不同应力速率下充填体强度特性和破裂机理研究

充填体是维护采场安全稳定的关键因素,是由多种物质混合而成的非均质材料,力学特性复杂,加载条件改变会对其力学特性和损伤破裂机理有显著影响。通过进行不同应力速率下的充填体单轴抗压强度试验,并结合非接触式全场应变测量系统对试样破裂演化过程进行监测。结果表明:随着应力速率的增加,充填体的峰值强度不断增大,低浓度、低灰砂比试样的强度增幅更加明显;低应力速率下试样表面出现大量宏观裂纹,发生拉伸破坏,高应力速率下试块发生单斜面剪切破坏;低应力速率下试样内部的微裂隙和孔隙充分发育形成贯通面,进而弱化了充填体的强度,高应力速率下,试样内部微裂隙和孔隙的发育被限制,试样的整体承载结构对强度的影响占主要地位;应力加载下,试样在达到峰值强度瞬间发生破坏,积蓄的能量集中瞬间释放,破裂现象剧烈。     

煤层突出与冲击耦合致灾机理与事故分析

针对深部高瓦斯、高地应力煤层冲击地压与突出独立发生或耦合致灾的动力灾害形式,通过微细观数值试验、瓦斯力学特性及冲击倾向性实验及理论研究,对深部松软低透气性煤层低指标压出、冲击地压及耦合致灾机理进行了分析,结合具体掘进迎头动力失稳现象,基于能量失稳判据,分析了前方煤体失稳形态及动力条件,为下峪口深部高瓦斯2#煤层巷道掘进综合防突(冲)及预测预报提供理论依据。     

专利简介

岩爆的预报方法此发明的目的是通过确定发生岩爆的时刻来提高预报的可靠性。在井口范围内测定构造应力场和划定活动断裂带。在此活动断裂带和由此引起的高应力区范围外安装地震验波器。记录弹性地震波。测定纵波 Ap 和横波 As 的振幅、波长 Tp 和 Ts、主频率 fp 和 fs 及地震能量 E。根据测得的数据确定地震活动最强的区域。确定这些区域的横波和纵波的最大振幅比、纵波和横波的总     

微震监测参数主要特性及关系的研究

通过对会泽铅锌矿微震监测系统记录的大量数据的分析,利用系统自带软件对其中主要参数进行了深入研究,发现微震震级与微震事件频率之间、微震能量与地震矩之间以及视应力与地震矩之间都存在幂律分布特性。同时,基于井下重点监测区域发生的岩体失稳现象,分析了岩体失稳前兆和事件频度、累计视体积等微震参数随时间变化的关系,发现微震监测主要参数在岩体失稳之前呈现出异常变化趋势,利用这些参数变化征兆来研究岩体失稳时间阈值完全可以满足预测预报要求。     

三轴加载充填体围岩耦合体声发射特征研究

根据矿山开采状况设计了三种不同采场规格尺寸的充填体围岩耦合体模型,采用双轴试验机、拟真三轴装置结合声发射系统对耦合体进行了三轴加载下的破裂演化监测,研究了耦合体破裂过程声发射特征。结果表明：AE事件率和AE能量在塑性阶段前处于“平静期”,塑性阶段出现突增现象,突增现象可作为应力峰值附近宏观破裂预警;AE事件率峰值、AE能量峰值随着侧压增加推迟产生,耦合体稳定性随着侧压增加逐渐增强。AE事件率峰值、AE能量峰值随着规格尺寸的增加则与之相反;AE能量峰值随着侧压增加逐渐增大,随着规格尺寸增加逐渐减小。AE能量预警阶段突增值随着侧压增加逐渐降低,随着规格尺寸增加逐渐增大;Kaiser效应出现在耦合体应力峰值的70%～85%范围内,Kaiser效应点对耦合体塑性阶段宏观破裂具有一定的预警作用。研究结果有望为充填体与围岩作用机理研究提供参考。     

