采动条件下褶皱构造区不均匀应力场演化特征研究

褶皱作为地壳岩层运动形成的地质构造之一,其附近岩层分布较大的残余不均匀构造应力,是诱发煤矿冲击地压的主要因素。针对这一问题,以义马煤田千秋煤矿21221工作面为工程地质背景,建立了褶皱构造赋存条件下的数值模型,施加了不均匀构造应力,分析了工作面开采时褶皱构造区域应力场的演化特征,研究了采动影响下褶皱构造不同区域矿压显现规律。研究结果表明:褶皱构造的原岩应力场的分布具有明显的空间分布区域性,即垂直应力和水平应力在向斜和背斜轴部表现出不同的分区特性,向斜轴部处出现了应力集中。随着工作面推进过向斜和背斜,水平应力和垂直应力在采空区顶板和底板均形成了椭圆形卸压区,垂直应力卸压区演化沿褶皱向斜或背斜法线方向逐渐扩大,垂直应力在工作面超前区域出现了一定范围的应力集中,应力集中区远离轴部扩大;水平应力在工作面垂直方向上较远处区域出现了应力集中,应力集中区逐步向顶板和底板远处发育,水平应力在卸压区内顶板应力的释放程度要明显高于底板。在工作面过褶皱轴部和翼部阶段,工作面超前支承压力的峰值随开采距离的增加而增大,应力集中系数则先增大后减小。工作面自背斜轴部俯采时工作面前方支承压力较大,自向斜轴部仰采时较小。当工作面过褶皱轴部时,直接顶受压状态的应力集中程度逐渐减小,减小的过程伴随着能量释放激增的现象,此时极易诱发冲击地压。     

食肴以之开道 酒客为之流涎——品味苦笋

每到夏季,川西南一带富有特色的名菜——苦笋,便纷纷登场人市了.苦笋,是苦竹在春夏之际生出的嫩     

采煤工作面顶板初次垮落判识的数值分析

本文以河南义马矿区千秋煤矿21221工作面为工程背景,建立了采煤工作面顶板发生初次垮落的超静定梁力学模型,揭示了顶板初次垮落超静定梁两端三自由度受限时的力学机理,推导了超静定梁的应力分布演化方程,计算了考虑限制三自由度的顶板初次垮落极限步距.通过FLAC3D建立了与理论模型相对应的采煤工作面顶板初次垮落数值模型,根据初...     

开采扰动下逆冲断层滑动面应力场演化特征

复杂地质构造与煤矿冲击地压关系密切,也是世界范围内煤矿安全开采的重要课题,断层滑移失稳诱发冲击地压的机理及前兆信息是煤炭安全高效开采的理论前提和重要保障。工作面开采扰动时,以断层滑动面上应力场演化特征为研究对象,通过相似模拟和数值模拟,研究断层滑移失稳时的前兆信息。以义马千秋矿21221工作面为工程背景,建立了F_(16)逆冲断层赋存条件下的水平加载相似材料模型,运用应力监测和声发射监测的手段,分析了开采扰动下断层滑动面切应力的动态演化特征,研究了工作面开采过程中断层面上声发射事件数的分布规律;通过建立断层赋存条件下的工作面开采的数值模型,研究了断层区域岩层裂隙发育情况,分析了断层滑移失稳时切应力分布和能量释放的动态演化特征;通过相似模拟和数值模拟中应力场、声发射和能量场的分布规律,总结了断层滑移失稳的前兆信息。研究结果表明:断层滑动面切应力和声发射分布特征表现出3个不同的阶段,即水平载荷施加阶段,工作面开采阶段和断层滑动失稳阶段。载荷施加阶段,断层滑动面不断积聚能量,声发射事件数激增;工作面开采过程中,断层频繁受开采扰动,正应力与切应力两者变化不同步。开采初期,正应力处于较大值而切应力较小。随着工作面的开采,正应力与切应力的变化情况相反,正应力逐渐降低,切应力逐步增大。工作面接近断层时,断层滑动面切应力表现为逐步降低的过程中陡然增加的特征;断层滑动前期,断层构造在失稳前仍然积聚大量应变能,声发射事件数出现较少或者缺失的现象;当岩层垮落诱发断层滑移失稳时,能量在不断释放;断层区域内声发射事件数则在近似恒定不变时突然激增。断层滑移失稳前声发射数较少或恒定不变与微震监测中的"缺震"现象较为吻合,即微震事件数在断层滑移失稳前或冲击地压发生前突然出现减少,发生后激增的现象。因此,断层滑动面应力和声发射事件数的激增变化特征可作为断层滑移失稳的前兆信息。     

