基于压水试验的杨村煤矿底板断层带渗流性质研究

为研究杨村煤矿底板断层带的渗流性质,采用现场压水试验方法对底板F5断层进行了测试并获取了大量的实测数据,分析结果表明:该断层在原始状态下渗流能力较差,阻渗性较强。对该断层进行了4次压水试验,对比4次压水试验的渗透系数变化曲线可知,重复压水可导致断层带明显渗透破坏,由此造成其导渗性能的进一步增强;F5断层带两段压渗试验压力和流量关系(p—Q)为扩张或冲蚀型,该断层带裂隙发育,裂隙中间有较多充填物,阻渗能力较好。     

裂隙岩体渗透张量的确定和修正

分析了实验室法、现场测试法、裂隙采样测量法和反演法确定裂隙岩体渗透张量的优缺点。提出了用单孔压水试验修正裂隙采样测量裂隙岩体渗透张量的确定方法，并采用该方法对某大型磁铁矿边坡进行了岩体渗透张量的测定。试验表明，该方法能较好刻画裂隙岩体渗透特性的各向异性，更好地消除裂隙非贯通性和充填物的影响以及压水试验尺寸的效应影响。     

司马煤矿底板断层活化突水机理分析

为分析煤矿采场底板断层采动活化机理,以司马煤矿为背景采用理论分析、数值模拟、室内试验等方法,在考虑采动应力和水压力的基础上进行了研究。推导出了完整底板及含断层底板采动破坏深度的表达式;采用模拟断层带填充物渗透性试验及FLAC~(3D)数值模拟软件,研究了煤层开采过程中应力变化对断层带渗透特性的影响,并通过现场断层带联通性试验验证了司马矿断层带阻隔水能力较弱。     

采动作用下水对断层带岩体损伤活化影响分析

采动影响下的断层活化是损伤累积作用下断层带岩体原始裂隙发育扩展的结果并与断层带岩体性质密切相关。为了研究断层原生水的存在对断层活化的影响,根据断裂力学建立水压作用下断层带岩体裂隙损伤发育力学模型,分析了断层水对断层活化的影响并利用FLAC~(3D)内置fish语言进行固液耦合数值模拟验证。研究结果表明:断层水的存在将会导致断层带岩体裂隙面正应力降低,裂隙更容易发育扩展而增加了采动影响下断层活化的可能性。     

数值模拟断层对导水裂隙带发育特征影响研究

采用数值模拟方法建立了二维模型分别对有无断层和不同倾角断层对导水裂隙带高度发育的影响进行模拟分析,同时结合岩体力学和弹塑性力学知识,对导水裂隙带的发育规律和特征进行了理论分析,得出了在无断层的条件下,煤层开采后的导水裂隙带分布呈对称的两头高中间低的"马鞍型",有断层条件下对导水裂隙带高度的发育影响,不论倾角大小,均是使裂隙带高度增加,断层为小倾角逆断层时,导水裂隙带形态较无断层时有较大差别的主要结论。     

巨厚古近系含水层下工作面导水裂隙带高度探查

为了确定巨厚古近系含水层下工作面的开采上限、预测涌水量及制定防治水方案,需要针对工作面的导水裂隙带进行现场实测。以红四煤矿HI0503工作面为研究对象,采用经验公式初步确定导水裂隙带发育高度,设计井下探查钻孔的参数。分别用0.5、1.0和1.5 MPa的水压进行压水试验,同时采用钻孔窥视对工作面覆岩中的裂隙发育程度进行观测,最后利用数值模拟对现场实测的结果进行验证。结果表明,压水试验得到HI0503工作面导水裂隙带高度为65.6～67.4 m,采用钻孔窥视法确定导水裂隙带高度为66.5～68.1 m,导水裂隙带高度数值模拟结果为65.29 m,利用3种方法综合确定HI0503工作面导水裂隙带高度为65.29～68.1 m,大于经验公式计算值59.79 m。5-2煤与巨厚古近系含水层的平均距离为95 m,工作面开采后的导水裂隙带不会波及至古近系含水层。通过现场验证,利用井下压水试验、钻孔窥视和数值模拟,综合确定的导水裂隙带高度与实际情况较为吻合,可以作为防治水工作的依据。     

