顶板诱导致裂裂隙数字探测分析

采用数字式全景钻孔摄像系统, 宏观探测了顶板围岩诱导致裂失稳崩落的裂隙形态, 从裂隙的三维图像与空间坐标关系, 对裂隙的产状和隙宽等参数进行了定量的数字化探测、处理与还原。运用统计学原理, 对裂隙宏观形态的参数进行了统计, 综合评价了矿岩诱导致裂裂隙扩展的定量关系。分析结果表明, 数字式全景钻孔摄像系统可以直观可视和定量精细描述裂隙的形态。诱导裂隙发育、扩展以及裂隙的演化规律表明, 回采扰动和强制爆破诱导耦合技术有利于顶板围岩致裂失稳崩落, 从而达到诱导崩落顶板处理采空区的目的。     

泥岩顶板巷道围岩裂隙演化规律与冒顶机理分析

通过对某矿泥岩顶板巷道围岩变形进行监测,总结该类巷道变形破坏的一般规律;借助钻孔窥视的手段对不同含水条件下泥岩顶板围岩的裂隙演化规律和破裂特征进行分析,在此基础上,研究泥岩顶板巷道冒顶的机理。研究表明：围岩裂隙是由浅部向深部逐渐扩散的,裂隙发育存在饱和现象;有效控制围岩微裂隙区向裂隙发育区演化,避免裂隙发育区发展到锚固区之外是保证富水泥岩顶板巷道稳定的关键。据此建立了分顶、分区的围岩控制技术体系,包括高性能锚杆支护技术、预应力锚索强化技术以及注浆加固技术,并成功地应用于工程实践。     

贯通裂隙控制岩体巷道稳定规律的数值模拟

采用ANSYS程序,按照正交设计方法编排了基于潞安矿区巷道围岩裂隙分布状况的多种计算模拟方案,研究了地下岩体中单组和双组贯通裂隙的空间产状、组合特征以及与巷道布置匹配等因素对巷道围岩稳定性的影响规律.研究表明1) 贯通裂隙间距(2～4 m)小于巷宽(4 m)时,巷道围岩稳定性受裂隙控制,反之主要受巷道围岩强度的影响;2) 单组裂隙间距小于3 m,倾角30°～70°巷道围岩收敛量较大,巷道稳定性较差;3) 双组裂隙控制岩体,巷道顶底板稳定性随裂隙倾角(0～70°)增大而提高;裂隙倾角70°时,巷道围岩稳定性相对来说较好;裂隙间距增加使巷道稳定性提高,裂隙间距大于巷宽时,巷道稳定性已趋于恒定,主要受围岩强度的控制;4) 双组裂隙切割围岩体巷道比单组裂隙更易失稳破坏;5) 巷道围岩内最易出现塑性区部位是巷道顶角、巷帮及巷道顶底板中央,双组裂隙围岩的塑性区远超过单组裂隙围岩;6) 裂隙倾角在45°～70°时,塑性屈服的弱面单元数量剧增,巷道围岩体易沿弱面滑动而导致破坏失稳.该项研究成果对受贯通裂隙控制岩体巷道的稳定性评估以及支护设计决策,有理论借鉴意义.     

利用三维地震技术探测覆岩变形破坏研究

利用采区三维地震勘探,全面系统地分析了随工作面推进采场覆岩采动裂隙的动态地震波场响应特征.通过三维数据体的纵、横向剖面分析以及采用对比解释法,研究了采空区、支撑压力区、采动影响带的地震波场响应特征,根据这些特征可以划分采空区范围、采动裂隙发育高度、裂隙"天窗"、采动影响范围.实践证明:利用三维地震技术进行覆岩采动裂隙的探测,技术上是完全可行的,探测效果明显.     

千米深井超长工作面采动应力旋转特征及应用

千米深井超长工作面采动应力环境更为复杂,围岩破坏程度和控制难度升高,威胁开采安全。为提高该类采场围岩控制效果,采用理论分析、数值模拟和现场实测等综合研究手段,从采动应力旋转角度分析该现象对围岩稳定性的影响及其应用原则。结果表明:千米深井超长工作面围岩裂隙发育程度升高,稳定性受到采动应力大小和方向的双重影响,含裂隙围岩存在优势裂隙扩展角,采动应力旋转造成围岩承载能力降低,采动应力旋转角度愈大,围岩稳定性愈差;采动后,121304工作面采动应力发生旋转,旋转轨迹与采动影响程度、工作面推进方向密切相关,距采空区边界愈近,采动应力旋转速度和旋转角度愈大;煤层和低位岩层最大主应力在平行和垂直于工作面推进方向的竖直平面内旋转,倾角减小,最小主应力则首先向平行和垂直于工作面推进方向的竖直平面内旋转,然后在上述平面内与最大主应力同步旋转,倾角增大;岩层位态升高,采动应力旋转角度先增大后减小,高位岩层采动应力旋转轨迹受121303工作面采空区影响,采动应力旋转轨迹向临近工作面采空区偏转;根据工作面推进方向与采动应力旋转轨迹的关系,提出围岩中存在一组、多组优势裂隙及裂隙随机分布条件下工作面推进方向确定原则,并分析了采动应力旋转现象对覆岩“砌体梁”结构稳定性的影响。     

