩端持力体的基本方法

本文对强岩溶发育区桩基础设计中确定桩端持力体 (含桩端标高 )的基本方法 (含程序及原则 )进行了全面论述 ,并结合桂林解放桥重建工程 ,着重分析评价了拟建场地的岩溶发育程度及其发育规律、岩石完整性及其分级、溶洞顶板稳定性及溶蚀斜坡稳定性 ,提供了该桥墩台 10 2根桩的桩端标高 ,其准确率在 90 %以上。     

Experimental investigation on behaviors of bolt-supported rock strata surrounding an entry in large dip coal seam

In order to investigate the behaviors and stability of rock strata surrounding an entry with bolt supporting in large dip coal seams (LDCSs) dipping from 25° to 45°, a self-developed rotatable experimental frame for similar material simulation test was used to build the model with the dip of 30°, based on analyses of geological and technological conditions in Huainan mine area, Anhui, China. The strata behaviors, such as extracting- and mining-induced stresses development, deformation and failure modes, were synthetically integrated during working face advancing. Results show that the development characteristics of mining-induced stress and deformation are asymmetrical in the roadway. The strata behaviors are totally different in different sections of the roadway. Because of asymmetrically geometrical structure influenced by increasing dip, strata dislocating, rock falling and breaking occur in roof. Then, squeezing, collapsing and caving of coal happen in upper- and lower-rib due to shearing action caused by asymmetrical roof bending and dislocating. Owing to the absence of supporting, floor heaving is very violent and usually the zone of floor heaving develops from the lower-rib to upper-rib. Engineering practices show that, due to the asymmetrical characteristics of rock pressure and roadway configuration, it is more difficult to implement bolt supporting system to control rock stability of roadways in LDCSs. The upper-rib and roof of entries are the key sections. Consequently, it is reliable to use asymmetrical bolt-mesh-cable supporting system to control rock stability of roadways based on the asymmetrical characteristics of roadway configuration and strata behaviors.