褐煤失水形变特性研究初探

为研究褐煤失水对露天矿煤岩组合边坡稳定性的影响,本文开展了褐煤失水试验,获得了岩样失水率、变形、孔隙率及裂纹演化规律,分析了岩样端面龟裂及分形渐变特征,探究了失水褐煤渐进损伤特性,基于毛细作用原理剖析了岩样裂纹扩展演化规律及作用机理。结果表明:褐煤恒温条件下,试件失水率呈“先陡后缓”的增长趋势,且最终接近或超过10 %;岩样逐渐产生轴向及环向变形,最终应变分别增至0.012 3和0.020 3,对应体积应变增至0.052 8,且应变增长与失水率渐变趋势相似;岩样失水体积远大于岩石收缩体积,孔隙率对应呈“先陡后缓”的增长趋势;岩样侧面横向裂纹渐进发育,且萌生位置渐变为“上端→下端→中部”,同时轴向裂纹萌生扩展,岩样端面龟裂特征显著,且裂纹分布分形维数基本呈线性增长趋势,揭示端面存在由均质向非均质转变过程;损伤变量随失水率呈非线性增长,最终增至0.066 5,且增长全程可分为线性增长阶段、减速增长阶段、加速增长阶段;受毛细作用控制,孔隙失水过程基质吸力增大是造成岩样轴向及横向收缩变形、竖向裂纹萌生扩展的主因。     

深部硐室群围岩蠕变特征及稳定性控制

为了探究深部硐室群围岩蠕变特性和不同锚杆间排距对围岩变形的抑制作用,本文以陈四楼煤矿深部硐室群为研究对象,采用室内实验对深部硐室群砂质泥岩试样的蠕变特性进行分析,通过数值模拟方法对锚杆间排距和硐室群的支护效果进行研究。研究结果表明:随着荷载水平的增加,岩石轴向变形不断增加,当荷载增加到0.9σ_c时,岩样发生蠕变失稳破坏;深部巷道随着锚杆间排距的增加,围岩应力及变形均呈现先减小再增加的特征,当间排距为0.5 m时,可以较好地实现围岩与锚杆的耦合支护效果;将 0.5 m 的锚杆间排距应用到深部硐室群时,硐室群顶板及两帮应力分布更加均匀,围岩整体变形量较小,现场监测表明,硐室围岩底鼓量最大,顶板下沉量次之,两帮收缩量最小。     

深部巷道顶板软弱夹层对围岩稳定性的影响研究

为了研究深埋巷道顶板软弱夹层对巷道围岩稳定性的影响，采用理论分析和数值模拟的方法，对巷道顶板软弱夹层厚度、位置和数量进行系统性研究。研究结果表明：(1)将顶板简化为弹性体和西原模型构成的组合系统，可以较好地描述顶板软弱夹层变形，当软弱夹层受力大于其屈服应力时，顶板失稳；(2)顶板软弱夹层对顶板具有一定的应力弱化作用，且在软弱夹层位置存在明显的应力跳跃现象，随着夹层数量的增加，底板应力集中程度略微增加；(3)距离顶板较近的软弱夹层对巷道围岩变形量影响较大，且在软弱夹层位置存在变形突变，巷道顶板易发生离层。结合数值模拟结果，当巷道顶板存在软弱夹层时，应及时采取支护措施，防止软弱夹层超过屈服应力导致巷道失稳冒落。