不同充填度对节理剪切破坏机理的影响

岩体的力学性质主要受制于节理的力学性质,而节理充填物对节理的力学性质有较大影响。为研究节理充填物厚度对节理力学性质的影响,采用水泥砂浆制作不同充填度的规则人工节理进行剪切试验,并采用PFC(Particle Flow Code)数值模拟软件研究该节理的破坏机理。试验与数值模拟结果表明:随着法向荷载和充填度的增大,节理峰值剪切强度增大,剪胀特性减弱;随着起伏角的增大,节理峰值剪切强度增大,剪胀特性增强。在节理剪切过程中,充填体首先发生破坏,此后再产生剪切断裂和剪胀破坏。在不同的法向荷载、充填度和起伏角条件下,节理破坏为滑移破坏、剪切断裂破坏和拉伸断裂破坏3种,低法向荷载和低起伏角时,滑移破坏为主,拉伸断裂发生于起伏角较大的节理中,而剪切断裂破坏多以节理和充填体共同破裂组成,发生于法向荷载与充填度均为中等大小的情况。当充填体厚度与齿形凸起高度相当时,节理破坏主要为充填体剪切破坏。     

露天转地下采场围岩及覆岩变形破坏特征研究

以云南磷化集团有限公司晋宁磷矿为依托背景,借助数字照相量测技术,通过相似材料模拟试验,对20°、50°两种不同倾角条件下,露天转地下开采后,地下采场围岩与覆岩的变形破坏特征及动态演化过程进行了系统研究。结果表明:①地下采场围岩及覆岩的变形演化过程可划分为局部小范围微动、线性持续增大以及整体非线性剧烈垮塌3个阶段;②矿体倾角由20°增至50°后,边坡与地下采场围岩及覆岩的变形整体趋缓,采动影响范围小幅度缩减,沉降曲线则由非对称槽型变为碗型;③采场矿柱回收过程中,地下采场围岩及覆岩发生突发性失稳,呈现出明显的“多米诺骨牌效应”。     

裂隙倾角及数目对岩体强度和破坏模式的影响

为研究不同裂隙倾角和数目下低强度岩体强度和变形破坏特征,对含不同预制裂隙的类岩石材料试件进行常规单轴压缩试验。结果表明:(1)低强度岩体峰值强度随裂隙数目增加而减小,随裂隙倾角增大而增大,裂隙倾角0°的三裂隙试件单轴压缩强度最低;(2)除90°裂隙试件外,随裂隙数量增加,试件弹性模量减小,而轴向峰值应变先增大后减小;(3)随裂隙倾角增大,试件弹性模量和轴向峰值应变总体呈“凹型”变化,最小值发生在30°裂隙试件,且大倾角裂隙试件(α>45°)的轴向峰值应变对裂隙倾角敏感程度大于小倾角裂隙试件(α<45°);(4)随裂隙数目增加,低强度岩体的破坏模式变化趋势:脆性破坏→塑性破坏→塑性流动变形破坏。     

注浆裂隙砂质泥岩力学特性和破坏模式研究

为研究含注浆裂隙砂质泥岩试件的力学特性和破坏模式,对类岩石材料制作的裂隙试件进行试验。结果表明:①注浆试件应力-应变曲线峰后“台阶式”下跌现象不及开放型裂隙试件明显,且已不存在水平延伸式缓慢下跌的现象。②注浆的峰值强度、弹性模量峰值应变最高增长率分别达到36.76%、11.41%、12.71%。③裂隙倾角,裂隙数量越少,注浆效果越好。④单、双裂隙试件,裂隙倾角对试件破坏模式的影响明显;0°倾角,裂隙数量可改变试件破裂模式,随着裂隙数量的增加试件逐渐由主剪切破裂向主拉伸破裂转变。⑤裂隙倾角越接近0°或者90°,裂隙长度越小裂隙面摩擦系数黏聚力越大,裂隙试件最终破坏模式越接近完整岩石试件。     

三种应力作用下含瓦斯原煤渗透性分析

利用自主研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置,对杉木树煤矿原煤试样进行了不同轴压、围压、瓦斯压力3种应力因素条件下的室内渗流实验,结果表明:当恒定瓦斯压力与围压不变时,煤样渗透率随轴压的增加而呈非线性降低,且围压越高煤样渗透率越小;当恒定瓦斯压力与轴压不变时,煤样渗透率随围压的增加而呈非线性降低,且轴压越大煤样渗透率越小;当恒定轴压与围压不变时,煤样渗透率随瓦斯压力的增加而呈非线性增加。3种应力因素对煤样渗透率的敏感度由大至小依次为:瓦斯压力、围压、轴压。3种应力因素与煤样渗透率的单因素拟合结果显示,3种应力因素与煤样渗透率均呈指数函数关系。     

基于核磁共振技术和压汞法的液氮冻融煤体孔隙结构损伤演化规律试验研究EI北大核心CSCD

为了研究液氮冻融循环作用下煤体的孔隙结构损伤演化规律,采用图像分析法、核磁共振和压汞法对液氮冻融作用下煤样的表面裂隙扩展、孔隙度、束缚水体积、自由水体积、孔容、比表面积和孔径分布的演化规律进行研究。研究结果表明:(1)随着液氮冻融循环次数的增加,煤样的原生裂隙逐渐扩展、连通并产生次生裂隙,冻融次数达到一定程度后,各孤立的裂隙相互连接形成具有主裂隙和次生裂隙的裂隙网络;(2)液氮冻融能够促进煤体孔隙发育,煤样的微孔和小孔逐渐扩展、发育连通从而形成中孔和大孔,造成煤样的孔隙连通性增强,束缚水体积比例减小,自由水体积比例增大,总孔隙度、残余孔隙度和有效孔隙度增大;(3)液氮冻融后煤样的孔隙数量增多,孔径增大,在部分区域形成孔隙密集区并连接形成微裂隙;(4)液氮冻融后煤样的总孔容和比表面积增加,孔容的变化主要集中在中孔和大孔,煤样的微小孔逐渐向中孔和大孔转化,导致煤样中孔和大孔的比例上升。     

