富水软弱层联络通道冻结温度场研究

以某富水软弱地层地铁联络通道冻结工程为研究背景,采用室内三维模型试验、ANSYS有限元数值分析及解析求解相结合的方法,研究了联络通道冻结工程中的土体温度场演化规律。室内三维模型试验研究结果表明,冻结试验开始后12 h达到预设温度-25℃,19 h后土体冻结帷幕形成,可得现场的积极冻结时间为50 d,维护冻结时间为29 d;土体冻结过程中,温度变化大致分两个阶段,第一阶段土体温度呈线性快速下降至0℃,第二阶段土体相变放热后,温度继续下降,最低温度为-15.2℃～-16.8℃,整个过程土体降温速度呈现先快后慢态势;在冻土融化阶段,土体温度随时间逐渐升高至室温,整个融化过程所需时间为冻结时间的3～4倍。有限元数值分析结果表明,在联络通道开挖后,冻结管圈内冻结壁平均温度有显著升高,而冻结管圈外冻结壁温度受影响较小。推导得到了双管冻结温度场解析解。     

西部鄂尔多斯矿区强矿压显现及顶板运动规律

矿山压力显现研究对于围岩控制与动力灾害防治必不可少。为研究西部鄂尔多斯矿区矿压显现及顶板运动规律，基于红庆梁矿现场调研，分析了强矿压显现演化规律及其原因，建立了“软岩基本顶+砾岩关键层” 的覆岩结构及相应的计算模型。基于采空区矸石压缩变形理论，确定了下部垮落岩体对砾岩层的支承荷载参数并推导了砾岩层破断步距表达式。研究结果表明：受上覆硬厚砾岩层运动影响，300~340 m 推采范围为工作面强矿压显现区域，支架大面积泄液与煤壁大面积片帮为强矿压主要显现形式，最大片帮深度达 1.5 m。采空区垮落岩体对砾岩层有一定的支承作用，影响砾岩层的弯曲下沉及其破断步距，在此条件下的砾岩层运动过程可分为 3 个阶段，分别为未触矸阶段、持续弯曲下沉阶段、砾岩层破断阶段。模型计算的砾岩层破断步距为 306.9 m，现场验证为 320 m。上述研究可为相似地质条件下的超前支护设计和矿压显现控制提供参考。     

二里河铅锌矿井下支护方案综述

为总结出一套适合矿山实际的支护方案，二里河铅锌矿在矿山生产的20余年里，引进了多种支护工艺进行试验。矿山根据井巷、硐室所处工程环境，确定了锚杆、钢筋、钢架、混凝土进行单一或组合支护的方案，特别是千枚岩内12.4 m跨度的提升机硐室支护方式与参数，对矿山软弱岩层大跨度硐室工程支护具有参考价值。采场则按照急倾斜、缓倾斜矿体上盘千枚岩支护为例，分别列举了锚杆、锚杆+锚索支护的工程方案。采场联络巷、矿房行人通道等区域利用支柱+横梁临时支护。不但提高了采场作业安全性，也使采矿损失率降低5%，贫化率降低7%。     

碎软煤层条带瓦斯地面高效抽采技术研究

为了提高碎软煤层条带瓦斯抽采效率和效果,基于目前地面瓦斯抽采主要采用垂直井或从式井的方式抽采效果差、效率低的现状,通过理论和实验分析论证了穿岩层压裂改造煤储层的可行性,提出了在目标煤层顶板岩层中钻水平井,并通过垂直向下射孔以及采用泵送桥塞分段进行压裂的方式进行地面瓦斯抽采。试验结果表明:顶板分段压裂水平井单井产量高、高稳产期更长、产量衰减更慢;有效水平井段控制区域内瓦斯下降均匀,更有利于进行条带瓦斯抽采;相同投资条件下,采用水平井的方式瓦斯抽采效率和投入产出比更高。     

采动覆岩卸荷膨胀累积效应

地下煤层开采引起的岩层运动是一系列安全和环境问题的根源,研究采动岩层运动规律是安全、高效、绿色开采的重要基础。通过对岩层运动过程的研究,揭示了采动覆岩卸荷膨胀累积效应及其对岩层运动规律的影响机制。研究表明:采动覆岩经历了卸荷膨胀与再压实的动态过程。受关键层结构控制,上覆岩层由下向上成组破断运动,关键层破断前,阻断了上覆载荷向下方岩层的传递,导致其因卸荷而产生膨胀,包括碎胀与弹性膨胀。随着关键层破断高度增加,覆岩卸荷高度同步增大,因卸荷而膨胀的岩层总厚度不断增大;同时卸荷煤岩也受到已破断关键层载荷的压实作用,从而造成覆岩卸荷膨胀总量的不断变化。将这种覆岩卸荷膨胀总量随覆岩卸荷高度动态变化的现象定义为采动覆岩卸荷膨胀累积效应,进而建立了理论模型,并通过淮北海孜煤矿巨厚火成岩下采煤覆岩裂隙实测进行了验证。结果表明,采动覆岩卸荷膨胀累积效应对采动岩层运动规律产生了重要影响,如影响覆岩关键层下离层量,影响覆岩关键层贯通破断的高度,影响不同开采条件的地表下沉系数等。采动覆岩卸荷膨胀累积效应改变了对离层存在形式的传统认识,该效应的存在导致关键层下最大离层量一般小于采高的10%,覆岩可注浆充填空间并非传统认识上的“离层区”,而主要是注浆充填压力“压实”作用下将覆岩卸荷累积膨胀所转化出的那部分空间,该发现指导了覆岩隔离注浆充填绿色开采技术的创新研发及其在建筑物压煤开采中的成功实践。     

浅埋煤层长壁工作面围岩动态结构及应力特征分析

地下煤层开采后的覆岩结构是覆岩破断和运移的结果,实质是煤层开采后围岩应力重新分布的表现。以浅埋深长壁工作面围岩应力结构为研究对象,利用数值模拟和理论分析方法,从煤层开采后围岩应力场分布规律入手,研究了围岩应力结构的形成与失稳过程,分析了覆岩受力情况。结果表明:浅埋工作面开采后的采场围岩中形成类椭球体的高应力区域,该应力承载结构随着工作面开采在沿工作面倾向、走向及垂直高度上不断发展变化,直至基岩层全部断裂后失稳破坏;初次失稳破坏后,该空间应力承载结构的后方支撑点会迁移至采空区压实矸石上,继续对工作面回采空间提供围岩应力的承载,其形成与失稳是受工作面回采影响的动态演化过程。基于此建立该空间应力结构沿工作面走向的承压拱力学模型,推导出其在覆岩中的形态参数方程和极限状态下的高度及跨距。根据极限承压拱迹线为各岩层弯矩为零的连接线,得到了承压拱迹线上任一位置处的力学状态。结合浅埋深煤层开采后基本顶及其基岩层周期性断裂特征的实践,认为承压拱结构的发展变化规律符合"悬臂梁-铰接岩梁"结构失稳特点,所得结论为浅埋深工作面顶板结构形式及其稳定性研究提供参考。