浅埋高强度开采覆岩结构演化及地表损伤研究

为掌握浅埋高强度开采覆岩结构演化规律及不同开采条件下地表损伤规律与损伤机理,采用数值模拟、现场实测、理论分析等手段以神东矿区典型工作面为工程背景开展研究。首先以采空区峰值应力为指标分析了覆岩结构演化规律;其次探究了地表下沉系数和宽深比之间的关系;最后在实测地表裂缝发育特点的基础上开展了工作面中部地表裂缝发育机理研究。结果表明:①工作面从开切眼至超充分开采状态时上覆岩层大体经历了3个阶段,第Ⅰ阶段:无压力拱阶段;第Ⅱ阶段:单压力拱阶段;第Ⅲ阶段:双压力拱阶段,其又分为Ⅲ₁(采空区单拱脚阶段)和Ⅲ₂(采空区双拱脚阶段)2个阶段。②宽深比在0.4～2.0的14个方案研究得出的地表下沉系数和宽深比近似成抛物线关系,选取神东矿区7个工作面的下沉系数实测值和预测值进行对比验证,误差分别为7.6%,14.5%,4.4%,7.5%,9.7%,9.7%,15.3%,其中5个工作面的误差在10%以内,且误差整体较小。③工作面中部地表裂缝动态发育具有"双周期+稳定期"的特点,包括5个发育阶段,即裂缝宽度增大阶段、裂缝宽度减小阶段、裂缝宽度稳定阶段、裂缝宽度再增大阶...     

新旧公路桥涵设计规范裂缝宽度计算的对比

钢筋混凝土结构一般带裂缝工作,为了结构的适用性、耐久性,裂缝宽度值必须控制在规范规定的范围之内。以钢筋混凝土单筋矩形截面简支梁为研究对象,对比了新旧公路桥涵设计规范裂缝宽度计算的差异。结果标明:保护层较厚时,JTG 3362—2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》计算的裂缝宽度比JTG D62—2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》大。     

不同压裂条件下岩石裂缝参数数值模拟研究

基于ABAQUS数值模拟软件,分析不同预制裂缝角及不同压裂液排量下的水力压裂裂缝参数,发现随着预制裂缝角的增大,岩石的裂缝宽度及裂缝偏转角逐步增大,裂缝的长度逐步减小;随着压裂液排量的增加,压裂裂缝的长度及裂缝的宽度均呈现增大的趋势.这对解决坚硬顶板难垮难落难题具有一定的指导作用.     

浅谈水泥混凝土路面裂缝的防治技术

水泥混凝土路面是目前公路建设中广泛采用的高等级路面.然而,由于设计、施工、养护等诸多环节的不妥善,致使道路路面产生裂缝,有些裂缝甚至还很严重,从而成为影响水泥混凝土路面发展的一个关键性技术问题.总结了工程实践中的经验,就水泥混凝土路面裂缝产生的原因、预防措施及修补技术进行了一些探讨.     

沥青混凝土路面施工质量控制

梁北矿西公路全长2．16km，沥青混凝土路面，宽度12m，工程建设监理单位为北京众智科威建设监理咨询所。介绍了该公路路面施工监理经验，对沥青混凝土路面早期破损原因进行了分析。     

浅埋煤层沟道采动裂缝发育特征及治理方法

黄土沟壑区浅埋煤层开采诱发的地表裂缝灾害相对严重,特别是在沟道底部等煤层埋深极浅区域易与覆岩内部裂隙贯通形成导水通道,致使地表水溃入井下威胁生产安全。为研究黄土沟壑区浅埋煤层回采造成的沟道地表裂缝发育特征及其引发的地表溃水水害防治方法,以陕西省安山煤矿125203工作面菜沟段为研究对象,采用无人机遥感技术和现场实测相结合的方法对沟底裂缝进行填图和动态监测,揭示了采动地表裂缝的平面展布规律、动态发育规律及其与工作面生产进度之间的关系。在此基础上通过实地调查沟道地质条件,提出了沟道地表裂缝不同区域的分区治理方式,并进行了现场实践应用。研究表明:(1)沟底平行开切眼裂缝多以"台阶状"发育,宽度在5 cm以内的地表裂缝占64%,宽度在5～10 cm的地表裂缝占20%,宽度在10～20 cm的地表裂缝占10%,宽度超过20 cm的地表裂缝占6%;(2)沟底平行开切眼裂缝初始发育位置与回采位置基本一致,超前或滞后回采位置不足6 m,裂缝角近似垂直;(3)随着工作面推进,正向坡裂缝呈现出"开裂—稳定"的动态变化特征,反向坡裂缝呈现出"开裂—闭合—稳定"的动态变化特征,平均动态变化时间为3.70 d;...     

