花岗岩峰后力学特性试验与模型研究

深部围岩在开挖卸载过程中表现出的峰后复杂力学特性一直是工程界十分关注的问题,深入研究岩石峰后力学行为对深部资源开采工程具有重要意义。以深部立井马头门工程为依托,通过室内试验方法研究花岗岩峰后力学特性,采用非线性拟合方法获得花岗岩峰后软化模量与围压的指数关系式,假定岩石的剪胀角为恒定值,基于塑性理论构建考虑围压及剪胀角影响的岩石峰后应变软化模型;以FLAC3D为平台开发数学模型并进行验证,通过构建马头门巷道数值模型,分析深部围岩在应变软化条件下的破坏特征规律。通过研究可知,花岗岩峰后破坏具有脆–延性转化趋势,在高围压条件下,岩石峰后表现出塑性软化破坏特征,岩石峰后软化模量随着围压的增大而减小;通过FLAC3D进行数值验证可知,构建的应变软化模型与试验数据基本吻合,所建立的应变软化模型具有较高的可靠性;通过数值模拟方法分析深部马头门巷道围岩破坏特征可知,巷道拱顶及拱脚等局部区域出现了塑性剪切应变,与现场巷道围岩破损位置及深度基本相同。     

基于近景摄影测量的相似材料模拟实验自动监测方法研究

为了准确获取相似材料模型的变形数据,便捷地绘制良好的变形曲线,编写了一套相似材料模拟实验变形监测数据处理软件。主要功能包括监测点的自动识别与匹配、监测点坐标的获取与消除影像几何畸变平差、变形指标的计算与表达。使用该软件对中国辽宁南票矿区大窑沟煤矿某采煤工作面开采条件下煤层上覆岩层及地表变形与破坏相似材料模拟实验的变形数据进行获取与处理,根据监测数据分析了采空区影响下地表变形与破坏规律,取得了良好的应用效果。     

基于三角模糊数的AHP-TOPSIS村庄下开采接续方案优选方法研究

为了研究在保证出煤量的条件下最大程度的减少采空区对村庄建筑的损害,合理安排采煤接续方案的问题。采用综合层次分析法(AHP)结合逼近理想解排序法(TOPSIS)的基础上引入模糊数学理论,建立了村庄下采煤地表建筑物损坏的模糊评价模型。解决了多属性评价指标融合问题和评价指标过硬问题。以辽源矿区龙家堡煤矿村庄下孤岛煤柱开采为例实施了该理论成果并得到了合理的技术结论。     

浅埋薄基岩工作面溃水溃砂模拟试验及影响因素分析

针对榆神府矿区首层煤炭资源开采过程中在通过古冲沟区域时多次发生溃水溃砂灾害的问题,探究了古冲沟区域埋深浅、基岩薄、松散层厚且含水的工作面溃水溃砂灾害发生机理,利用自主研发的溃水溃砂启动测试仪实现了浅埋薄基岩厚松散含水层工作面溃水溃砂灾害过程的室内试验模拟。根据溃水溃砂灾害现场特征确定了水头高度、裂缝特征(裂缝宽度和倾角)、砂土体厚度和密实度、黏土层厚度等6个溃水溃砂启动影响因素,基于正交试验原理设计并实施了25组水砂溃涌启动模拟试验,通过总结25组系列试验的试验特征得到了溃水溃砂灾害孕灾过程规律:渗水→水量增大→水变浑→水砂突涌。利用极差分析法定量研究了不同影响因素对溃水溃砂灾害启动的影响程度,得到了水头高度是影响溃水溃砂灾害发生的最主要因素,影响程度占比为37.5%,进而提出了采前疏放水是减少溃水溃砂灾害发生的有效措施。对比分析了不同水头高度条件下溃水溃砂灾害的孕灾与灾害特征,研究得到了灾害启动临界水力坡降与其他影响因素的数学关系,为溃水溃砂致灾机理的研究提供依据。溃水溃砂启动前松散含水层内部孔隙水压力突降的试验特征为现场灾害监测与预警提供了依据。     

基于最小二乘-广义层次分析法的次级地表移动参数反演

为了解决无标准地表移动观测站的矿井能够使用次级地表移动观测站的实测资料,反演得到地表移动参数,从而指导本矿井的采煤规划设计等工作。基于最小二乘-层次分析法理论,采用多工作面大范围次级地表移动观测站的监测数据与概率积分法相结合,研究了次级地表移动观测站监测资料反演矿井地表移动参数的方法。使用该方法反演得到的地表移动参数计算采空区造成的采动影响范围,与现场实测、调研资料对比验证,结果表明,该方法反演得到的地表移动参数与本矿井的实际采动损害情况吻合,证明了该方法的正确性与合理性,解决了利用次级地表移动观测站监测结果高精度反演地表移动参数的问题。     

采动岩层全空间“类双曲面”立体移动模型

基于大量现场调研及岩层移动内外“类双曲线”移动模型分析,本文对哈拉沟煤矿厚松散岩层煤层开挖展开了物理相似模型试验,验证了内外“类双曲线”整体移动模型的有效性;将其推广到三维空间,提出采动岩层全空间“类双曲面”立体移动模型。该模型包含“类单叶”、“类双叶”两类双曲面,能近似描述不同岩性条件下全空间采动岩层立体移动与地表沉陷特征。“类单叶双曲面”模型为空间岩层水平移动边界模型,隐含于厚松散层覆岩内部;“类双叶双曲面”模型为空间地表沉降与覆岩裂隙拱、冒落拱垂向移动边界模型,均在主关键层近似关于“原点”对称,具体表现为采掘扰动下地表沉陷及采场围岩拱形垮落等外部形态。通过理论分析、相似模型试验及3DEC数值模拟,本文建立并验证了厚松散层近水平煤层开采条件下空间采动岩层立体移动与地表沉陷“类双曲面”模型。同时,分析了共渐近锥面“类双曲面”模型的构成条件、影响因素及整体运移规律。研究结果表明：在薄基岩厚松散层近水平煤层开采条件下,“类双曲面”理论模型与3DEC模拟结果吻合较好,表明采动空间覆岩运移和地表沉降呈“类双曲面”特征。     

浅埋薄基岩工作面水砂溃涌通道形成机理

为了研究浅埋薄基岩工作面溃水溃砂致灾原因,采用现场实测、理论分析、相似模拟等方法研究了工作面切顶压架导致基岩裂隙导通工作面与含水松散层的发生机理。建立了覆岩组合承载结构模型,论证了"主控层-软弱层"组合承载结构模型在神东矿区浅埋薄基岩工作面覆岩破断过程中的适用性与合理性,通过组合承载结构模型对神东矿区浅埋薄基岩工作面覆岩组合结构稳定性进行了分析并推导了覆岩组合结构滑落失稳判据,揭示了冲击荷载形成条件并给出了最大冲击荷载计算方法。利用相似材料模拟实验开展了基载比分别为0.625,0.750,0.875,1.125四种工况的相似模拟实验,研究不同"基载比"条件下覆岩结构破坏规律,实验结果表明基载比对主控岩层破断步距的影响方面:初次来压前4类工况中直接顶均发生初次破断冒落,当基载比为0.875～1.150时,直接顶初垮步距及冒落厚度增幅减小;当基载比为0.750～1.125时,初次来压步距呈现增大趋势,直接顶冒落厚度呈现减小趋势;当基载比由0.625增加至1.125过程中周期来压步距呈现明显整体增大的趋势,周期来压相对于初次来压冒落岩层厚度明显减小。基载比对覆岩结构形态的影响方面:当基载比&...