带压煤层开采底板裂隙发育深度综合研究

为了分析带压煤层开采底板岩体破坏规律,选择成庄矿为工程现场,通过对其不同深度主采煤层底板采动破坏情况经行数值模拟,以及对工程现场底板裂隙实际发育深度的注水试验探测,综合研究带压煤层开采底板裂隙演化规律。结果表明:煤层埋深与煤层采厚对底板裂隙的发育影响不大,工作面宽度与底板岩性为主控因素,另外,工程试验对数值模拟结果的验证,证明数值模拟可作为一种研究带压煤层底板裂隙发育深度的可靠手段。     

底板渗流应力耦合破坏与递进导升协同突水演变规律研究

为深入研究底板渗流应力耦合破坏与递进导升协同突水演变规律,应用FLAC3D固液耦合模式模拟隐伏断层底板岩体的应力分布、变形破坏特征、递进导升渗流规律及裂隙扩展突水机制.数值模拟表明:在矿山压力和承压水压力影响下,随着工作面开挖,打破原来开挖面周围荷载平衡,底板岩层节理裂隙经历张开、闭合、扩展反复循环过程,当矿压破坏带和...     

破碎岩体注浆加固的二维分形平面模型构建与模拟分析

模拟注浆加固过程中注浆液在破碎岩体中的扩散特性时,构建与现场实际破碎岩体一致的几何模型对 模拟结果的准确性至关重要。 为构建与工程现场破碎岩体一致的几何模型,对于破碎岩体的注浆加固问题,提出了 一个构建破碎岩体二维平面模型的新方法。 首先,通过对破碎岩体的压水实验获得破碎岩体的透水系数;再根据裂 隙岩体的分形特征,运用透水系数计算破碎岩体的分形维数;最后根据分形维数确定最大和最小裂隙构建破碎岩体 的平面二维几何模型,并结合压水实验和数值模拟分析模型的可靠性。 结果表明:通过对分形维数所构建的平面几 何模型的数值模拟,对比分析数值模拟结果与现场压水试验结果,该方法能够获得与现场破碎岩体状况一致的二维 平面几何模型,为模拟分析破碎岩体的注浆加固提供可靠的参考。     

基于RFPA~(2D)-Flow软件对裂隙岩体渗透特性表征单元体的研究

大型水利水电工程多依附于高陡裂隙岩体边坡而建,而边坡的渗控结构成为研究重点。为进一步研究裂隙岩体渗透特性及其各向异性的影响因素,基于C语言程序,考虑不同迹长、密度的概率分布,通过蒙特卡罗方法生成随机裂隙,然后将随机裂隙导入有限元渗流计算软件RFPA~(2D)-Flow,形成渗流裂隙网络模型。通过对不同的方位、不同尺寸上的等效渗透系数的模拟计算,得到不同工况下的渗透张量,结合类张量特性和类常量特性判定依据,确定渗流表征单元体,并自定义渗透特性各向异性系数,研究裂隙的密度、迹长对岩体渗透张量、表征单元体尺寸和各向异性系数的影响。结果表明:①裂隙密度和裂隙迹长对裂隙岩体的渗透主值影响较大,但对渗透主方向几乎无影响,随密度或者迹长的增大,裂隙岩体的渗透主值逐渐增大;②在一定范围内,随着裂隙密度或迹长的增大,裂隙岩体的渗透表征单元体尺寸逐渐减小;③裂隙岩体渗透特性的各向异性系数r随密度增大逐渐减小,随裂隙迹长增大呈现先减小后增大的趋势。在此基础上,以锦屏一级水电站坝区左岸边坡裂隙岩体为例,根据地质勘探所获的裂隙概率分布特征及相关参数,利用本文研究方法进行渗流数值模拟计算,确定锦屏左岸裂隙岩体的渗透张量和表征单元体尺寸,并结合现场压水试验结果对本文数值模拟结果进行修正,修正系数在一个数量级之内,说明本文模拟计算结果与实测结果相近。     

