深部承压水上含隐伏构造煤层底板渗流路径扩展规律

针对邯邢矿区矿井开采深度逐渐加深与采动影响下隐伏构造活化而导致底板奥灰层突水威胁日益加重的问题,研究大采深、高水压条件下含不同隐伏构造类型底板高承压水的始渗条件和渗流路径扩展规律,以确定矿井底板突水条件及重点治理区域。从开采扰动、隐伏构造、承压水共同作用角度分析,根据典型突水矿井地质条件及突水原因分析,建立了含隐伏导含水构造的概化力学模型,通过断裂力学理论得出了含水裂隙的起裂条件、抗渗透强度及由主应力表达的裂隙扩展判据,应用弹性力学边界荷载在半无限板内传播的经典求解方法推导得出了采动应力与承压水压力耦合作用下含隐伏构造煤层底板的垂直应力、水平应力和剪切应力表达式,在所得应力分量基础上通过应力张量的不变量求解应力状态方程得到含水裂隙扩展判据中的主应力表达式,以邯邢矿区典型突水矿区地质与开采参数为例进行算例分析,通过编制Matlab计算程序计算得出底板裂隙的扩展路径。进而采用可模拟岩石破裂声发射且裂隙扩展可视化效果较好的RFPA数值软件进行验证分析,再现了底板渗流路径演化过程。理论计算与数值分析结果表明:隐伏构造的局部应力扰动作用影响了渗流路径的扩展方向,使3种类型底板分别呈现出不同的渗流路径,对于完整型底板,渗流裂隙由奥灰承压水层顶界面至采空区两侧边界呈"正八字"形向采空区扩展;对于隐伏陷落柱型底板,渗流裂隙沿陷落柱顶界面呈"倒八字"形向上发散式扩,至底板28 m深度时与采动裂隙贯通而停止扩展,其延线分别指向采空区两侧边界展;而对于隐伏断层型底板,渗流裂隙则沿断层延线的反向扩展,至底板30 m深度时与采动裂隙贯通而停止扩展,其延线指向工作面后方,在底板含水裂隙自下而上与底板采动裂隙自上而下联合扩展作用下最终贯通形成底板奥灰水至采煤工作面的渗流通道。基于理论计算和数值模拟得出的底板承压水渗流路径扩展规律,在实际工程中可结合微震监测技术来实时动态捕捉煤层底板隐伏导含水构造活化的前兆信息,进而实现底板突水路径的预测预报和快速重点区域治理。     

基于应力降的非连续支承压力强扰动特征研究

深部扰动定义及科学量化是重新理解地下工程灾害发生原因与强弱的前提。针对平顶山矿区千米埋深煤岩,基于三轴压缩试验获得Hoek-Brown与Mohr-Coulomb准则力学参数。基于Airey解,在弹塑性边界引入非连续应力降,突出体现为支承压力的非连续应力降与脆性指数评估,用于研究破坏后引起的连续–非连续过渡现象。引入基于内摩擦角或黏聚力的损伤到塑性区域以考虑非连续性,并应用于无煤柱开采、放顶煤开采与保护层开采下非连续支承压力分布求解。联合峰值应力、应力降、峰前峰后模量改变与残余塑性应变,定义了新的脆性指数,明确了脆性的三重内涵:外部应力扰动、变形特征与力学参量的综合影响。利用新指数定性解构了深部开挖扰动区,包括破碎区、峰后卸荷损伤区、应力跌落塑性区、峰前损伤区与内部原岩弹性升压区。最后提出基于不同开采方式α、脆性指数R、应力降Δσ_(drop)与原位应力场p_o定义的扰动指数Ф,明确Ф≥1时为强扰动。     

上保护层开采下煤岩强扰动力学行为与渗透特性

保护层开采在低渗透高瓦斯近距离煤层中得到广泛应用,研究保护层开采扰动下的煤岩强扰动力学行为与渗透特性为进一步更加高效安全的开采被保护层煤层提供了理论支持。选取平煤集团十二矿上保护层己14煤层工作面己14-31010和被保护层己15煤层工作面己15-31030为研究对象,进行相似模拟试验和保护层开采过后被保护煤层受力分析。通过相似材料模拟试验获取保护层开采方式下被保护层的受力情况,上保护层开采过程中,煤层压力先增大后减小,采空区重新压实稳定后,应力状态近似恢复到原岩应力状态。通过对保护层开采后的被保护煤层受力分析获取煤层变形后的应力状态,上保护层开采过后,被保护层煤层产生变形,煤层上部分膨胀变形,应力小于原岩应力;下部分煤层压缩,应力大于原岩应力。结合二者的结果获取保护层开采方式下室内试验中被保护层煤层应力加载路径。依据被保护层煤层应力加载路径,设计进行采动耦合应力路径下的煤样渗流试验。试验结果表明:上保护层煤层开采过程中,同等试验条件下,被保护层煤层可承受的上保护层开采扰动应力越大,被保护层煤层开采过程中的煤体破坏应力峰值越大,体积应变越大;被保护层煤层开采过程中,M组煤样和N组煤样应力应变曲线与常规保护层卸荷三轴试验相比,扩容点出现位置明显提前;同等应力状态下,水压越大,煤样的体积应变越大;被保护层煤层开采过程中,M组煤样初始围压为35 MPa,围压对渗透率的影响大于轴压的影响,N组煤样初始围压为20 MPa,围压、轴压交替对渗透率产生主要影响,渗透率曲线呈现"W"型。两组试验中,扰动应力最大的试样破坏前的渗透率普遍大于其他试样的渗透率。     

