下保护层工作面过断层区覆岩裂隙-应力演化规律研究

为深入研究下保护层开采过断层区上覆岩层裂隙发育与应力演化特征,运用相似模拟研究方法,分析下保护层开采过断层过程中裂隙场演化、顶板断层应力变化趋势、上覆岩层运移特征。结果表明:下保护层采动容易引起顶板断层附近煤岩体破碎,形成断层带;覆岩裂隙在顶板断层带内显著增加,其密度曲线呈现"W"形分布;顶板断层底端与顶端随采动工作面接近与远离应力峰值表现出不同变化;覆岩运移具有时空效应,同一层位覆岩随工作面推进位移下沉,呈现"瀑布"状分布。     

高承压水上底板采动岩体裂隙演化规律研究

为深入研究深部高应力、高水压和强开采扰动复杂环境下的岩体破裂问题,按裂隙产生的位置和机理,将深部底板采动岩体裂隙分为剪切裂隙、层向裂隙和竖向张裂隙,利用力学知识分别演算获得了三种类型岩体裂隙的起裂准则。借助"钻孔双端封堵侧漏装置"对赵各庄煤矿1237工作面进行的底板破坏实测结果,研究了深部底板采动岩体的裂隙演化实测规律。结果表明:煤层采深越大,底板采动破坏深度越大;煤层开采过程中深部底板采动岩体的原生裂隙呈现先闭合后张开再闭合,新生裂隙起裂发育后逐渐闭合的演化规律;底板岩体破坏的初始位置和裂隙发育程度与岩层的岩性、受力等因素有关,验证了深部底板采动岩体裂隙起裂准则分析的准确性。     

微裂隙对深部高应力围岩劈裂破坏演化规律的影响分析

引入表征体积单元,采用考虑闭合效应下基于曲线扩展路径的劈裂演化等效连续体模型,利用FISH语言,内嵌入FLAC软件中,使方法程序化,分析微裂隙对深部高应力围岩劈裂破坏演化规律的影响。结果表明:裂隙越长,围岩劈裂破坏深度、面积越大;随着倾角的增长,劈裂破坏深度、面积先增大后减小并最终趋向于0,45°时达到最大值,倾角接近90°时,微裂隙形成自锁,劈裂破坏显著抑制;随着摩擦系数的增大,劈裂破坏深度、面积逐渐减小并最终趋向于0。     

深部高应力巷道岩体蠕变规律数值模拟分析

 在深部高应力环境中, 岩石具有强时间效应, 表现为明显的流变或蠕变。因此,深部巷道普遍存在难维护现象,以山西寿阳县段王矿巷道为研究对象,用FLAC3D建立三维巷道模型,进行了该区域巷道蠕变的数值模拟分析,得出了该区域巷道围岩蠕变的应力、应变、速度和塑性区的发展规律。为段王矿地区巷道支护的设计以及巷道岩体蠕变规律研究提供了参考依据。     

深部开采临近断层应力场演化规律研究

针对耿村煤矿东部区段深部开采临近F16逆冲断层容易造成冲击地压问题,采用数值计算与相似材料实验相结合的研究方法,研究了随开采深度增加及临近F16断层过程中围岩应力场演化规律。研究结果表明,随着开采深度的增加及临近F16断层,增大了围岩应力集中程度,在断层上盘岩体水平推力、覆岩重力以及采空区岩层下滑力叠加作用下容易使得断层下盘岩体以某一轴线发生扭转,增大了冲击危险性。综合判断其冲击地压失稳模式为F16逆冲断层、井田境界煤柱影响下的高应力、大范围、区域性失稳。     