煤矿井下断层渗流特性与注浆防渗效果分析

针对宝黎断层丰水季节导致周源山煤矿北大巷涌水量变大的问题,利用RFPA-Flow数值模拟软件分析得出断层的渗流量与水压呈正比例关系,沿着水流方向,水压和渗流量都逐渐减小;随着至断层距离的增加,水压和渗流量逐渐减小;注浆后,断层处水的主要渗流通道被封堵,水只能从断层周围的岩体裂隙向断层渗流,渗流量大幅降低。注浆前后实测的周源山煤矿北大巷涌水情况与数值模拟结果一致。现场采用双液高压帷幕注浆技术处理后的断层破碎带透水率达到了岩石地基工程防渗标准。     

深部裂隙煤岩体变形破坏机理及高压注浆改性强化试验研究

为了对深部高应力裂隙煤岩体变形破坏特征及改性强化机理进行研究,首先采用小孔径水压致裂法对埋深500 m左右和1 000 m左右的地应力分布特征进行现场实测研究,以此为基础对比分析了不同埋深条件下地应力分布特征、煤岩体破裂强度及典型裂隙分布发育特征,拟合得到了不同埋深条件下裂隙煤岩体摩尔强度包络线公式。采用数值模拟方法对比研究了不同埋深不同应力水平条件下煤岩体不同角度裂隙变形破坏特征。根据裂隙扩展应变能释放率与能量吸收率间的关系,探讨了影响深部裂隙煤岩体改性强化的主要影响因素。通过建立裂隙悬臂梁力学模型,采用格里菲斯裂纹扩展破坏准则分析了裂隙扩展临界载荷和裂隙不同角度间的关系。基于现场实测及数值模拟研究结果,通过对不同埋深煤岩体破裂强度的统计分析,结合煤岩体改性强化的工艺及装备要求,提出了深部裂隙煤岩体改性强化的基本原则及临界值范围。基于上述研究成果,在千米深井工作面巷道进行了现场试验,得到了裂隙煤岩体改性强化高压注浆全过程改性压力曲线。通过对裂隙煤岩体不同改性强化阶段浆液扩散特征的分析,最大注浆改性强化压力为30 MPa,一般为15～20 MPa,与提出的改性原则相符。通过现场取样表征...     

断层活化引发顶板岩溶水突水机理分析

以塘冲煤矿为工程背景,通过数值计算和现场实测,分析了断层的活化对采空区导水裂隙带高度的影响.在工作面超前支承压力的作用下,工作面前方断层活化,改交了采场应力场和岩体运动规律,导致导水裂隙带高度增加,从而破坏隔水层导通上覆承压岩溶含水层,引发矿井突水事故.     

煤柱挖潜开采影响下断层活化危险性研究

为研究防水煤柱挖潜开采影响下断层活化突水机理及危险性,以荆各庄矿F3断层为例,采用力学理论分析及数值模拟分析,建立了煤柱挖潜开采影响下断层活化力学模型、力学判据、数值分析模型,分析了断层活化影响因素,对F3断层活化危险性进行了判定,最后利用钻孔压水试验验证了判定结果。研究表明:煤柱挖潜开采影响下断层活化的主要因素有断层的富水性、断层倾角、断层带特性、断层所处的位置等,F3断层活化指数为-3.81×105,小于0,断层不会出现活化,此结论通过数值模拟分析及现场钻孔压水试验得到验证。     

小壕兔二号井田导水裂隙带发育高度预计与数值模拟

采用经验公式计算和数值模拟试验两种方法对榆神矿区小壕兔二号井田2#煤层导水裂隙带发育规律及最大高度进行研究。结果表明经验公式计算值和数值模拟试验结果都显示2#煤层开采产生的导水裂隙带不会对矿区萨拉乌苏组含水层产生影响,都与现场实测值具有良好的一致性;数值模拟试验预测结果与现场实测结果更为接近,说明数值模拟试验相较于经验公式在导水裂隙带最大高度预计方面具有更高的精度和可靠性。     

