煤矿深部开采冲击地压灾害结构调控技术架构

煤矿冲击地压灾害频发依然严重制约煤炭深部安全高效开采,冲击地压灾害研究需将发生机理、监测预警及综合防治相互关联,建立深部开采冲击地压综合防治体系.以冲击地压防治为目的,提出了冲击地压灾害防治的结构调控理念、科学内涵以及冲击地压结构调控技术路线,分析认为煤岩体结构是导致围岩应力场演化的根源,系统结构变化是引起应力变化及转...     

应力–渗流耦合下砂岩力学行为与渗透特性试验研究

采用全自动三轴渗流实验系统,进行无水与排水条件下砂岩应力–渗流耦合试验,得到砂岩变形全过程应力–应变及渗透率演化曲线,较好地表征了应力–渗流耦合下砂岩力学行为与渗透率演化响应特征,同时获得了应力–渗流耦合下砂岩的变形、强度及渗透率演化规律。研究结果表明:(1)砂岩峰值强度随着围压增大而不断增大,围压效应显著;无水条件下,砂岩峰值强度对应的轴向应变变化规律与强度演化特征呈现出明显的对应关系。其轴向变形与围压的关系较好地符合指数函数非线性增长模型,而排水条件下的砂岩轴向变形与有效围压的关系较好地符合线性衰减模型;(2)砂岩峰前渗透率呈现出缓慢降低→平稳发展→急剧增加的三阶段演化规律,与砂岩峰前应力–应变曲线初始微裂纹压密、线弹性变形及新生裂纹扩展阶段三阶段变形具有对应关系;(3)不同工况下的砂岩变形全过程渗透率呈现出降低→急剧增加→稳定发展或略微增大的三阶段演化规律,与砂岩变形全过程体积压缩→体积快速膨胀→体积缓慢膨胀三阶段变形具有对应关系。研究结论可为煤矿突水事故防治及巷道围岩稳定控制提供一定的理论依据。     

加载速率效应下深部砂岩的力学特性（英文）

煤矿工作面推进速度对煤体前方支承压力波动频率有显著影响,且与煤岩力学试验中轴向加载速率的变化有一定的相关性。为此,采用2000 k N三轴试验机和PCI-2声发射测试系统,对深部砂岩进行了0.05,0.1,0.15,0.25和0.5 MPa/s五种不同加载速率下的单轴压缩试验,进而研究加载速率对深层砂岩力学特性的影响。结果表明：1)深部砂岩的峰值强度和弹性模量均随加载速率的增大而增大;2)随着加载速率的增大,深部砂岩由塑-弹-塑性体向塑-弹性体转变,破坏模式逐渐由I类型向III类型转变;3)总输入应变能、弹性应变能、耗散应变能均随着加载速率的增大而增大;4)损伤变量随时间的延长呈现出倒“S”型演化特征,且随着加载速率的增大,深部砂岩的损伤程度加剧。上述所得结论可为深部工程围岩稳定性控制提供理论依据。     

煤层群采动下围岩应力演化规律及协同控制技术研究

针对煤层群开采过程中巷道支护困难问题,以贵州土城矿212回风石门为工程背景。综合采用现场调研、数值模拟、相似模拟及现场试验等手段,揭示了212回风石门应力演化规律,并提出了“卸-转-固”协同控制技术。研究结果表明：212回风石门遭受破坏的主要原因是煤层群采动过程中存在的地质力学问题导致了围岩失稳。巷道底板及两帮在采动过程中产生不同程度的应力集中。当遭受垂直应力挤压时,巷道底部承受的挤压力较大,而顶部围岩承受的拉伸力较大,由于力学不平衡导致围岩的破坏。基于此提出了“卸-转-固”协同控制技术。通过爆破卸压的方式,利用爆破产生的冲击波引起围岩的震动和应力波动,使表层围岩中原本集中的应力分散到更深的围岩区域,降低表层围岩的应力集中程度。同时,利用爆轰和封孔工艺进一步加固卸压孔周围的围岩,形成两个承载结构。即由巷道支护体形成的内承载体和由深部围岩形成的外承载体。两者相互作用有效承受巷道浅部及深部围岩的应力,并转移到支护结构,起到保护和稳定围岩的作用。利用该技术在212回风石门现场试验,结果显示：使用该技术区域应力长期趋于稳定甚至缓慢降低,巷道顶底板及两帮移近速率分别降低了74.49%及47.67...     