沥青混凝土路面裂缝产生原因及其危害和防治

沥青混凝土路面裂缝是公路病害中的一种常见病害，简单分析了裂缝产生的原因，并介绍了防治裂缝的一些常用防治措施，提出综合治理思路。     

天然裂缝对页岩储层水力裂缝扩展影响数值模拟研究

页岩储层中存在大量的天然裂缝,对水力压裂过程中裂缝扩展影响作用显著。为探究天然裂缝对水力裂缝扩展规律的影响,考虑岩石储层变形与裂缝内的流体流动之间的耦合作用以及天然裂缝与水力裂缝的相互作用建立了页岩储层二维流固耦合水力压裂裂缝相交扩展模型,通过与经典KGD模型和室内试验结果的对比,验证了模型的正确性。在此基础上研究了水平应力差、天然裂缝相交角和长度对水力裂缝与天然裂缝相交扩展的影响。研究结果表明:随着水平应力差的线性增加,裂缝起裂注水压力呈线性增大趋势,最大水平主应力对水力裂缝与天然裂缝相交后的裂缝扩展路径有诱导作用;水力裂缝与天然裂缝相交时,注水点水压出现骤降现象,裂缝相交点处易出现应力集中区,裂缝相交处宽度出现间断现象;天然裂缝相交角越大,间断现象越明显,压裂裂缝长度越短,压裂裂缝面积越小;天然裂缝长度对压裂裂缝长度影响较小,但对压裂裂缝的宽度和面积影响明显。研究结论对优化页岩气水力压裂设计有一定的指导作用。     

浅谈提高路面水泥稳定砂的施工质量

水泥稳定砂作为路面基层,水稳性好、强度高,便于组织大型机械化施工,但路面易产生温缩及干缩裂缝。针对某一改建公路路面水泥稳定砂基层结构进行试验检测分析,通过优化材料级配,调整水泥掺加剂量,有效地控制了水泥稳定砂的质量,从而减少和延缓了路面裂缝的产生,达到了理想的施工效果。     

沁水盆地柿庄南区块煤储层水力压裂缝数值分析

为解决煤储层压裂后的裂缝展布规律无法直接观测的问题,以牛顿流体PKN模型为依据,通过分析柿庄南区块压裂施工工艺及煤储层力学特征,结合支撑剂在牛顿力学中的沉降理论,开展填砂裂缝的数值计算,进行煤储层压裂缝几何特征与支撑剂分布预测。研究表明:随着裂缝长度的延伸,流体压降导致裂缝宽度逐渐降低直至闭合,活性水压裂液不能将支撑剂带入裂缝远端,施工过程中支撑剂迅速沉降并堆积在裂缝近端,其携砂长度远小于造缝长度。建议适当增加压裂液携砂能力,降低支撑剂粒度与重度,可增加裂缝的支撑长度,提高压裂效果。     

基于三维激光扫描的矿区道路沉陷监测研究

针对矿区道路变形,如道路塌陷,道路隆起,路面裂缝等,对车辆通行造成的重大影响,提出了一种基于三维激光扫描的矿区道路沉陷监测方法|首先,通过三维激光扫描仪获取路面点云数据,然后利用插值得到各期DEM数据,变形后的DEM数据与原始DEM数据相减得到下沉量,最后使用反距离加权法对下沉数据栅格化处理得到道路下沉模型,利用下沉信息进而提取道路倾斜、曲率等变形信息。使用该方法在五沟煤矿附近S203省道进行实验,得到的结果与实测水准数据吻合,验证了该方法在道路沉陷监测上的可行性。     