采空区上覆岩层裂隙发育及瓦斯流动规律分析

针对煤矿采空区上覆岩层裂隙发育,采动裂隙瓦斯流动规律等对合理确定高位钻孔抽采区域的重要性,对采空区上覆岩层的裂隙发育规律和采动裂隙场的瓦斯流动规律进行分析,从采空区覆岩"竖三带"裂隙分布特征、采动裂隙"O"形圈以及U型通风采动裂隙瓦斯流动规律出发,找出采空区对工作面上隅角瓦斯超限影响较大的区域,得出高位钻孔的理论最佳抽采区域大致为工作面后方50 m区域,这个区域的覆岩裂隙发育情况是高位钻孔层位优化设计的关键,为高位钻孔抽采参数优化提供了理论基础。     

钻孔摄像技术在巷道围岩控制中的应用

利用TYGD10型岩层钻孔探测仪,对巷道围岩进行静态和动态观测。对摄像结果进行处理分析,直观地反映了巷道围岩构成以及裂隙发育和分布情况,并找出了巷道顶板裂隙水出水位置。结合巷道支护方案,对不同时期掘进巷道围岩进行钻孔探测,分析不同测站裂隙分布及发育情况,不仅对巷道支护效果进行了检测,同时得出了巷道围岩裂隙发展发育规律。     

围岩裂隙演化与采动卸压瓦斯储运的耦合关系

采用单元法实验，研究了平煤新峰四矿12160回采工作面煤层开采过程中上覆岩层裂隙变化规律，发现了裂隙带的演化是一个动态变化的过程，瓦斯储集和输运也是一个动态变化的过程．分析了采空区瓦斯在裂隙中运移规律，进而研究了开采过程中卸压瓦斯储集与采场围岩裂隙的动态演化过程之间的耦合作用关系．以期为瓦斯的防治提供理论依据．     

构造裂隙分布与巷道稳定性相关规律

构造裂隙分布对巷道稳定性有重要影响.根据巷道围岩构造裂隙的空间分布特征与巷道布置的匹配关系,初步分析了构造裂隙分布以及地应力状态组合对巷道稳定性的影响规律,并指出今后应进一步研究的方向.     

围岩裂隙演化与采动卸压瓦斯储运的耦合关系

采用单元法实验,研究了平煤新峰四矿12160回采工作面煤层开采过程中上覆岩层裂隙变化规律,发现了裂隙带的演化是一个动态变化的过程,瓦斯储集和输运也是一个动态变化的过程.分析了采空区瓦斯在裂隙中运移规律,进而研究了开采过程中卸压瓦斯储集与采场围岩裂隙的动态演化过程之间的耦合作用关系.以期为瓦斯的防治提供理论依据.     

采动应力与采空区压实承载耦合分析方法研究

采空区垮落带在覆岩沉降作用下的应力恢复对采动应力场有显著影响。基于围岩应力与采空区压实承载的耦合作用,研究了垮落带岩体压实承载的力学特性及参数反演方法,分析了裂隙带岩体的拉伸劣化力学特性,提出了采动应力场与采空区压实承载耦合分析方法,通过实例仿真模拟分析进行了验证。研究表明:垮落带渐进压实承载的力学特性是指数型表达式,压缩刚度随压缩应变呈非线性增长。由双屈服本构模型反演得到与理论解拟合度较好的垮落带力学参数,实现了垮落带压实承载特性的仿真模拟。裂隙岩体劣化系数表达式反映了模量劣化特性,应变软化本构模型增加模量劣化算法组成岩体劣化本构模型,实现了应变软化和裂隙岩体模量劣化的动态分析,较真实严谨的反映裂隙带岩体的力学特性。基于垮落带与裂隙带特征的仿真模拟,实现了采动应力场与采空区覆岩"两带"特征的耦合分析。通过工作面支承压力场演化特征的实例仿真分析,验证了采动应力场与采空区压实承载耦合分析方法的可行性和正确性,提高了采动应力场和围岩采动响应研究的严谨性和可靠性。     

采空区裂隙发育区与自然发火区相关性研究

为了研究采空区自然发火区域,以汾西润泰井矿正明煤业有限公司0402工作面为研究对象,运用离散元数值模拟软件和采空区采动裂隙场为机理,建立采空区走向与倾向2个不同位置的模型,对煤层开挖后的岩层裂隙发育规律进行数值模拟研究,通过分析岩层离层率突出区域,得出导通氧气与采空区遗煤的接触通道的采空区裂隙发育区,最终确定采空区易自然发火区域位于自然堆积区内的上下区段平巷区域附近。     