真三轴条件下砂岩渐进破坏力学行为试验研究

借助于多功能真三轴流固耦合试验系统,基于深部初始高地应力状态还原思路,对砂岩进行了不同应力路径、不同模拟深度下的真三轴正交力学试验,获得了真三轴不同工况下砂岩变形全过程应力-应变曲线,深入分析了砂岩在Z,Y,X三个方向上的渐进变形演化规律,表征了真三轴条件下砂岩渐进破坏力学行为演化特征,较好地反映了与之相对应的深部矿井巷道开挖后围岩的渐进变形演化特征及其渐进破坏力学机制。研究结果表明:①同一应力路径、不同模拟深度下的砂岩峰值强度随模拟深度的增加而不断增大,这表明深部效应对砂岩强度演化规律存在显著影响;②同一模拟深度、不同应力路径下的砂岩Z向主应变随Z向主应力的增大而不断增加,X向主应变却是随Z向主应力的增大而不断减小,这表明应力加载路径是影响砂岩X方向与Z方向渐进变形破坏机制的一大因素;③路径2与路径3下的砂岩Y向主应变均是随着模拟深度的增加而不断增大,而路径1下的砂岩Y向主应变却是随着模拟深度的增加呈现出先增大后减小的渐变规律,这说明应力卸载程度会显著影响砂岩Y方向的渐进变形特征。另外,不同应力路径下的砂岩X向主应变均是随着模拟深度的增加而不断增大,深部效应显著。     

真三轴不同应力路径下深部砂岩力学特性

采用多功能真三轴流固耦合系统,对深部砂岩试件进行了不同模拟深度、不同应力路径下的还原初始应力试验,得到了相应工况下深部砂岩试件的全应力-应变曲线,分析了相应的变形及强度特性.结果表明:在还原σ_z,σ_y,σ_x过程中,σ_z-ε_x,σ_z-ε_z,σ_z-ε_y曲线出现了长度不一的"平台"特征;深部砂岩试件峰值强度随着模拟深度的增加而增大;通过引入压裂系数,得出了从初始应力状态点到峰值强度点对应的体积变形量仅占初始应力状态下体应变的10%～20%;不同应力路径下,相比于Drucker-Prager准则,Mogi-Coulomb准则更适合描述岩石的强度特性.     

厚煤层一次采全高低位厚硬岩层垮落致冲机理与防治

基于某矿31103工作面煤层及顶板的基本参数,结合该工作面已发生冲击事件,发现低位厚硬岩层垮落是该矿发生冲击地压的主要原因.为此,以防治低位厚硬岩层垮落诱发冲击地压为目的,选取该矿31103回采工作面顶板垮落控制为工程背景,采用现场调研、理论分析等方法,研究了厚煤层一次采全高低位顶板支托层与随动层的运动规律,建立了采空...     

深部砂岩三轴加卸载力学响应及其破坏特征

借助于GCTS伺服系统及微米CT扫描试验机,对深部砂岩进行高地应力状态还原下的"三阶段"加卸载应力-渗流耦合试验,得到了深部砂岩变形全过程应力-应变与渗透率演化曲线及破坏后的深部典型砂岩μCT图片,较好地表征了应力-渗流耦合下深部砂岩的力学响应行为及其破坏特征。研究表明:1)"三阶段"加卸载下的深部砂岩呈现出明显的脆-延转化特征,高卸载预设围压下的深部砂岩脆性破坏特征显著,低卸载预设围压下的深部砂岩延性破坏特征显著;2)围压效应与轴压效应对深部砂岩的强度演化规律均存在显著影响;3)围压效应与轴压效应对深部砂岩峰值渗透率演变规律亦存在一定的影响,但围压效应对深部砂岩峰值渗透率演变规律的影响程度明显弱于轴压效应;4)不同模拟深度下的深部砂岩破坏特征存在显著差异,模拟深度为1 000 m与1 500 m的深部砂岩表现为明显的"Y"型破坏,而模拟深度为2 000 m的深部砂岩则表现为主裂纹主干型破坏。以上规律可为深部矿井巷道与硐室稳定性控制提供一定的理论依据。