基于无人机与Photoscan的矿山地质环境三维立体建模及应用

随“两山”理论的加强推行和实践，矿山地质环境防治工作愈发重要，其中无人机三维立体建模技术的应用对矿山地质环境防治工作具有十分重要的推动作用。本文采用小型四旋翼无人机和Photoscan软件建立三维立体模型的技术方法，以宁东能源化工基地羊场湾煤矿的1km2范围为研究区，定性、定量化研究了煤矸石堆场、地面沉陷等矿山地质环境问题。基于构建的三维立体模型，计算出煤矸石堆场体积及压占土地面积，地裂缝长度、走向与宽度，地面沉陷面积以及最大沉陷值，测量长度相对误差小于0.5%，面积相对误差小于1%。该方法与传统测量和其他建模技术方法相比，具有低成本、便捷的优势，为矿山地质环境调查评价提供新的手段，丰富和发展了矿山地质调查技术方法。     

爆炸荷载下含预裂缝的裂纹扩展实验研究

预裂爆破技术目前广泛应用于爆破工程中,为了探究预裂爆破形成的预裂缝对爆生裂纹和原生裂纹动态断裂特性的影响,基于数字激光动态焦散线实验开展了一系列研究,获得了裂纹扩展的时实动力学参数。研究结果表明:预裂爆破形成的预裂缝可以阻挡爆生裂纹向保留岩体内扩展,加大被爆岩体的损伤;其两端产生的翼裂纹向保留岩体扩展,且扩展长度随着预裂缝长度的增加而增大;长度较短的预裂缝(L=20~80 mm),对保留岩体内原生裂纹扩展有促进作用,只有当预裂缝长度增加到一定程度(L=100 mm),才会对保留岩体内原生裂纹扩展有抑制作用,预裂缝A长度L=100 mm时,其B裂纹扩展长度为无预裂缝A模型时的21%,Bz和By扩展速度均值为无预裂缝A时的0和64.8%;当有预裂缝存在时,原生裂纹两端翼裂纹的起裂时间随着预裂缝长度增加而增加,当预裂缝长度增加到一定程度(L=100 mm),迎爆侧翼裂纹没有起裂,By起裂时间推迟到和无预裂缝时一样的150 μs;原生裂纹迎爆侧翼裂纹断裂韧度小于背爆侧断裂韧度;当有预裂缝存在时,原生裂纹两端起裂韧度均小于无预裂缝时的起裂韧度,且随着预裂缝长度增加迎爆侧翼裂纹起裂韧度降低;原生裂纹两端应力强度因子峰值随着预裂缝长度增加而减小。     

微地震技术在地面井压裂监测中的应用

利用微地震裂缝监测技术,测量压裂时注入到煤层中的压裂液所引起的地面微地震信号的变化来解释压裂裂缝参数。通过对成庄煤矿CZYC-10井和CZYC-11井压裂裂缝进行了监测得出,成庄矿该区域内压裂裂缝为近似水平裂缝,裂缝形状为不规则的椭圆形;压裂井的裂缝的长轴方位为北东70°～81°,压裂裂缝东西长轴全长216～221 m,南北轴裂缝全长157～177 m;现场实测到的裂隙形态、缝长和方位可为下一步布井、压裂方法设计等提供参考,为沁水煤田的煤层气开发管理提供参考。     

采动覆岩裂隙分布特征数字分析及网络模拟实现

利用钻孔彩色电视系统,对煤矿采动覆岩裂缝带范围内的钻孔裂隙的分布形态进行了探测,定性总结了采动裂隙的分布特点;对裂隙的倾角、宽度和数量进行了统计,综合评价了采动裂隙分布的定量关系;应用3DEC程序对裂隙分布进行了网络模拟实现。研究结果表明,采动岩体裂隙的主要特点就是裂隙发育以高角度甚至垂直岩层层面的裂隙为主,裂隙的发育数量与埋深呈现二次方的递增形式,而裂隙宽度与裂隙数量的分布近似呈正态分布。     