X型共轭剪切破裂-地震产生的力学机理及其演化规律

地震的发生是一个极为复杂且高度非线性的物理过程,基于乔建永、马念杰、马骥等提出的X型共轭剪切破裂-地震复合模型,进一步研究了共轭剪切破裂-地震发生的力学机理,阐明了共轭剪切破裂-地震发生及其演化的物理过程,从软弱异性体周围岩体应力、破坏形态与地震能量变化的角度出发,发现了共轭剪切破裂-地震具有"仿蝶存亡"规律,获得了共轭剪切破裂-地震生成的必要条件。研究结果表明:由于构造应力显现区域应力环境的剧烈变化,地壳岩体中会形成以软弱异性体为中心的性态极不稳定的蝶形破坏区,它的扩展最终会形成显性或隐性的共轭剪切破裂;蝶形破坏区蝶叶每次扩展释放的能量会在一定范围内引发地震,即地震是触发事件动载作用下蝶形破坏瞬态扩展所释放弹性能的非线性动力现象;共轭剪切破裂在不同应力状态下经历了圆形和椭圆形破坏、蝶形渐进破坏与蝶形剧烈破坏的孕育期、生长期与剧变期;依据地震里氏震级的强弱,在共轭剪切破裂动态生成过程中地震活动存在着弱震期,中强震期与强震期的"仿蝶存亡"特点;共轭剪切破裂—地震发生的必要条件主要有地壳中的软弱异性体存在条件,构造应力剧烈变化条件,软弱异性体及其周围岩体强度条件以及地震发生的应力触发条件。     

岩体失稳的监测、预警预报信息化技术研究

总结了深部开采岩体力学特性,讨论了微地震传感器、速度模型、数据自动化处理及系统集成的研究方向,提出了以微地震监测技术为基础的岩体工程灾害预警预报信息化技术研发方向,并对微震事件特征、预警信息源、预警预报支持决策系统进行了探讨,为岩土工程灾害防治、岩体失稳及致灾机理等研究提供参考。     

动力挠动对回采巷道冲击危险的数值模拟

煤矿开采过程中,顶板断裂等动力挠动常会导致冲击矿压等动力现象的发生.根据弹性力学理论,探讨了扰动波诱发煤层巷道冲击的机理.采用有限差分软件FLAC20模拟程序中动态模块,研究分析了挠动波在不同加载水平、挠动波强度以及频率影响下,从巷道一侧上方传入时内、外帮围岩的应力和塑性区动态响应变化情况,对开采工作面巷道内帮易发生冲击的现象进行了分析和解释.研究表明:动力扰动不仅使巷道周边煤体发生层裂破坏降低其侧向约束阻力,而且在煤体中形成了高应力.处于工作面支承压力带内的巷道内帮煤体,相比外帮而言,受到动力挠动时其最大垂直和水平应力上升较快,开采过程中更易发生冲击.     

褶曲翼部诱发冲击地压的力学分析

在深部煤层中进行回采期间,受采动活动的影响,褶曲两翼区域极易出现能量积聚现象,具有人为诱发冲击的潜在危险。通过对回采工作面过褶曲构造期间区内强矿震显现的分析,从岩石力学角度对向斜构造区域内的聚能诱因进行研究,分析其力学成因与诱发机理,为后期相关工作面的回采防冲提供参考。通过分析,可以得知褶曲构造的两翼部分,垂直应力与水平应力均属于压应力,应力集中程度相对较高,易聚集较高能量;采掘影响区域内煤岩体能量在整体趋势上随时间不断波动。     

大同矿区"三硬"煤层巷道煤壁整体推出型冲击地压发生机理的研究

建立了大同矿区"三硬"煤层巷道煤壁整体推出型冲击地压的数学力学模型,研究了整体推出型冲击地压发生的力学机理.认为在煤层与顶板已经离层的条件下,发生煤体整体移动所需的垂直应力的值很小,易发生煤体被挤出、整体向外移动的现象.     

