煤层气运移过程中损伤效应对煤强度的弱化影响

煤层气开采时,基质–裂隙内气体压力相互作用引起煤体出现损伤效应,致使煤的强度降低。为得到损伤效应对煤强度的影响规律,通过提出基质与裂隙几何变形的概念模型进而推导出耦合损伤本构参数的渗透率模型,并通过COMSOL live link with MATLAB程序对考虑气体作用的渗透率模型进行强度后处理计算。结果表明：通过孔隙基本原理得到的渗透率模型适用于不同边界条件,在单轴应变和常应力条件下新模型与试验数据匹配良好,而Palmer-Mansoori(P-M)模型只适用于单轴应变边界条件;与对照煤样相比,在气体作用后杨氏模量比为1/3,1/5,1/7和1/10的煤样强度分别降低了46.6%,32.0%,27.9%和26.4%;气体运移降低煤样强度的机制为损伤效应以损伤–诱导应变贡献于煤的孔隙度,孔隙发育程度改变了单轴加载后主裂隙的扩展轨迹。该研究通过编程对渗透率模型进行后处理计算,实现了煤层气运移出现的损伤效应对煤强度影响的耦合计算。     

基质-裂隙相互作用对煤渗透率的影响：考虑煤的软化

瞬态渗透率是提高煤层气产量的重要依据。为了得到基质-裂隙压力相互作用出现煤的软化行为对渗透率演化的影响。基于理论分析建立含模量软化系数的双重孔隙介质渗透率模型,并基于脉冲瞬态试验与COMSOL有限元数值模拟软件进行渗透率模型的验证。结果表明：根据曲线变化特征,将应变分为初始,快速增长和平衡阶段。在快速增长阶段,注气压力从1 MPa增大到3 MPa应变曲线的斜率分别为83.77,270.54,440.92 m/s。模量软化系数是应变的函数,其值也增大;其次,通过提出张开型和闭合型裂隙几何概念模型,得到含模量软化系数的双孔渗透率模型;最后,试验数据与改进的渗透率模型结果一致,证明模量软化系数主导了渗透率的动态演化。与试验方法相比,数值模拟方法能够监测煤基质的压力,基质与裂隙之间气体压力的变化揭示了煤渗透率演化机理。     

预筑大型混凝土砌块组装墙快速沿空留巷技术

为解决在沿空留巷巷旁支护体构筑过程中存在的一系列问题,通过对留巷顶板控制、墙体结构形式、承载性能以及施工工艺等进行研究,探讨了预筑大型混凝土砌块组装墙快速沿空留巷技术。研究表明:在工作面前方巷道中沿非采帮预先将混凝土砌块组装成墙,工作面采过后将墙体调整到巷道采空区侧,可实现墙体的快速构筑,并且避免了对生产的影响。墙体由带有榫卯结构的大型混凝土座块和墙块组成,各砌块间紧密扣接,墙体整体稳定性高,承载性能好。将其应用到济三煤矿工程实践,留巷速度达到1 m/h,巷道顶板最大下沉量450 mm,两帮最大移近量350 mm,墙体稳定,取得了良好的留巷效果。     

薄煤层泵送矸石充填材料性能研究及应用

为了获得薄煤层泵送矸石充填材料的最优配合比,通过一系列单轴抗压强度试验,比较分析不同基准配合比条件下水泥和CaO的掺量对充填体强度的影响。工程实践表明,C1661充填工作面的岩层移动控制效果良好,基本没有影响到地表的建筑和设施的正常使用。     

综放回采巷道断层防水煤柱留设优化研究

针对综放回采巷道留设较大断层防水煤柱严重影响工作面生产系统布置,降低煤炭采出率的问题进行了断层防水煤柱留设优化研究。以义桥煤矿YF20-3断层防水煤柱留设优化为研究实例,采用钻探、巷探确定断层即不含水也不导水;通过理论计算,得到断层煤柱的最小留设宽度为47 m;采用灰色关联分析法和LMBP神经网络建立综合集成评价模型对断层煤柱的可靠性进行评价,当煤柱宽度不小于10 m时安全可靠;利用FLAC3D软件分析了断层煤柱在工作面推进过程中的应力及破坏规律,对评价模型的评价结果进行了验证。最终确定YF20-3断层煤柱的留设宽度优化为10 m。在13下04工作面开采过程中断层煤柱没有发生大规模破坏,顺槽运行良好。     

剪切载荷作用下岩体结构面动态接触特征数值模拟

准确认识岩体结构面的动态接触特征是评价和预测结构面剪切行为的基础.首先,通过FISH语言修正了FLAC3D软件自带的INTERFACE本构模型,使其能够准确表达粗糙结构面在剪切过程中的力学行为;然后,采用数值模拟和室内试验相结合的方法对剪切过程中结构面接触和受力的分布及其演化规律进行了研究,分析了法向应力和结构面粗糙度...     

恒定法向刚度边界条件下锚固节理岩体剪切特性试验研究

锚固节理岩体的剪切特性对于岩体工程稳定性控制设计至关重要.开展一系列不同恒定法向刚度(CNS)边界条件下锚固和无锚固类岩石材料粗糙节理剪切试验,研究CNS边界条件对锚固节理剪切力学特性以及节理面剪切破坏、锚杆剪切变形破断和锚杆破断剪切位移特征的影响.结果表明:峰前阶段法向刚度对剪切应力第一峰值Tp的影响不明显;峰后阶段...     

隧道震害和地表变形相关性的实例分析

考察地震作用下的地表运动特征,是一种直接有效观测地震作用机制的方法.为此,结合2016年日本熊本地震俵山隧道震害案例,探讨地表变形运动与地下结构震害之间的相关性.基于高精度机载激光测量技术（LiDAR）,获取地震前后俵山隧道周边地形的变形数据;建立隧道周边地形的数字高程模型.借助组合分类迭代最近点（CCICP）算法,得到俵山隧道周边地表变形特征.在此基础上,探讨隧道震害与周边地表变形特征的相关性.结果表明,强烈的地面运动能够在一定程度上反映地下结构震害的真实情况,如衬砌、路面和施工缝等各种结构的破坏;另一方面,地表变形运动方向在一定条件下（如排除地震断层等特定地质构造的影响等条件）反映地震波的传播方向,可用于验证地震波对俵山隧道的破坏机理.     

大直径钻孔卸压机理室内及数值试验研究

钻孔卸压能够有效降低巷道上方及其周围岩体弹性能量的积聚,降低区域冲击危险性。因此,对大直径钻孔卸压机理及其合理参数的深入研究具有工程应用价值。通过室内试验研究孔径、孔间距及孔深等参数对试样强度的影响,以及分析不同参数影响下试样破坏形态;同时借助颗粒流PFC研究不同参数条件下试样裂纹扩展形态及裂纹数量。研究表明:裂纹扩展贯通导致的应力释放是钻孔产生卸压作用的根本原因,且孔径、孔深越大,钻孔周围裂纹数量越多,主控裂纹纹路越清晰,钻孔卸压效果越好;同样随着孔间距越小,试样破坏形态由独立型破坏转变为贯通型破坏,试样破坏强度明显降低,卸压效果明显。