断层影响下底板隔水层的破坏机理研究

为了研究断层对底板隔水层稳定性的影响,根据岩石剪切破坏的极限平衡条件推导出隔水层破坏的临界水压力公式,并提出突水判据.基于临界水压力公式分析了断层倾角、内聚力和断层煤柱宽度对底板隔水层破坏的影响规律.结果表明,断层倾角越小,底板隔水层能够承受的临界水压越小,底板就越容易发生突水;若断层带内聚力越小,即断层带强度越软弱,底板临界水压力也随之减小,此时底板发生突水的可能性越大;断层煤柱留设宽度越大,底板越不容易发生突水.工程应用表明预设的煤柱宽度偏小,有发生底板突水的可能,为保证安全开采,根据所推出的临界水压力公式计算得出合理的断层煤柱宽度应为34.3 m.     

近奥灰薄隔水层底板岩体变形破坏机制研究

近奥灰承压含水层和薄隔水层条件给矿井的安全生产造成很大威胁,为研究奥灰影响下薄隔水层底板岩层变形破坏机制,基于岩层地质结构特征,构建了风化带影响下底板岩体变形破坏模型,进行理论分析并验证。以垂向底板岩层变形的差异性为基础,计算得到了特厚煤层开采时底板破坏区深度,分析了弹塑性条件下风化带上方完整岩层的扰动变形特征和基于I型应力强度因子的裂纹型岩层拉伸破坏机制。最后,基于井田构造和煤层赋存特征建立数值模型,模拟分析近奥灰承压含水层和薄隔水层条件下特厚煤层开采底板岩体的变形值和破坏规律。计算结果表明：岩层两端受压、中间受拉,形成类似薄板结构,岩层受到向上的垂向应力,加快了岩层的破坏;奥灰顶部风化带由于岩性较弱受扰动容易破坏,而且破坏区会向上发育;岩层破坏通过底板破坏区和风化带破坏区向中间不断发育贯通。特厚煤层开采时,破坏区能够贯穿风化岩层上方的整个底板岩层。监测点瞬态位移变化表明：监测点位移曲线垂向存在2个明显的拐点,将监测点位移曲线分为3段,分别对应着风化段上方岩层、风化段和奥灰层,奥灰风化带对底板岩层变形影响明显,需要采取相应加固措施。监测点全程位移曲线与瞬态变化曲线规律一致,数值计算结...     

开采二1煤扰动破坏对底板隔水层的影响分析

河南与河北南部地区开采二1煤扰动破坏对底板隔水层的破坏已经越来越严重的威胁到矿井的安全生产.文章尝试了用FLAC3D数值模拟软件构建了数学-力学模型,确定了数学模型边界条件,利用FLAC3D程序进行数值模拟分析.模拟采动引起的底板位移规律、底板塑形区的变化特征和应力集中特征,通过对数值模拟结果进行分析,提出底板扰动程度的"三带"假说,并结合工程实践经验,得出了煤层底板"三带"的范围.为防治底板高压水通过导水构造突入矿井、采空区的水灾事故提供了理论依据,对同类条件下的回采工作面的安全生产具有一定的理论指导意义.     

采动覆岩隔水层稳定性力学模型及应用研究

为了研究覆岩隔水层的稳定性,预防煤矿顶板突水灾害,实现保水采煤,本文将单一岩层形成的顶板隔水层简化为地基上四边固支的薄板,考虑了隔水层以下破碎岩体对隔水层的支撑作用,根据能量法推导了其挠度以及应力表达式,得到了覆岩隔水层应力分布特性,求出了临界载荷随工作面推进距离的变化规律,并结合具体工程实例,利用数值模拟软件进行了覆岩隔水层稳定性分析。研究结果表明:1)煤层开采后,覆岩隔水层在长边边缘中间应力最大,容易发生破坏;2)破碎岩体的支撑作用对隔水层的稳定性具有重要的影响,煤层采厚越小,破碎岩体对覆岩隔水的支撑作用越强,隔水层越不容易破断。研究成果可为煤矿顶板防治水研究以及保水采煤实践提供一定的参考。     

基于“下三带”理论的底板隔水层破坏机理研究

为了进一步认识采煤工作面底板岩溶水突出机理,基于底板下三带理论和岩体极限平衡理论,采用力学和数学相结合的方法,探讨在采动影响下煤层底板隔水层破坏的机理,得出了底板隔水层破坏的临界水压力公式和底板突水的判断依据,并通过工程实例验证了上述结论。     

基于高精度微震监测技术的底板破坏深度预测研究

随着国内煤矿开采深度不断增大,各类工作面承受高地应力和高水压"双高"型煤层底板越来越多,煤层底板隐伏断层突水一直威胁着我国煤矿安全生产。以赵固一矿研究背景,通过高精度微震监测技术在该矿16001工作面应用,对底板连续和动态裂隙发育程度范围进行了监测,分析底板破裂微震事件能量、频次和密集程度确定煤层底板岩体的破坏范围。现场试验表明,高精度微震监测技术与理论计算结果比较吻合,微震监测为探测底板破坏深度提供科学的依据。     

古汉山矿煤层底板加固与隔水层保护

随着矿井开采深度的增加,古汉山矿地应力越来越大,工作面回采时煤层底板破坏程度也在增加,煤层底板L8灰岩含水层水压越来越高,造成煤层底板加固的注浆压力不断增大,这样势必会引起在煤层底板注浆加固时破坏煤层底板与L8灰岩之间的隔水层。从而引起回采工作面在回采时底板突水。为防止煤层底板加固时破坏煤层底板与L8灰岩之间的隔水层,古汉山矿11031东回采工作面煤层底板加固时采用控制注浆压力的措施,既加固了含水层又保护了隔水层,效果很好。     