断层构造失稳突变诱发冲击地压机制研究

为研究断层区域附近发生冲击地压的机理,分析了断层倾角、断层切向刚度、侧压系数和水平构造应力等地质因素对断层面应力场演化和滑移量突变的影响特征,总结了断层瞬时失稳诱发冲击地压的前兆信息。结果表明,工作面回采过程中断层面上切应力和滑移量随断层倾角先增大后减小。当断层倾角为45°时,断层面上切应力和滑移量最大;断层切应力随断层切向刚度和侧压力系数的增加而增大;水平构造应力作用下,当工作面距前方断层30 m内,断层面上切应力最低。工作面过断层时对断层扰动极大,断层切应力激增。在距离达到5 m时,断层滑移速率绝对值突增,滑移量陡增,为滑移突变危险区域。因此,当断层面上切应力或滑移量在逐渐降低过程中突然激增可作为冲击地压发生的前兆信息。     

断层带软弱围岩变形特征及支护优化研究

断层附近软弱围岩变形特征的研究对于巷道支护优化和防止围岩大变形具有重要意义。本文以河南城郊煤矿为工程背景,对二水平西翼轨道大巷在掘进过程中断层带围岩表面位移、顶板离层、围岩松动圈分布进行了现场监测。结果表明:在巷道掘进卸压作用持续影响下,断层构造应力逐渐减弱,巷道变形速度随着掘进面的推进先增大后减小,断层带内巷道变形的主要作用力来自断层构造应力;深部围岩受断层构造的影响较大,裂隙较为发育,顶板处于不稳定状态,浅部围岩由于巷道开掘卸压离层量较小。断层附近松动圈受断层构造作用较大,围岩顶板出现大松动圈。本文结合地质条件和现场监测结果提出了U形钢与锚网索相互配合的支护优化方案。     

冲击地压矿井巷道U型钢支护极限承载能力研究

煤矿巷道围岩的冲击破坏程度与支护形式密切相关,探究冲击地压矿井巷道U型钢的极限承载能力,是研究深部煤炭资源安全开采的重要课题,对矿井冲击地压的防治具有重要意义。本文以义马煤田典型冲击地压矿井为工程背景,建立均匀围压条件下U型钢支护变形的力学模型,给出U型钢变形量的解析解,对比分析均匀和不均匀荷载作用下U型钢和巷道的变形规律,研究了荷载增加时U型钢支护可承受的上覆岩层极限荷载和极限埋深。通过现场监测巷道不同U型钢支护条件下顶底板移近量、移近速度的变化,分析了提高U型钢承载能力来控制巷道变形和冲击地压的机理。研究结果表明:随着荷载增加,巷道变形量和应变能均将出现一个急剧加速点,该点可用来确定应用U型钢支护的极限埋深均匀荷载下为1 600 m,非均匀荷载下为1 400 m,当达到极限埋深时,U型钢将完全处于失效状态,巷道变形激增;在冲击地压矿井巷道进行U型钢支护设计时,改善围岩支护接触条件、对U型钢边界施加均匀荷载,对提高U型钢的支护性能具有重要作用。采用承载能力更大的U型钢支护方式能吸收更多来自围岩释放的能量,对巷道顶底板移近量的控制较为稳定,使得巷道变形无法瞬间激增,保证巷道的稳定性,实现对巷道冲击地压的有效控制。     

巷道围岩破碎区分布特征及其影响因素的数值模拟

基于圆形巷道经典松动圈解析解进一步推导了破碎区范围的分布特征,分析了围岩破碎区与巷道断面、侧压系数、埋深等因素的关系,评价了围岩稳定性。研究结果表明:巷道断面形态对围岩破碎区范围的影响较小;侧压系数<1.0时,巷道的两侧易发生失稳破坏;在侧压系数等于1.0时,巷道围岩破碎区分布最为均匀,巷道处于相对稳定的状态;侧压系数>1.0时,巷道顶底板处则较巷道两侧易发生失稳破坏;围岩破碎区范围随着埋深的增加而增大,在埋深为1 500 m时,巷道围岩达到了极限强度,从而认为巷道开挖存在一个极限埋深。     

巨厚坚硬顶板变形及垮落的动态演化特征研究

义马煤田赋存一层巨厚坚硬岩层,是矿区诸多动力灾害的主要诱因。本文以义马煤田千秋矿21221工作面为工程背景,开展了顶板岩层冲击倾向性的实验测定,采用相似模拟和数值分析方法研究了工作面回采过程中巨厚坚硬顶板运动特征,分析了巨厚坚硬顶板垮落垂直位移动态演化规律,建立了采动应力分布与顶板运移的关系。研究结果表明:巨厚坚硬顶板破断过程可分为初始平静期、稳定运动期和整体垮落期三个阶段; 顶板垂直位移量在初始平静期变化小,稳定运动期基本集中在采空区,向上呈现梯形递减趋势,整体垮落期则急剧向上发展。巨厚坚硬顶板运动呈现离层、瞬间下沉、离层闭合、间歇性稳定、瞬间垮落压实的非稳定动态变化现象。在工作面回采过程中,巨厚坚硬岩层变形和运动对采场施加了持续且不稳定的下沉压力,其结构失稳导致采场矿压发生强突变和采动应力突降,是冲击地压发生的重要诱因。