破碎方式对冀东磁铁矿石微裂纹特性的影响

为考察矿石不同破碎方式对破碎后所得产品颗粒内部微裂纹特性存在的差异,以冀东地区某磁铁矿石为研究对象,对高压辊磨和颚式破碎2种破碎方式所得产品进行对比,分析不同破碎产品的微裂纹差异,并通过Bond球磨功指数的测定,研究微裂纹特性对磨矿产品的影响。结果表明:矿石经高压辊磨机破碎后产生的晶内裂纹和解离裂纹数量均明显高于颚式破碎机破碎后产品,随着粒度逐渐降低,颗粒中微裂纹的长度、宽度以及数量均逐渐增加,同时产品颗粒表面的粗糙度也显著增加;高压辊磨破碎产品比常规破碎产品的Bond球磨功指数(目标粒度-0.15mm和-0.074 mm)分别降低了13.55%和14.14%,采用高压辊磨破碎可有效降低磨矿能耗;在相同磨矿细度条件下,微裂纹数量多的物料,细粒级中铁矿物的含量更多,同时粒度分布也更为合理,但增长趋势随着磨矿细度增加而逐渐减弱。试验结果可以为冀东磁铁矿石降低碎磨成本,实现降本增效提供理论依据。     

压缩载荷作用下分支裂纹断裂与扩展的数值和实验研究

材料中裂纹形态比较复杂,有弯曲,交叉或者分支等等,通过数值和实验的方法研究了在压缩载荷作用下分支裂纹的断裂问题,考虑分支裂纹倾角和长度对应力强度因子和裂纹扩展的影响。结果表明：裂纹倾角的增加使I型应力强度因子减小,而裂纹长度的增大使应力强度因子增大,长度较大的分支裂纹对长度较小的有一定的抑制作用。通过对张开型分支裂纹和弯折裂纹砂岩试件的单轴压缩试验,发现砂岩试件的破坏形式主要是以I型翼型裂纹扩展为主,其起裂位置距离裂纹尖端的距离随着分支裂纹角度的增大而减小;分支裂纹倾角越大,其翼型裂纹起裂角就越小但相应的起裂载荷却越大。还对张开型裂纹和闭合型裂纹做了一定的比较,发现张开型裂纹的起裂角要大于闭合型裂纹的起裂角,但其起裂载荷却正好相反。     

基于多步法就地热再生工艺的沥青路面养护加热控制研究

针对沥青路面易出现裂缝、老化严重以及就地热再生过程中施工加热慢等问题,结合有限元数值模拟方法对沥青路面施工加热过程进行了深入研究,得出了其能量输入和温升特性间的关系。从施工工艺的角度出发,提出利用多步法热再生工艺来提升沥青路面加热速度的方法,并建立了沥青路面温度场的数值模型。研究结果表明,利用铣刨移除沥青路面上部已有的再生温度材料,从内部直接注入加热能量,可减小沥青材料的厚度和导热系数对热再生加速度的影响,从而快速完成沥青路面的加热施工过程,维持沥青路面表层的恒定温度和抑制沥青老化。     

含缺陷砂岩裂纹扩展特征试验与模拟研究

采用岩石力学伺服控制试验机和声发射仪,对含缺陷砂岩进行了单轴压缩试验,研究了岩石的裂纹扩展和声发射特征。同时采用岩石破裂过程分析系统进行了模拟研究,试验结果和模拟结果具有较好的一致性。在此基础上进行了多次重复模拟试验,探讨了材料非均质性对岩石裂纹扩展特征的影响。实验结果表明:岩石材料裂纹扩展特征与材料非均质性密切相关,主裂纹首先在裂隙尖端产生并沿垂直裂隙方向扩展,而后改沿最大主应力方向朝端部扩展,但此后的裂纹扩展方向不同,且主裂纹在各阶段扩展长度、速度不同;同时,次生裂纹参数(数量、长度、宽度、走向)存在差异。     

不同直径空孔对爆生裂纹扩展行为影响规律的实验研究

为得到空孔直径的改变对爆生裂纹扩展行为的影响规律,采用动态焦散线实验方法,研究了不同空孔直径情况下爆生裂纹扩展轨迹、扩展速度及裂尖动态应力强度因子的变化规律。研究结果表明:随着试件中三条爆生主裂纹的尖端相对距离的减小,裂纹尖端应力场的相互作用逐渐增强,使裂纹扩展速度增加并达到峰值;随着空孔直径的增大,裂纹扩展后期裂纹扩展速度和应力强度因子振荡效应减弱,有利于运动裂纹向空孔方向扩展;在一定范围内,空孔直径越大,空孔对爆生裂纹的导向作用越明显;随着空孔直径的增大,三条爆生裂纹在相互贯通之前,裂尖的动态应力强度因子发生突跃增大的趋势减弱。