覆岩及采动岩体裂隙场分布特征的可视化探测

利用钻孔彩色电视系统观测了大量钻孔内部原生裂隙以及采动岩体裂隙的分布及其发育特点.研究得出原生裂隙场具有绝大多数发育横向微裂隙,裂隙被充填物所充填以及部分发育纵向裂隙,较破碎的特点;采动岩体裂隙则具有发育纵横交错的相交裂缝,以高角度纵向裂缝为主,且随着离煤层顶板距离减小,并逐步向破碎型裂缝发展的特点.     

采动覆岩裂隙发育变化规律研究

为了研究采动覆岩裂隙发育变化规律,建立了基本顶初次来压的力学模型,分析了岩体的变形场方程、岩体损伤演变方程,然后采用RFPA^2D数值模拟软件,研究了覆岩破断裂隙发育变化规律、煤层开采采场应力变化以及煤采空区垂直压应力变化规律。研究得出,随着煤层不断的开采,顶板裂隙带的位置不断向上发育,采场上部的卸压区为拱形,工作面前方的支撑压力峰值逐渐增加。研究为矿井后期开采设计提供了借鉴。     

采动覆岩裂隙场三维形态特征及其渗透特性研究

采动覆岩裂隙场形态及其渗透特性的研究是防治矿井顶板水害和抽采卸压瓦斯的基础.本文综合3DEC模拟结果和前人研究成果,初步构建了"采动裂隙环形体"三维模型及其边界判别方法;结合水力学中裂隙岩体渗透率的求解方法构建了裂隙场渗透率计算模型,并通过现场实测对回风环体的渗透率进行了间接求解.研究结果表明:"采动裂隙环形体"以离层...     

基于UDEC的高瓦斯煤层采动裂隙场分布研究

研究分析了针对阳泉煤业集团新元公司高瓦斯煤层工作面瓦斯超限状况,依据UDEC数值模拟确定了工作面采动中最大主应力和铅垂方向应力的分布特征,并结合理论计算确定了本煤层瓦斯主抽技术的具体措施.     

钻孔电视探测技术在煤层覆岩裂隙特征研究中的应用

煤层覆岩裂隙分布特征是顶板防治水、瓦斯抽放、顶板控制、老采空区地基稳定性评价中必须考虑的一个重要技术参数。将钻孔彩色电视系统应用于煤层采前覆岩、采动覆岩以及老采空区覆岩裂隙特征的钻孔探测中,可以直观地研究覆岩裂隙分布演化特征。     

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。     

基于微震监测的近距离煤层重复采动覆岩裂隙发育特征研究

针对下石节煤矿近距离煤层重复采动的工程实际,采用微震监测、数字钻孔窥视、理论计算的方法,对重复采动作用下的覆岩裂隙发育规律进行研究。研究结果表明：随222工作面的推进,夹层经历失稳、破断、垮落的过程,其破裂位置为距切眼14.3 m与53.2 m,且主要以拉伸破裂为主。由微震监测可得,222工作面上覆岩层大于1 000 J的大能量微震事件分布于60.8 m垮落带范围内,100～1 000 J微震事件分布于128.3～158.9 m的裂隙带范围内。研究结果揭示了重复采动条件下覆岩裂隙演化特征,根据其演化机理提出采空区卸压瓦斯治理工程对策,可为类似矿井的瓦斯防治工作提供借鉴。     