矿压对底板破坏深度的分析

通过对肥城煤田徐家庄灰岩含水含水层的预注浆改造及采面底板突水的封堵，总结分析了工作面开采前后钻孔水量及吸浆量的变化规律，探讨了活动对底板隔水层及含水层破坏的应力分布提出了矿压对底板岩层破坏深度的新认识。     

底板破坏型突水的力学模型

根据不同的岩体破坏准则 ,应用于不同的突水机理 ,基于断裂力学和非线性科学突变论的观点 ,建立了不同的底板破坏力学模型。     

兴隆庄煤矿煤层底板破坏特征研究

以兴隆庄煤矿10302综放工作面开采实际为背景,采用数值模拟和现场超声成像测试相互验证的方法,对采动条件下煤层底板破坏特征进行综合对比研究。数值模拟研究表明,工作面垂直应力呈"马鞍形"分布,剪应力大致呈"蝶状"分布;现场超声成像探测表明,10302综放工作面煤层底板下16 m范围内裂隙发育较为明显,但16 m以后裂隙发育相对较少;综合分析得出该面采动底板变形破坏深度为16 m,研究结果为兴隆庄煤矿煤炭资源安全开采及矿井水害防治提供参考依据。     

构筑安全隔水层 防范断层活化突水

首次提出"断层活化突水"的水文概念,分析了断层活化突水模式,丰富了矿井突水理论,并在新桥矿实施了针对性的底板注浆改造,构筑了安全、可靠、有效的安全隔水层,在断层落差较大地段提供了行之有效的防范断层活化突水的技术方法。为防范断层活化突水提供了防治水工程施工范例。     

Yield Criterion, Dilatation, and Rock Failure

Deformation of cylindrical rock samples is examined for the case of thriaxial compression. The mechanism of material strengthening based on the conception of slip and loosening with allowance for the initial anisotropy is established. The calculated values of shearing angle in failing correspond to the known experimental data.     

基于板模型对采场底板破坏与突水机理研究

以岩层控制中的关键层理论为指导,应用弹性板理论求解分析了底板关键层的破断,最后结合工程实例对底板突水最危险点作了预测分析。     

Statistical Model of Rock Failure under Compression

Based on the analysis of the elastic stresses between two shear cracks in the biaxial compression field, the conditions of crack joining are determined. The simulated statistical model is proposed for the development of shear failure in solid body under compression.     

剪应力对巷道破坏影响的研究

根据岩石破坏的库仑-莫尔强度准则,分析了巷道围岩的剪应力分布规律及其导致岩体破坏的机理.研究表明:在巷道围岩内存在一个应力剪切带,剪切带内具有较大的主应力差值,该区域岩体有发生破坏的趋势.剪切带是围岩应力状态的过渡区域,它使围岩从单向、双向应力状态过渡到稳定的三向应力状态.巷道支护的原则就是控制剪切带的发展.在锚杆支护设计中,若锚杆主要起悬吊作用,而锚杆的锚固区若处于剪切带内,那么对围岩的支护将是不可靠的.     

东庞矿下组煤薄隔水层底板破坏深度模拟研究

为解决东庞矿下组煤9#煤层薄隔水层底板破坏深度的问题,以9103综放工作面为工程地质背景,采用理论计算和经验公式分析方法确定了底板采动破坏最大深度理论值,同时利用了FLAC3D数值计算软件模拟分析了底板采动破坏深度及其应力分布规律,并在现场实施了预埋钻孔应力传感器及监测,实测了底板采动应力演化特征,其底板破坏深度监测结果与理论计算和模拟分析相吻合,从而验证了使用多种手段研究底板破坏深度的可行性及合理性。     

隔水层采动破坏裂隙的闭合机理研究及工程应用

煤层顶底板的采动裂隙是煤矿一系列灾害事故发生的根源,对其发育及演化规律的研究对各类灾害事故的防治具有重要意义。论文借助现场超声波成像技术、室内岩石矿物成分分析以及岩石膨胀性实验等手段,分析了影响煤层顶板采动裂隙闭合的相关因素,揭示了顶板隔水层采动裂隙的闭合规律。结果表明:顶板隔水层中的蒙脱石(包括伊/蒙混层)含量越高,其膨胀程度越大;隔水层距煤层顶板的距离越大,膨胀程度亦越大;在不发生顶板结构严重破坏的情况下,当隔水层的体积膨胀率大于采动裂隙的发育率,采动裂隙将实现有效闭合。最后,通过在新安煤田水体下采煤岩体渗透性评价以及神东矿区水资源保护性开采中的工程应用,对顶板采动裂隙的闭合机理进行了验证,并取得了良好的应用效果。     

底板承压水上断层突水的力学分析

针对底板承压水上断层的受力特征,建立了简化的力学模型,根据弹性力学得到了断层面上正应力和剪应力的解析公式,并对断层倾角、工作面推进距离这两个因素影响下的断层面上的剪应力变化情况进行了详细的分析;基于隔水关键层理论,对断层影响下的临界水压进行了公式推导,分析了临界水压随断层倾角的变化情况。结果表明,断层面上的剪应力峰值在β<60o时是随着倾角增大而增大的,在β>60o时是随着倾角增大而减小的;随着工作面向断层推进,剪应力峰值也逐渐向浅部转移。临界水压随着断层倾角的增大经历了先增大、后减小的过程;当断层倾角在β<40o或β>65o时,隔水关键层可能发生破断,将会继断层形成另一条突水通道。