三维应力作用下单一裂缝渗流规律的理论与试验研究

针对目前国内外在岩石力学学科中争议较大的关于岩体裂缝的渗透系数是否受侧向应力的影响这一焦点问题进行了深入的研究。建立了单一裂缝岩体在三维应力作用下的物理模型和严密的关系方程，推导出渗透系数计算公式，并对该公式进行了大量的三轴试验数据的验证。其简化后的仅在法向应力作用下的渗透系数计算公式，与已有的计算公式一致。分析后得出结论：裂缝侧向应力引起的裂缝侧向变形对其裂缝渗流有重要的影响，其影响规律同样是负指数规律。     

煤体的渗透性与裂隙分维的关系

通过研究煤体的渗透性与裂隙的分型规律，揭示了煤体的裂隙发育程度与分形维数的关系，得出煤体渗透性与裂隙分维关系式及煤体渗透性随体积应力、水压、分形锥数、强度的定量变化规律，对工程实际具有重要的指导意义。     

煤柱及围岩应力分布的三维模拟研究

在带压开采三维固流耦合模拟研究的同时,分析了煤柱区应力及其变形,重点讨论了在开采过程中煤柱应力及其变形的动态过程,探讨了它对地下围岩、地表移动的影响及今后采取的主要措施.     

旧采区复采过空巷群支承压力研究

以晋煤集团圣华煤业3101工作面为残煤复采背景,采用扩展SMP准则判断复采工作面煤柱的稳定性,并以RFPA软件数值模拟不同空巷跨度和不同煤柱宽度的空巷群情况下,对顶煤和煤柱应力分布进行研究。结果表明应力集中出现在靠近工作面的煤柱边缘,应力集中系数与空巷跨度和煤柱宽度比值成正比关系。     

浅埋薄煤层钻采煤柱稳定性与破坏机理研究

对埋深50 m薄煤层采用螺旋钻开采的FLAC3D数值模拟,从采场和煤柱的应力分布、塑性区分布规律入手,探究了煤柱宽度尺寸改变时采场和煤柱的稳定性和破坏形式。研究表明:采场和煤柱受水平应力影响极小,主要为竖直方向应力且破坏形式主要为剪切破坏,煤柱内应力弹性核区随煤柱宽度减小而减小,弹性核区内应力峰值逐渐增大直到临界失稳时增幅不大,煤柱宽度尺寸对其稳定性影响很大。     

钙芒硝单轴压缩力学特性的试验研究

利用高精度μCT225KVFCB显微CT试验系统和JL型微机控制电液伺服万能试验机,对钙芒硝单轴压缩力学特性进行了研究。研究表明:钙芒硝压密阶段不明显,且存在刚性阶段;钙芒硝单轴抗压强度平均为7.54 MPa,属于软岩,其单轴抗压强度随着物质密度的增大而增大,随物质密度不均匀程度增大而减小,且与X射线衰减系数、衰减系数方差呈线性拟合关系。     

钙芒硝溶解渗透试验研究

对钙芒硝矿床开采的主要目的是提取其所含的硫酸钠成分,不管采用哪种开采方法,从钙芒硝中提取硫酸钠都会涉及钙芒硝的溶解与渗透。利用高精度μCT225KVFCB显微CT试验系统和MDS-200型三轴渗透试验系统,对在孔隙压出水口敞口状态下的钙芒硝进行了溶解渗透试验的进一步研究。研究表明:在溶解渗透试验过程中,钙芒硝固体骨架由致密不渗透的结构变成了可渗透的多孔介质,其固体骨架一直保持完整;随着溶解渗透时间的不断持续,由于结构的致密程度和矿物成分不断的发生变化,致使其力学性质和有效应力也在不断的发生变化;在轴压、围压不变的情况下,试件溶解贯通所需的时间随着注水压的增大减小,渗透系数随着注水压的增大而增大,随着时间的持续而增大。     

大倾角综放工作面仰斜开采的技术应用

针对大倾角综放工作面仰斜推进过程中面临的难题,以东山煤矿11532工作面为工程背景,对产生问题的各类影响因素进行研究,确定调整工作面布置,优化综采设备参数,成功解决了工作面推进速度慢、支架适应性不足、采煤机截煤困难等技术难题,为其他类似条件的矿井开采提供了有效借鉴。     

极近距离薄煤层群联合开采常规错距理论 与物理模拟

 伴随着中、厚煤层资源的枯竭,潞安集团下属十几个矿井都将进入下组煤开采。下组煤15–1#和15–3#煤层是以薄煤层群赋存在一起,平均间距为4.4 m,因此提出极近距离薄煤层群联合开采常规错距开采模型,并进行理论和物理模拟试验研究。从理论上给出近距离薄煤层群联合开采下的工作面常规错距计算公式,并进行理论求解。为避免15–1#煤层顶板的周期垮落与15–3#煤层工作面回采时的超前效应相互影响,从安全角度考虑,将错距定为1.3～1.5倍的周期垮落步距,结合试验结果将常规错距定为17.5 m。物理模拟试验结果表明,常规错距下联合开采技术上是可行的。另外分析了工作面上方附近几个测点总是被抬高的原因,并总结了在工作面推进过程中,顶板下沉主要经过两次大的变化,即上、下两煤层工作面回采过程中发生垮落时,尤其是下层煤顶板垮落造成影响较大。