覆岩破坏充分采动程度定义及判别

随着煤层开采深度的逐年增加,非充分采动工作面越来越多。导水裂缝带高度是实现保水开采的关键参数,但非充分采动工作面开采条件下导水裂缝带高度小于充分采动工作面。为进一步研究其原因,采用理论分析、相似模拟、数值模拟等方法研究了导水裂缝带高度影响因素的敏感性及其与工作面尺寸的关系,提出了覆岩破坏充分采动程度的定义及判别方法。结果表明:工作面尺寸对导水裂缝带高度的影响仅次于开采厚度。当工作面尺寸较小时,覆岩破坏不发育;当工作面尺寸增加到一定值时,覆岩破坏仅形成垮落带;当工作面尺寸继续增加时,覆岩破坏形成裂缝带且导水裂缝带高度随着工作面尺寸的增加而增加;当导水裂缝带高度发育至最大值后,导水裂缝带高度不再随工作面尺寸的增加而增加。覆岩破坏过程中仅形成垮落带的阶段定义为覆岩破坏的极不充分采动(即覆岩极不充分破坏);覆岩破坏过程中形成裂缝带且导水裂缝带高度随工作面尺寸增加而增加的阶段定义为覆岩破坏的非充分采动(即覆岩非充分破坏);导水裂缝带高度达到最大值且不再随工作面尺寸增加而增加的阶段定义为覆岩破坏的充分采动(即覆岩充分破坏)。导水裂缝带高度刚达到最大值时的工作面尺寸为工作面临界尺寸。当工作面尺寸小于工作面临界尺寸时,覆岩破坏为非充分采动;当工作面尺寸大于工作面临界尺寸时,覆岩破坏为充分采动。覆岩破坏充分采动程度的主要影响因素有工作面尺寸、开采厚度、开采深度、覆岩力学性质、覆岩结构特征和覆岩破断角。     

云驾岭煤矿采动覆岩裂隙场分布特征模拟研究

为了研究云驾岭煤矿采动覆岩裂隙场分布及其演化规律,通过相似模拟试验和UDEC数值模拟方法探究了采动后上覆岩层的下沉曲线与裂隙场分布特征,计算覆岩离层率空间分布情况。结果表明：随着开挖工作的不断推进,采动覆岩裂隙场呈梯形分布特征,逐步向较高层位和推进方向发育,其中下部裂隙被压实,两端裂隙较为发育,整体上裂隙密度逐步减小,经历裂隙产生、扩展和压实三个阶段,而覆岩离层率先后经历“单峰”和“双峰”两个分布形态。采空区中部与煤壁后方和开切眼附近区域采动裂隙演化规律截然不同,采空区中部区域的采动裂隙随着垮落岩层被上覆岩层压实,采动裂隙逐渐减小,煤壁后方和开切眼附近区域,边界煤柱和垮落岩层形成三角形的采动裂隙区域。采动覆岩位移场影响区随着工作面推进向高层位和推进方向发育,开采初期呈现矩形分布,而后随工作面的推进,采动覆岩位移场影响区则呈现梯形分布,中部的位移矢量箭头垂直于底板,开切眼和工作面端位移矢量分别呈逆时针和顺时针偏转。     

采场覆岩裂隙演化分区与渗透性研究

通过分析开采条件下工作面前方支承压力分布规律和煤体卸压破坏全过程的采动力学行为,采用实验室实验研究了工作面前方承载应力环境下岩体渗透性的变化;揭示了采动影响下采场空间裂隙发育与演化规律,提出工作面前方裂隙发育区形成的主要原因是强度破坏,并分为原岩裂隙区、应力集中裂隙孕育区、卸压剪切裂隙发育区,渗透性较强的区域为卸压剪切裂隙发育区,与塑性区近似重合。     

非充分开采条件下地表沉陷预计与可视化研究

为研究深部非充分采动条件下地表移动变形规律,指导矿井安全生产,义煤集团某大型煤矿建立了地表移动观测站,根据地表移动实测数据进行参数的拟合解算,采用概率积分法进行地表移动和变形预计。结合MATLAB仿真技术,实现了煤矿深部非充分采动条件下地表沉陷可视化预计,并实现了地表变形图绘制,为煤矿深部开采地表移动规律研究提供了重要参考。     

采动覆岩裂隙演化规律的特征研究

地下矿物开采过程中,地层中的原始地应力场遭到破坏,造成覆岩应力重新分布,进而引起了覆岩的移动与破断形成了裂隙场。基于相似材料模拟试验得出覆岩裂隙演化的一般规律,即裂隙场的物理特征;利用有限元数值模拟试验,研究在煤层动态开采过程中,上覆岩体的应力分布状态,并联系裂隙场的物理特征作出了进一步的解释。     