采空区底板不同深度岩体裂隙演化规律

为研究采空区底板不同深度岩体裂隙演化规律,首先探讨了工作面推进过程中底板不同位置的垂直应力和水平应力分布情况,工作面推进工程中,水平应力变化程度较小,垂直应力变化显著,变化程度远大于水平应力,底板应力也变化显著,其中围压基本保持不变,轴压会随工作面推进呈现先增大后变小的趋势,并可能减小到0,甚至使轴压由压应力变成拉应力;以杏花矿为背景,通过UDEC数值模拟软件得到了底板不同深度裂隙倾角分布规律,底板深度与裂隙数量的关系,结果表明:煤层开采后底板裂隙数量随底板深度增加而减小,直至不再发育;底板浅部以倾角较小的拉张裂纹或Ⅱ型剪切裂纹为主,深部以倾角较大的压剪扩展裂纹为主。     

采动岩体裂隙分维演化规律分析

采用岩石破裂过程RFPA数值分析系统研究了具有初始裂隙的采动岩体裂隙演化过程和破坏模式,利用数值试验成果基于分形几何理论分析了采动岩体裂隙分形维数随开采宽度、初始损伤量的演化特征,揭示了采动岩体裂隙分维演化规律.分析证明,与采动岩体裂隙分布的分形维数存在明确对应关系的应为初始损伤量,而不是初始裂隙倾角,不同的初始损伤量对应不同的分形维数,在开采末期,采动岩体裂隙分维随初始损伤的增加而呈线性增加,回采结束时,初始损伤量越大,采动岩体裂隙分布的分形维数越大.研究结果为进一步探索裂隙随机分布时采动岩体分维演化规律提供参考依据.     

含断层覆岩采动裂隙演化规律

卸压瓦斯抽采与覆岩裂隙变化规律紧密相关。采用相似模拟试验对贵州某煤矿含断层覆岩移动规律、裂隙分布规律以及形态特征进行分析,研究含断层覆岩裂隙场演化规律。试验结果表明,随工作面的推进覆岩裂隙经历了产生、发展、闭合过程,在顶板断层附近裂隙显著增多,其裂隙密度曲线呈"山"字形分布;采动裂隙场的发育高度受关键层和断层带影响明显。     

逆断层下盘不同采高工作面支承应力演化规律研究

以逆断层下盘不同采高工作面开采为背景,采用UDEC数值模拟方法,研究了下盘工作面向逆断层推进过程中不同采高下支承应力的分布特征及演化规律。研究表明:下盘工作面向逆断层推进过程中,由于逆断层松弛活化产生的阻隔效应,支承应力分布特征发生演化,其峰值呈现先减小后增大的变化趋势,其明显影响范围不断减小。下盘工作面3 m和5 m采高的支承应力演化基本同步,支承应力分布相似;当煤层采高增大为7 m时,受断层采动活化及煤柱的耦合作用影响,支承应力峰值较高,采动影响更为强烈。工作面前方逆断层对支承应力的影响较大,应及时加强工作面及回采巷道支护。     

断层影响下巷道应力演化规律及围岩控制研究

运用现场监测、理论分析及数值模拟相结合的方法,对糯东煤矿断层影响下副平硐及回风大巷的变形破坏及其主要原因进行了研究.研究表明,在断层影响下,副平硐顶、底板产生拉伸破坏,两帮发生鼓出变形;回风巷道与副平硐交叉处发生剪切滑移破坏,底板发生明显的拉伸破坏.提出了新的巷道施工与支护方案.实践表明,采用新的巷道施工与支护方案后,巷道围岩变形明显降低,其稳固性得到了大的改善.     