裂隙状采场底板固流耦合作用的数值模拟

提出了承压水上采煤的裂隙介质固流耦合数学模型及其数值模拟解法，介绍了西峪煤矿承压水上采煤问题进行的数值试验方法及结论，研究了推进速度，煤柱宽度与水压，煤柱应力，断层渗透系数，断层变形之间的相互关系 。     

沈家湾煤矿导水裂隙带发育高度研究

基于沈家湾煤矿2666工作面开采技术条件和岩石物理力学参数,构建了导水裂隙带高度计算模型,运用岩石破断过程(RFPA2D)分析软件,对上覆岩层的变形、冒落情况进行了数值模拟,采用"三下"开采规程中计算公式对覆岩导水裂隙带高度进行了验算,应用井下仰孔注水测漏法实测了覆岩导水裂隙带高度.结果表明:数值模拟与理论计算及现场观测得到的导水裂隙带高度基本上一致.该研究为确定沈家湾煤矿上覆岩层导水裂隙带高度以及类似矿井水体下开采提供了设计依据.     

综放工作面导水裂隙带高度分布式光纤监测技术

为了确定荫营煤矿150313综放工作面导水裂隙带发育高度,本文采用数值模拟和现场实测方法对覆岩变形特征进行研究。数值模拟结果表明,150313工作面垮落带高度为26 m,垮采比为3.59;裂隙带发育高度为85.8 m,裂采比11.87。工作面导水裂隙带高度井下观测试验共布置3个分布式光纤监测钻孔,采用BOTDR技术对工作面回采过程中覆岩变形特征进行测试。监测结果表明：分布式光纤监测技术可准确监测覆岩变形与移动特征,测试覆岩“两带”的高度。传感光缆光损耗较大的点或者断点所处的层位对应于工作面垮落带高度,起裂临界应变位置对应于工作面裂隙带高度。根据现场测试结果可知,150313综放工作面覆岩垮落带高度为28.51 m,垮采比为3.94;导水裂隙带的高度为75.44 m,裂采比10.43。研究成果可为类似条件矿井顶板水害防治和水资源保护提供参考。     

裂隙岩体应力渗流耦合规律及对底板隔水性能研究

采用MTS815.02型岩石力学伺服试验系统,对桃园煤矿10煤底板的岩样进行全应力-应变渗透试验,得到岩样裂隙在闭合、萌生、扩展过程中的渗透特性。通过对不同非承压状态下裂隙岩石的渗透性能的研究,为采场底板隔水性能的研究提供重要参数。数值研究表明,在工作面的不断推进过程中,底板将处于压缩-膨胀-压缩的状态,而在压缩与膨胀变形过渡区,底板最容易出现剪切破坏,最终形成导水通道。基于上述研究,对桃园煤矿10煤底板隔水性能进行评价,并提出了防治实践。研究结果对于制定裂隙岩体的防治水措施,防止采动过程中突水事故的发生具有一定的指导意义。     

煤矿井下探测中影响不含水断层视电阻率变化的单一主控因素分析

选取晋城矿区典型3号无烟煤试样,在实验室进行单轴加载条件下的电阻率测试实验,并开展矿井瞬变电磁法探测不含水断层现场试验,研究了不含水断层的视电阻率变化特征。结果表明:煤样加载全过程,经过压密阶段、弹性变形阶段、塑性变形阶段、峰值后破裂阶段、残余变形阶段5个阶段;煤样应力应变曲线表现为由低到高再到低的特征,煤样电阻率曲线表现为由高到低再到高的特征;加载过程中,压密阶段、弹性变形阶段应力越大电阻率越小,应力为影响电阻率变化的主控因素;塑性变形阶段,电阻率先减小后增大,应力和裂隙共同影响电阻率变化,由应力为主要因素逐渐转变到裂隙为主要因素;峰值后破裂阶段和残余变形阶段电阻率急速增大,裂隙为影响电阻率变化的主控因素;通过瞬变电磁法探测不含水断层试验,发现不含水断层导致视电阻率明显升高,表明裂隙为影响断层视电阻率单一变化的主要因素。