承压水上开采煤层底板隔水层裂隙演化 规律的试验研究

 奥陶系岩溶水是我国华北矿区煤矿安全生产的一大隐患,而带压开采是开采受底板突水威胁的煤层的有效方法之一。为深入分析承压水上煤层底板突水的危险性,自主设计煤层底板承压水水压加载系统,实现采用压力水袋对底板隔水层的承压水作用的物理模拟;分析底板隔水岩层的变形及破坏特征,得到底板隔水层的裂隙产生、发育直至导水通道形成规律。研究结果可为揭示承压水底板突水的力学机制提供参考。     

溶蚀作用对破碎泥岩渗透特性的影响

为研究溶蚀作用对破碎岩石渗透特性的影响,研制一种可测量质量流失条件下破碎岩石渗透特性的试验系统.在破碎泥岩的渗透试验中掺入岩盐模拟自然条件下存在的溶蚀现象,加速溶蚀过程.讨论溶蚀作用下破碎泥岩渗透特性的演化规律,分析溶蚀作用下渗透压力、岩盐质量和泥岩颗粒粒径对破碎泥岩渗透特性的影响.结果表明:溶蚀作用导致破碎岩石内易溶物质和细小颗粒的流失极易破坏岩样内部的孔隙结构和骨架结构,由此造成结构内部导水通道的扩大和渗透参数的突增.其渗透参数基本与渗透压力、岩盐质量和泥岩颗粒粒径呈正相关关系.且对于渗透压力较大、岩盐质量较高和泥岩颗粒粒径较大的岩样,由于溶蚀作用的存在容易发生更明显的导水通道扩大现象.此外,在岩样的渗流过程中,也存在由于颗粒迁移导致的导水通道堵塞造成的渗透参数逐渐减小的现象.     

机械式可回收锚杆支护效果分析

机械式可回收端锚锚杆是一种作用机理及结构与普通锚杆均有所不同的新型锚杆,其锚固力由其胀壳式锚头通过受力使膨胀壳张开所产生的卡紧力和孔壁摩擦力提供。数值模拟和物理试验结果表明,这种类型的锚杆锚固力比普通锚杆的锚固力最多可提高75%,且施工速度快,支护安全性好,尤其适用于岩石或硬质煤层的巷道支护。     

井下大型硐室群卸压保护的三维数值模拟

基于现代力学理论，利用ANSYS有限元软件针对巷道围岩卸压机理进行数值模拟，分析了煤矿开采中卸压保护硐室群效果、硐室群的围岩应力与变形．研究表明，应力集中系数高达5～6时，硐室维护十分困难．通过在煤层中开辅助巷道，形成让压空间，使应力峰向围岩深部转移的方法，发挥深部围岩的承载能力，达到降低巷道围岩应力峰值的目的．     

裂纹损伤混凝土力学性质试验与PFC模拟研究

通过室内试验对恒定倾角(45°)裂纹损伤试件裂纹长度差异对混凝土力学性研究,并结合PFC颗粒流数值模拟软件分析结果裂纹扩展规律,进一步阐述其破坏形态及机理。研究表明:(1)裂纹损伤试件强度随着裂纹长度增大逐渐降低,降低速率先减小后增大;弹性模量随着裂纹长度增大逐渐降低,其中降低速率先增大后减小最后再降低。(2)裂纹长度为10 mm时,试件破坏形态为整体破坏;裂纹长度为20~30 mm时,试件破坏沿着初始裂纹扩展方向破坏,部分沿着初始裂纹反方向破坏,表现出裂纹部分影响破坏形态;裂纹长度≥40 mm,试件完全沿着初始裂纹扩展方向破坏,无反向裂纹产生。     

连续级配饱和破碎岩石压实特性试验研究

为研究满足连续级配的饱和破碎岩石压实特性及压实前后岩石粒径的分布规律,利用MTS816.03岩石力学试验系统及自制装置对满足Talbol分布的饱和破碎岩石进行压实试验研究。分析了Talbol指数对割线模量、切线模量、孔隙率、碎胀系数和压实度的影响,讨论了分布系数r随Talbol指数和轴向应力的变化规律,建立了一种反映颗粒粒径分布变化的破碎岩石应力-应变关系。研究表明:破碎岩样在承载过程中,割线模量、切线模量、孔隙率、碎胀系数、压实度与Talbol指数n呈负相关关系。分布系数r随轴向应力的增大而减小;且在轴向应力小于单轴抗压强度的50%时,分布系数r随n呈增大趋势;当轴向应力大于单轴抗压强度的50%时,破碎岩样分布系数r与n的关系出现波动;当轴向应力达到单轴抗压强度的90%后,不同n的破碎岩样分布系数r趋于一致。     

机械式可回收锚杆支护效果分析

机械式可回收端锚锚杆是一种作用机理及结构与普通锚杆均有所不同的新型锚杆，其锚固力由其胀壳式锚头通过受力使膨胀壳张开所产生的卡紧力和孔壁摩擦力提供。数值模拟和物理试验结果表明，这种类型的锚杆锚固力比普通锚杆的锚固力最多可提高75％，且施工速度快，支护安全性好，尤其适用于岩石或硬质煤层的巷道支护。     

基于PFC~(3D)的砂岩扩容特性的三轴压缩试验研究

基于颗粒流数值软件PFC~(3D)对砂岩进行了三轴压缩试验模拟,并与室内试验数据进行了对比分析,讨论了围压对砂岩承载过程中扩容行为和细观结构演化的影响。研究表明:砂岩的强度参数(扩容起始应力和峰值强度)和变形参数(轴向应变和环向应变)以及与围压的关系均可以采用正线性关系来表征,且岩石经过扩容转折点后,模型微裂隙数量开始剧增。     

底板隔水层岩性组合特征对隔水性能的影响

带压开采是解决受底板突水威胁煤层的有效方法之一;而底板隔水层阻隔水能力是影响带压开采安全性的重要因素.运用理论分析、物理试验和数值模拟手段,就底板隔水层的不同岩层岩性特征对其阻隔水性能的影响进行研究,得到了工作面推进过程中底板隔水岩层的变形、应力及破坏特征和渗流分布特征,讨论了3种组合情况下底板隔水层的结构稳定性和渗流稳定性,比较分析了软、硬岩层的不同组成方式对底板隔水性能的影响.     

含裂隙构造渗流地层人工冻结壁发育及影响因素分析

建立了渗流作用下裂隙岩体双孔冻结的数值计算模型,采用COMSOL软件模拟分析了不同裂隙开度、裂隙倾角及渗流速度对裂隙岩体人工冻结壁发育规律的影响。结果表明:1)裂隙开度愈大,冻结壁交圈时间愈长,且增幅愈大;无论是主面冻结壁还是界面冻结壁,上游冻结壁发展速度明显小于下游冻结壁发展速度;2)裂隙倾角为0°的冻结区域和等温线均是关于y轴对称,10°,20°,30°的冻结温度场分布已不再关于y轴对称,并且沿裂隙方向形成"心形",即在下游裂隙方向上冻结壁是最厚的,而在上游沿着裂隙方向冻结壁是最薄的,随着裂隙倾角的增大,水渗流对冻结温度场的影响逐渐减小;在文中给定条件下,裂隙开度比裂隙倾角对渗流地层冻结壁发育的影响程度较大。