逆断层下盘开采断层煤柱应力演化及断层活化规律研究

以逆断层为研究对象,通过FLAC~(3D)数值模拟软件建立由下盘向逆断层开采模型,研究了逆断层下盘开采时不同尺寸断层煤柱内支承应力演化和断层活化规律。结果表明:逆断层对采动应力的阻隔效应显著,随断层煤柱尺寸减小,断层煤柱内易形成高应力集中,导致煤柱塑性失稳,易诱发动力灾害;断层面剪切应力与法向应力比值能较好的反应断层受开采扰动程度,比值最大时断层活化危险性最大;受开采扰动,断层由高位向低位逐步活化,两盘相对位移量增大,易诱发矿井灾害。     

不同采高条件下正断层下盘开采支承应力演化与断层活化规律研究

以兴隆煤矿7302工作面工程地质条件为背景,采用连续介质数值模拟,研究了正断层下盘工作面推进过程中,采高对采动应力分布演化规律的影响以及断层活化特征,通过断层带法向应力与切向应力的比值作为判别依据,监测得到下盘工作面开采诱发断层活化规律。研究结果表明:下盘工作面向正断层推进过程中,断层的阻隔效应会造成采动应力的奇异性,不同采高条件对工作面超前支承应力演化规律影响显著;6m采高条件下,断层活化发生在工作面推进至距断层40m处。通过现场实例验证了不同采高条件下,工作面前方支承应力显现与断层的时空关系差异显著,现场实践中,需根据实际工程地质条件进行分析预测,提前布置工作面防冲措施,保证安全高效生产。     

急倾斜煤层开采应力及裂隙演化规律研究

在急倾斜煤层的开采过程中,应力集中和裂隙发育威胁着工作面的安全生产。借助FLAC~(3D)三维数值软件对乌东煤矿进行了急倾斜煤层开采数值模拟,对煤岩体及顶板应力及裂隙演化规律进行了研究。结果发现:煤岩体垂直应力会沿着走向呈现明显"横三区"分布,但回采巷道顶、底部垂直应力分布规律恰好相反;顶板的应力集中程度会随距离煤层的垂直距离的增大而逐渐降低;工作面顶板破坏前期以剪切破坏为主,逐渐发展为拉伸破坏,最终导致顶板垮落。上述研究对回采巷道下部的卸压区域的瓦斯抽采工作具有一定的理论指导意义。     

深部裂隙岩体硅质自应力注浆加固机制与试验

针对深部裂隙岩体水泥基注浆加固后由于材料自收缩性造成浆岩界面松弛及充填不满问题,提出了裂隙岩体自应力注浆加固概念。通过外加剂促使浆液结石体在约束空间内体积膨胀,当膨胀剂掺量超过补偿水泥自收缩的临界掺量时,结石体体积膨胀除补偿水泥基材料自收缩外,在裂隙岩体的约束空间内能够对裂隙壁产生一定的膨胀应力,膨胀应力能够增大浆岩界面的挤压作用,改善岩体的约束受力状态。通过超细硅质浆液膨胀率测试、约束浆液结石体强度试验、约束浆液结石体微观结构分析等研究自应力浆液加固机理,通过裂隙岩体注浆加固试验验证自应力浆液的加固效果。结果表明:随着膨胀剂掺量逐渐增大,浆液纵向自由膨胀率和约束浆液结石体强度均呈先增大后减小的趋势,10%膨胀剂掺量浆液膨胀效果明显优于其它膨胀剂掺量。硅质自应力浆液结石体的脆性增强,弹性变形延长。10%膨胀剂掺量硅质自应力浆液结石体呈大颗粒状,颗粒相互搭接,形成网状结构,有利于结石体强度发挥,其密实性明显优于普通浆液结石体。25%膨胀剂掺量浆液结石体晶体大小不均,颗粒空隙较大,其密实性明显弱于10%膨胀剂掺量自应力浆液结石体。自应力注浆砂岩的峰值强度和弹性模量分别为普通注浆砂岩的1.1...     