Research on inversion high mining pressure distribution and technology of preventing dynamic disasters by MS monitoring in longwall face

Under two rock strata combination conditions, over 10,000 microseismic events were received with microseismic location monitoring technology which possessed by the author’s studying team, used in fully mechanized coal face of Huafeng Mine of Xinwen Coal Mining Group Co., Shandong Province. On the basis of the achievement of the location results, the conclusions were drawn as follows: On the basis of the achievement of 3D strata fracturing situation and the section plane of microseimic events in different areas, the relationship between spatial structure of overlying strata and mining pressure field was found, and we might describe distribution range of dynamic pressure of advance pressure and lateral stress around long face, and range of structure ad-tivation. Quantitative guidance to prevent dynamic disasters was provided. The practice in coal mine got a effective results. According to the FLAC^3D soft numerical simulation of diameter drilling hole (the diameter is 300 mm) to relieve pressure in specified geological condition in Huafeng Mine, the right distance of two dirlls is 2.5 m and the right depth is 12 m. The research pro-vided basic guiding and practical experiences for the underground microseismic monitoring and disaster prevention in side slopes or tunnels engineering. Supported by the National Natural Science Foundation of China (40674017, 50534080); the Open Fund of State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining(2007-04); the Open Doctor Innovation Fund of Shandong Province (200703020); the Chinese Postdoctoral Science Fundation (20080440304)     

近直立煤层冲击地压微震监测前兆信息规律研究

以乌东煤矿近直立煤层+450水平B3+6综放面为工程背景,对冲击地压发生前的微震事件时空演化规律展开研究,旨在识别近直立煤层冲击地压前兆信息,建立了反映煤岩体能量释放异常程度的微震能量和频次偏差值指标,分析了冲击地压发生前微震能量、频次、偏差值及空间分布的演化规律。结果表明：冲击地压发生前,每日微震累计能量会剧烈波动并下降到一个较低值,微震频次则出现急升急降的变化,微震能量偏差值往往出现较高值,该值一般大于20,微震频次偏差值会经历一个峰值,该峰值大于0.8|微震事件在空间上向回采工作面集中,且大能量事件增多。研究结果对B3+6综放面及类似近直立煤层的冲击地压监测预警具有一定的借鉴意义。     

矩形截面弹簧在钻机液压卡盘中的设计及应用

 【摘要】通过对ZDY650型钻机的碟簧式液压卡盘的分析,设计出一种采用圆柱螺旋弹簧代替碟形弹簧的新型液压卡盘。通过对比分析选取矩形截面弹簧作为新型卡盘弹簧,并利用ANSYS有限元软件对矩形截面弹簧进行应力分析,满足了设计要求。采用该结构大大提高了卡盘的夹紧可靠性,满足了钻机的使用要求,取得了较好的效果。     

掘进工作面顶板水力压裂防灾技术应用研究

高瓦斯、高地应力掘进工作面顶板围岩动力现象频繁出现，严重制约了矿井安全生产。为防止煤岩动力灾害事故发生，五阳煤矿采用水力压裂技术开展掘进工作面顶板围岩卸压增透试验，以减小巷道上方应力效应、预先释放顶板瓦斯。利用瞬变电磁仪检测煤层裂隙电阻率变化以表征顶板水力压裂试验开展情况，通过对比顶板水力压裂前后工作面瓦斯浓度、煤炮响应次数及微震事件，研究顶板水力压裂技术的防灾效果。研究表明，煤层电阻率受顶板水力压裂效果影响巨大，同时压裂防灾效果明显，施工前后各项指标均有明显降低，瓦斯浓度降低40%，煤炮响应次数减小85%，微震事件减小76%。     

巨厚坚硬顶板条件下断层诱冲特征及机制

为了揭示巨厚坚硬顶板条件下断层诱发冲击地压的前兆特征及诱冲机制,基于义马跃进煤矿25110工作面为研究对象,对某段时间内冲击现象的发生规律进行了归纳分析,针对断层诱发冲击地压的典型案例,结合微震监测数据,分析了冲击地压发生前的微震能量与频次及微震活动的时空规律,并采用数值模拟研究了采动影响下断层带附近应力场的分布特征,从地质构造、微震活动、应力场3个方面讨论了该工作面冲击地压发生的原因及机制。研究表明:巨厚坚硬顶板被F16逆断层及两正断层切割,易造成顶板大面积运动,为冲击地压的发生提供了动载条件;工作面发生冲击前微震能量与频次下降,断层带附近区域微震活动减少,有明显"缺震"现象,为冲击地压的发生积聚了能量;受采动、断层及相邻工作面采空区影响,25110工作面形成了高强度支承压力,断层带至下巷附近应力高度集中,尤其下巷底板存在较高的水平应力,为冲击地压的发生提供了力源条件。     