采动影响稳定区煤层气储层空间计算方法

通过分析采动稳定区覆岩移动相似模拟试验数据,发现采动稳定围岩区卸压范围包括过渡卸压区域和有效卸压区域两部分,其中有效卸压区域也就是采动稳定区煤层气的储层空间。在此基础上,分别对采空区顶底板裂隙带的高度及范围进行了分析,总结出采动稳定区围岩有效卸压范围的确定方法及计算公式,为采空区可抽采煤层气资源储量评估及其邻近煤层原始瓦斯参数有效测定范围的确定提供了依据。     

煤层顶板裂隙高位定向长钻孔安全高效抽采技术的研究与应用

放顶煤开采期间,上覆岩层受到矿压的影响,形成冒落带、裂隙带、弯曲下沉带,工作面采空区遗煤和围岩涌出的大量瓦斯飘浮在上方裂隙带区域,造成瓦斯聚集并向外涌出,形成了安全隐患,因此必须将该区域瓦斯抽出来;以往治理采空区瓦斯主要采用顶板裂隙高位钻场、顶板高抽巷等措施,但是这2种方法施工成本较高,且施工周期长,对生产接替影响较大。煤层顶板裂隙高位定向长钻孔安全高效抽采采用大功率钻机+定向钻进技术,在裂隙带施工控制整个回采范围的长钻孔,减少采空区和邻近层瓦斯向工作面空间的流动,真正实现了“以孔代巷”,既节省了成本,又缩短了工期,还提高了采空区瓦斯抽采的连续性、稳定性,减少了采空区瓦斯向外涌出,提升了瓦斯抽采效果,促进了煤矿安全高效发展。     

大同煤田石炭二叠系煤层顶板导水裂隙带发育规律研究

根据侏罗纪煤层地质特征及其开采方法,通过理论分析,研究侏罗纪煤层开采、采空区形成过程中的围岩破裂特征及其时空演化规律.针对双纪煤层地质及水文地质特征,分析石炭二叠纪煤层开采过程中及开采后,双纪煤层间岩层的变形破坏、垮落和移动规律,计算分析导水裂隙带高度,及其与侏罗纪采空区底板裂隙带的连通机制,研究揭示大同矿区侏罗纪采空...     

急倾斜煤层开采覆岩裂隙演化与渗流的分形研究

采用分形几何学对离散元计算得出的急倾斜煤层开采覆岩裂隙发育进行了分析,结果表明,采空区上方岩土体节理裂隙发育边界角度较陡,近地表附近岩土体节理裂隙发育边界角度较缓.覆岩内裂隙闭合与张开裂隙的分形维数与开采深度呈线性关系,且两者之间的比值随采深的增加而增加,即覆岩内张开裂隙闭合率随采深的增加逐渐提高,说明浅部覆岩内裂隙的闭合对于阻止地表水入渗可起到积极的作用.对工作面内的雨水渗流量与裂隙闭合率关系进行深入研究,得出工作面的水渗流量与裂隙闭合率呈非对称抛物线关系,进一步证明了裂隙闭合的阻水作用.     

复用沿空留巷破碎围岩注浆加固机理研究

基于巷内收敛及钻孔窥视等现场实测分析巷道围岩裂隙发育程度并进行裂隙分区的划分,以此分析留巷围岩变形机理及研究注浆加固破碎岩体自承能力的恢复程度。在此基础上提出前进诱导注浆方法,即对围岩浅部大裂隙进行浅孔注浆以形成注浆帷幕,之后以布置深部注浆孔改变围岩应力场的方式,引导深部饱和浆液向浅部未注满区域流动形成补强区域。     

采空区上覆围岩裂隙带瓦斯抽采利用技术研究

针对回采工作面采空区瓦斯涌出量大，严重制约工作面安全高效生产的不利影响，通过研究分析回风流瓦斯涌出来源，确定利用高位抽放巷抽采采空区上覆围岩裂隙带瓦斯，改变了采空区瓦斯运移路径，有效控制了回风流瓦斯。并对抽采瓦斯利用，减少了“温室气体”排放，变废为宝，取得了良好的效果。     

采场覆岩裂隙发育规律及高位钻孔优化

采空区覆岩裂隙发育规律严重影响着高位钻孔的抽放效果,采空区裂隙发育充分的区域是高位钻孔理想的抽放范围,以临涣煤矿Ⅱ926工作面为研究对象,采取理论及数值模拟相结合的方式对采空区覆岩裂隙发育规律进行分析,找出裂隙充分发育区域,优化布置了高位钻孔参数,现场的实践表明,优化后的高位钻孔对采空区瓦斯抽采、防止工作面瓦斯超限作用效果良好,可以在类似矿区推广应用。     

裂隙岩体巷道围岩稳定性模拟研究

首先分析了某矿山的工程地质条件及构造裂隙分布情况,并对关键区域岩体结构进行研究。采用数值模拟手段研究了裂隙岩体在开挖及回采条件下的应力变化及围岩变形规律,分析得到不同采掘阶段无底柱分段崩落法对裂隙岩体围岩稳定性的影响。