基于断层影响下的覆岩应力演化规律分析

在断层影响下,覆岩的破断形式以及应力分布等都将发生变化。为分析断层对覆岩应力演化的影响,采用FLAC3D数值计算方法,以某矿的断层赋存特点为工程背景,模拟分析了下盘工作面向正断层推进过程中工作面超前支承压力与弹性应变能分布规律。研究结果表明:由于断层带的存在,阻隔了覆岩的应力传播。随着工作面逐渐接近断层,工作面超前支承压力与弹性应变能显著增高;断层处的应力与弹性应变能大量积聚,极易诱发冲击地压。该研究对相似地质条件下的煤层冲击地压的预测及防治起到指导作用。     

含断层煤层群开采围岩应力演化规律研究

采用FLAC3D数值模拟分析煤层开采过程中邻近煤岩体及断层应力分布特点、裂隙发育演化规律、及煤岩层卸压范围。结果表明:切眼、工作面前方、断层面和断层端部均出现不同程度的应力集中现象。当工作面推进距断层一定距离时,采空区上下方邻近煤层卸压瓦斯大量运移并集中在开采空间。断层面应力与工作面应力区叠加贯通,达到应力最大值,此时应对该范围内的瓦斯进行合理的抽采,避免裂隙带形成的瓦斯积聚造成瓦斯突出。     

不同断层倾角下煤系断层应力场演化规律研究

为深入了解煤系断层构造带应力场演化特征,以重庆石壕煤矿为例,通过物理相似模拟研究不同倾角断层在水平应力作用下破坏形态及内部的应力变化规律,同时结合数值模拟软件PFC分析不同断层倾角下应力增高区范围与断层破坏的影响。结果表明：断层倾角较小时发生滑动破坏,随着倾角的增大,断层两端应力无法通过滑动卸载,破坏形式逐渐变为剪切破坏;加载时断层下盘区域产生应力集中,断层倾角增大使得应力增高区因不同的破坏形式从下盘煤层区域向下盘顶、底板区域转移;通过PFC数值模拟,可以有效观测到模型内部裂缝,并对试件内部微裂缝进行考察研究与物理试验有着较好的一致性;通过力链分析发现,断层倾角变化会诱使应力增高区从煤层过渡到力学性能较强的顶、底板。     

不同倾角下工作面沿正断层开采断层煤柱应力演化规律研究

以赵楼煤矿5310工作面开采条件为研究背景,采用FLAC3D数值模拟软件,建立不同正断层倾角模型,研究了工作面沿正断层走向推进过程中,断层煤柱稳定性以及应力演化规律。研究结果表明,上盘断层煤柱支承应力峰值高于下盘,受断层倾角影响较大。断层煤柱支承应力随断层倾角增大而增大,工作面前方支承应力主要集中在靠近断层一侧;下盘断层煤柱支承应力曲线在断层倾角为45°、50°时呈双峰状,在55°、60°时呈单峰状,断层煤柱支承应力峰值受断层倾角影响较小;上下盘断层煤柱宽度应不小于30m,需根据具体工程条件确定断层煤柱宽度。     

不同侧压系数下深部软岩巷道应力演化规律及支护研究

针对深部软岩巷道变形破坏严重问题,以谢桥煤矿11316运输巷为研究对象,采用现场调研、数值模拟及应用实践等方法,研究了不同侧压系数下深部软岩巷道围岩力学演化特征,以及位移场、破坏场的分布规律和优化支护技术。研究结果表明,随着侧压系数的增加,巷道围岩应力集中程度逐渐从巷道两帮向顶底板移近,进而导致巷道顶底板的剧烈变形破坏。提出了等强预应力让压锚杆及高强度预应力锚索的优化方案,加强了对巷道顶板及帮部底角位置的支护。实践结果表明,采用该优化方案实现了对高水平应力软岩巷道的稳定支护。     

深部岩体裂隙声波探测技术应用研究

本文根据声波测试原理,结合对现场深部岩体裂隙声波探测的现场应用,详述了现场实施岩石裂隙声波测试的全过程,并进一步对测试结果进行分析,对采场裂隙在爆破振动影响下裂隙发展情况做出了预测,其研究结果对掌握深部岩体介质和结构的力学特征以及如何做好矿井深部的安全防护工作提供了重要依据。