自震式微震监测技术及其在浅埋煤层动载矿压预测中的应用

震源定位是利用微震监测技术研究煤岩体破裂机制、分析矿震活动规律、预测煤岩动力灾害的基础。为了提高微震监测系统的定位精度,提出一种自震式微震监测技术,利用自激震源发射震动信号反演监测区域波速场,再将反演的波速场应用于微震定位计算。根据自震式微震监测技术研发出KJ768煤矿微震监测系统。在一定的拾振器网度和空间布置条件下,通过煤矿井下定点爆破和同类监测系统对比试验,测得KJ768微震监测系统的定位误差小于10 m。基于开发的KJ768煤矿微震监测系统开展浅埋煤层动载矿压预测,通过现场实测,研究微震监测结果和工作面矿压观测结果的关联关系,选定微震事件数和微震总能量作为周期来压和动载矿压的监测预警指标,并确定了预警阈值,准确预测了3次动载矿压和近20次周期来压,为防治异常矿压显现提供了借鉴。     

“C”型覆岩空间结构采场岩层运动规律及动压致灾机理

针对“C”型覆岩空间结构采场采动阶段岩层运动与矿压关系,研究三面采空孤岛采场岩层运动规律,揭示了工作面开采初期和开采期间岩层运动诱发动力灾害规律,通过采动应力环境下静压分析和动压分析以及地质条件多因素耦合的方法总结出三面采空孤岛采场动压致灾机理。结合工程实践,基于微地震定位监测结果揭示“C”型覆岩空间结构应力分布和变化特征,验证了“C”型覆岩空间结构采场采动阶段诱发动力灾害规律。     

哈图金矿地压监测系统的建立及应用研究

随着开采深度的增加,哈图金矿采场片帮、冒顶等地压灾害日益突出,因此建立了微震监测系统来监测地压灾害并进行预警。主要介绍了微震台网的优化设计,并通过标定爆破完成波速校正。波速校正结果表明:微震监测系统的定位误差为10m左右,能够满足矿山地压监测的需要。另外,基于微震事件信息分析了各中段的地压活动规律,并划分出潜在的地压灾害区域进行重点监测与分析。微震监测系统在哈图金矿得到了很好的应用,为矿山安全生产和管理提供了技术支撑。     

煤岩动力灾害的机理分析及防治

煤岩动力灾害发生的前提条件是煤岩体发生变形破坏。根据大量低围压压缩实验总结出煤岩的2种破坏形式,并分析了煤岩动力灾害的发生机理。应用能量极小原理和变分原理研究了煤岩动力灾害的能量失稳判据。以冲击地压为例,分析了其发生的机理;根据能量失稳判据,研究了煤体发生冲击地压的条件。最后,分析了防治煤岩动力灾害的理论依据。     

基于井上下微震联合监测技术的矿井防治水应用研究

基于矿井的地质条件和开采条件，构建井上下一体化微震监测台网，提出了一种井上下微震联合监测技术，对井上下联合微震监测结果在垂直方向的空间分布特征和数量特征进行了分析，并对微震事件分布规律与导水裂隙带发育高度的关系进行了研究。研究结果表明：微震事件在平面位置主要集中在工作面两端，且工作面回风巷侧应力集中程度明显高于运输巷侧，垂直方向上微震事件主要集中在煤层上方0～80m范围内，微震事件数量在顶板以上80m后急剧减少，得出导水裂隙带的最大发育高度在煤层上方80m左右范围内|其中，工作面煤层上方0～20m为垮落带，20～80m为采动裂隙带，微震监测结果与理论计算基本相一致。