冲击载荷作用下岩石动态力学性能的数值分析

为研究不同冲击载荷和不同性质岩石的动态力学性能,通过与实验结果的对比分析,验证了数值仿真冲击载荷下应力波在岩石介质中传播特性的可行性,利用显式非线性动力分析有限元程序LS-DYNA,数值模拟了SHPB冲击岩石试件的过程,得到了不同冲击速度下人造岩石的应力-应变曲线,获得了相同冲击速度下几种不同性质岩石的应力-应变关系,结果表明,人造岩石的动态力学特性与应变率有很大关系,岩石的动态力学特性与岩性密切相关.     

采动条件下被保护层瓦斯卸压增透机理研究

保护层开采作为一种典型的煤与瓦斯安全开采形式在煤矿生产中具有重要的意义。通过由半无限开采积分模型求解得到的岩体内部位移场表达式并与相似模拟被保护层沉降曲线对比,研究发现理论模型可以较好地反映煤层实际变形。建立了“两带”裂隙分布模型及其简化力学模型,通过正交设计的全应力应变渗透试验发现,瓦斯渗透主要分为3个过程,发现瓦斯渗透急剧变化在体积应变达到0.015处,对比理论体积应变分布曲线,得出体积应变沿沉降范围总体上呈对称分布,在中心区域存在一个体积应变大于0.015的范围,可见其正处于渗透率急剧增加阶段,其卸压增透效果最好。研究结果为被保护层瓦斯卸压增透计算提供了参考。     

不同煤矸石替代率的生态混凝土性能试验研究

试验通过用煤矸石替代普通碎石作为骨料来制备煤矸石型生态混凝土,研究了植生型和透水型生态混凝土在不同替代率下的抗压强度、pH值、孔隙率等指标.试验表明:通过添加自主研制的ZS型外加剂,煤矸石型生态混凝土试件的强度、pH值、孔隙率均能满足工程的要求,可以进行应用和推广.     

基于断裂力学的层状岩石Hoek-Brown准则修正模型研究

本文基于各向同性Hoek-Brown强度准则的断裂力学理论,从层状岩石细观断裂机理出发,分析初始微裂纹沿层理分叉后起裂条件,考虑初始裂纹引发岩石破裂的临界角,建立层理弱面主导裂纹偏转的参数m₁各向异性公式,引入考虑岩石沿层理和基质混合破裂修正系数,得到Hoek-Brown强度准则的各向异性修正模型。对比其他各向异性Hoek-Brown模型以及页岩三轴试验结果证明了模型的有效性。修正模型继承了各向同性Hoek-Brown强度准则的断裂力学理论对于岩石破坏特征量的选择,反映了岩石的细观破坏机理,同时考虑层理各向异性的影响,准则中的相关参数物理意义明确。模型中参数m与层理面角度、层理及岩石的抗拉强度、抗压强度、摩擦系数有关,其中层理面摩擦系数的变化会引起参数m极小值点位置及岩石强度特性发生改变。     

采动应力分布逾渗模型

采动应力重分布的理论求解是深地工程安全开挖和稳定性维护的力学基石.在全面回顾国内外采动力学模型的基础上,发现依赖弹塑性力学的采动力学理论解优点和缺点共存,优势在于力学单元的普适性严格保证了理论解的严谨性,缺点在于力学单元的连续性定义限制了采动应力模型获得非连续解.引入概率模型或可为采动应力分布求解提供新思路,但单纯引入...     

浅谈信息技术与班主任工作整合

班主任工作信息化指信息技术与班主任工作整合,把信息资源、信息技术和班务工作融为一体,以更好地完成教育目标。以下是笔者在班主任工作信息化方面的初步实践。     

浅谈信息技术与班主任工作整合

班丰任工作信息化指信息技术与班主任工作整合,把信息资源、信息技术和班务上作融为一体,以更好地完成教育月标.以下是笔者在班主任工作信息化方面的初步实践.