近距离煤层重复采动覆岩裂隙时空演化特征研究

采用相似材料模型试验,在上行和下行开采方式下,对近距离煤层重复采动覆岩裂隙的时空演化特征进行了研究.采用数字图像处理技术对覆岩裂隙进行了量化分析,并基于分形理论与信息熵,提出了采用裂隙分形维数、裂隙熵和裂隙率3个特征参数来反映裂隙状态.研究结果表明:随着煤层开采的不断推进,上行开采重复采动覆岩裂隙的裂隙熵和裂隙率具有相...     

采动裂隙带探测研究

采动裂隙带高度的确定是煤层瓦斯高位抽采工作的重点,目前仍没有可精确确定的方法。文中基于关键层理论,用变形分析法计算判断岩层采动后的最大水平拉伸变形是否发生破断,同时结合采高、岩石的碎胀性及工作面推进距离与岩层破断的相互关系,建立了采动裂隙带高度的预测方法,并结合布尔台煤矿201回采面进行计算预测,与实际情况基本符合,具有推广应用价值。     

重复采动下覆岩裂隙发育规律模拟研究

基于内蒙古布尔台矿已有的工程地质资料,采用数值模拟软件RFPA~(2D),建立了双煤层重复采动的数值模型,模拟研究了覆岩破断、裂隙发育和再发育规律,分析了上覆岩层在采动前后垂直应力的变化情况.结果表明:重复采动可引起原有煤层覆岩裂隙的再发育,使得顶板裂隙波及的含水层范围扩大,从而增大采空区的涌水量,甚至会引发突水;采动使得覆岩的垂直应力减小,而重复采动更加剧了这一趋势,这是覆岩裂隙继续发育的重要因素.     

采动围岩裂隙动态演化规律研究

为研究采动围岩裂隙的动态演化规律,采用钻孔电视法观测顶底板裂隙,采用声测法测试工作面前方煤体裂隙.观测数据处理结果表明:顶底板裂隙存在离层裂隙、竖向裂隙、斜交裂隙、横向裂隙等多种裂隙形态;根据距离工作面不同位置处裂隙密度的不同,采动裂隙分为原生区、扩展区、贯通区和缩减区;根据声速波形特点和超前支承压力分布,煤壁前方煤体裂隙分为原生区、衍生区、扩展区和贯通区,这为完善瓦斯抽采系统提供了参考.     

采动裂隙场发育高度数值模拟研究

以顶板卸压带瓦斯抽采为主的瓦斯治理措施是有效防止回采工作面上隅角瓦斯超限的手段之一,采动裂隙是瓦斯运移的主要通道,采动裂隙场的分布决定着瓦斯抽采钻孔的布置层位,因而其发育高度的精准确定是该手段有效利用的前提。通过UDEC数值模拟确定了大水头煤矿东104工作面采动裂隙场发育高度,并通过数值计算得出该工作面初采期覆岩裂隙发育模型。结果表明：东104工作面19.18 m以下区域为垮落带,裂隙带最大发育高度为55.94 m.初采期间,采动裂隙场发育高度与工作面推进长度之比为0.559 4,初采期覆岩裂隙发育沿走向方向顶部呈尖顶或椭球状,而沿倾斜方向呈平顶状,端部都呈逐渐降低的形态。     

陕北矿区采动覆岩裂隙空间分布及裂隙带高度预测

针对陕北矿区采煤后裂隙带能否导通第四系潜水含水层问题,相似模拟分析了柠条塔矿采动覆岩裂隙空间分布规律,覆岩“三带”裂隙率呈“M”形分布,采空区边缘附近裂隙发育最大,垮落带和裂隙带高度分别约为30、100 m;理论分析得知裂隙带高度约为95 m;现场地表钻孔观测知,垮落带和裂隙带高度分别为30～35 m和95～100 m,与理论分析和相似模拟结果一致。采动覆岩裂隙未导通第四系潜水含水层。