FSWT-SVD模型在岩体微震信号特征提取中的应用EI北大核心CSCD

针对岩体破裂信号与爆破振动信号难以识别的问题,采用傅里叶变换(FT)得到其频谱分布,并确定划分为6个频带提取信号特征。借助频率切片小波变换(FSWT)将信号按上述频带切片并重构,再利用奇异值分解(SVD)得到上述频带重构信号所组成矩阵的奇异值σi(i=1,2,…,6),实现岩体微震信号的特征提取。进而对用沙坝矿120个岩体破裂和120个爆破振动信号展开FSWT-SVD分析,最后利用BP神经网络对奇异值矩阵进行分类训练和预测。结果表明:(1)岩体破裂信号与爆破振动信号的奇异值σ1相差最大,σ2、σ4、σ5和σ6相差较大,而σ3差异不明显,且当σ1=8作为单一奇异值法识别分界值时效果最优,准确率达到了86.67%;(2)BP神经网络法分类识别结果较LR法、Bayes法和Fisher法优,SVD提取特征识别效果较能量比和相关系数优,FSWT重构矩阵提取的特征信息优于DWT重构矩阵提取的特征信息,且基于FSWT-SVD的BP法分类识别准确率达到了91%。综上知,基于FSWT-SVD的BP神经网络模型为岩体破裂与爆破信号特征提取和模式识别提供了一种新方法。     

浅埋双向倾斜工作面综放开采矿压显现规律研究

神华亿利能源有限责任公司黄玉川煤矿216采区内5个工作面中部有构造隆起,导致工作面走向和倾向方向上都存在不同程度的倾角,形成双向倾斜综放工作面。尤其是216^上01工作面开采过程中,面临大坡度俯采条件,对综放工作面的设备稳定性产生影响,同时也给顶煤放出和采场矿压控制带来挑战。为解决黄玉川煤矿双向倾斜工作面综放开采矿压加强支护管理的难题,运用FLAC^3D软件模拟分析了黄玉川煤矿双向倾斜工作面矿压显现规律,并根据数值模拟结果,提出了管控措施。研究结果表明：近水平综放工作面开采过程中,采场周边的垂直应力、垂直位移和塑性区分布在倾斜方向上是呈现对称分布的,并且在走向方向上有规律波动,而双向倾斜综放工作面则是不均衡分布和无规则变化的。因此可以判断出双向倾斜综放工作面的开采容易造成顶板的偏应力集中,低水平位置的回采巷道矿压显现会更加剧烈,需要加强支护和管理。通过PFC^2D软件模拟顶煤开采过程中顶煤流动规律及冒落情况,研究了顶煤流动及放出规律,发现顶煤采出率随着俯采角的增大基本呈现出逐步减小的变化趋势,因此在现场生产中,应当对大倾角综放...     

含径向水力割缝钻孔导向压裂裂缝形态及影响要素

随着煤矿开采深度向千米级发展以及大采高特大采高技术的研发应用,大空间远场坚硬顶板问题突出,其结构失稳显著影响工作面矿压以及工作面临空侧巷道变形。地面钻井水力压裂是治理远场坚硬顶板的防治措施之一,但是水压裂缝形貌受地应力控制、形态单一,难以达到顶板“横切纵断”目标,限制了其弱化远场坚硬顶板的效能。因此,基于试验和理论分析开展了含径向水力割缝钻孔导向压裂形成“横切纵断”裂缝的研究,揭示了水力压裂裂缝和导向裂缝的竞争扩展规律,建立了基于Iwrin等效模型的割缝导向起裂扩展模型、钻孔裸眼起裂扩展模型以及钻孔割缝压裂裂缝起裂模式判定准则,探究了塑性区临界特征长度、割缝半径、钻孔半径、埋深对于裂缝起裂模式的影响。研究结果表明：含径向水力割缝钻孔导向压裂存在3种裂缝形貌：“横切”型单一主裂缝、“纵断”型单一主裂缝、“横切纵断”复合型裂缝网络;割缝塑性区特征长度和钻孔塑性区特征长度与流体压力均呈正相关关系,形成“横切纵断”复合型裂缝网络对应的塑性区临界特征长度随割缝半径的增大而增大,但是随钻孔半径的增大而减小;储层埋深对含径向水力割缝钻孔导向压裂裂缝形貌存在显著影响,随着埋深增加,裂缝形貌逐渐由“横切...     

采动区瓦斯地面井抽采影响范围及流量变化规律研究

为解决煤矿采动区地面井布置间距目前大多依靠工程经验获得而缺乏科学理论根据的问题,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件建立了计算采动区地面井抽采瓦斯纯流量和瓦斯压力分布的三维数值模型。以岳城煤矿相关物性参数计算出符合实际情况的煤岩渗透率、孔隙率及瓦斯质量源项,以此为基础进行数值模拟。模拟分析结果表明,在数值模拟中地面井瓦斯抽采影响半径为65 m,地面井抽采瓦斯纯流量变化规律呈“单峰拖长尾”形态特点。若要实现采动区瓦斯抽采全覆盖,则在实际工程应用中地面井的间距应取130 m以上。研究结果对优化采动区地面井布置具有指导意义。