饱和破碎砂岩承压变形及渗流特性试验研究

本文采用破碎岩石变形-渗流试验系统,对级配破碎砂岩在不同加载类型、不同加载方式作用下的压缩变形及渗流特性进行了研究。研究发现:随着轴向荷载等级的增加,碎石轴向位移逐渐增大,残余碎胀系数与空隙率逐渐减小,且加载阶段较恒载阶段变化明显;相同轴向荷载条件作用下,饱和碎石比干燥碎石更易产生变形且加载终点位移累积变形量更大。轴向荷载作用下,碎石被挤压密实,空隙率降低、渗透系数减小,碎石骨架结构破坏明显,而水压作用下碎石骨架结构较为完整。轴压加载与轴压循环加卸载作用下碎石渗透系数与轴压均呈负指数函数关系,渗透系数随轴压的增大而逐渐减小。轴压循环加卸载过程中,加载阶段,渗透系数随轴压增加而降低,卸载阶段,渗透系数随轴压降低而增加,渗透系数差值与损失量主要发生在加卸载作用初期,且两者均随轴压加卸载次数的增加逐渐减小。     

特厚煤层开采覆岩离层水形成及涌突风险

在分析招贤煤矿首采区水文地质资料的基础上,采用理论分析、相似材料试验和数值模拟等研究方法,理论预判特厚煤层开采过程中覆岩离层层位及积水离层,分析竖向及横向裂隙动态发育特征,探讨特厚煤层多工作面依次开采离层发育状况。研究表明:距3煤顶板253.64 m处的巨厚砾岩层底部存在可积水离层空间;工作面推进过程中竖向裂隙高度的增长呈现出线性增长和台阶式增长2个阶段,横向裂隙自下而上交替呈现动态发育与闭合,横向裂隙发育高度与工作面推进距离间呈正相关关系;1307工作面开采导致宜君组下方出现开度为0.02 m的横向离层裂隙,随1305、1303工作面依次开采该离层裂隙开度进一步扩大,甚至陡增。引入底板突水系数法对招贤煤矿离层水涌突风险进行评估。     

承压水上工作面采动诱发断层活化及煤柱留设研究

为加强矿井水灾害防治,保障矿井安全开采,以五沟煤矿1026工作面实际地质条件为基础,针对工作面回采诱发断层活化突水问题,采用室内相似材料模拟试验与FLAC3D数值模拟相结合的方法,研究了工作面采动影响下断层的活化特征及煤柱留设情况。研究结果表明：运用相似材料试验分析可知,随着工作面不断推进,当DF68断层下盘防水煤柱小于20m时,DF68断层活化程度明显加剧,工作面突水威胁也将更大|采用数值模拟对工作面推进过程中的DF68断层活化特征、渗流特性及断层防水煤柱的留设进行了系统的分析,得到了DF68断层防水煤柱最小留设宽度|结合相似材料试验、数值模拟综合分析确定DF68断层下盘防水煤柱留设宽度为20m,该宽度在保证工作面回采安全的基础上可进一步提高资源回采率。     

承压水上含隐伏构造底板突水机理研究

以昌恒煤矿9102工作面实际地质资料为基础,借助数值模拟与现场测试等手段,从底板应力分布特征与塑性区发育特征两方面分析了该工作面下隐伏构造对工作面推采的影响。研究结果表明：陷落柱等地质构造的存在,使得工作面回采时在地质构造前出现应力集中现象|工作面回采引发的底板岩体破坏形式主要以剪切破坏为主,且塑性区与陷落柱顶部靠近工作面一侧边界塑性区首先连通形成突水通道,进而引起底板突水|利用底板应变计监测工作面回采引发的煤层底板破坏情况,最终得出工作面回采引发的含隐伏构造底板的破坏深度与经验及理论公式的计算结果能保持一致,验证了现场测试方法的可行性及科学性,为承压水上底板含隐伏构造煤层的安全生产提供借鉴。     

伴生台阶断层近距离煤层开采覆岩运移 及应力变化规律试验研究

为研究近距离煤层下行开采同时伴有台阶断层的特殊情况,以柴里煤矿上、下工作面与台阶断层为研究对象,借助相似材料模拟试验对近距离煤层开采过程中覆岩运移及相关应力变化规律进行了研究。研究结果表明:单煤层开采中覆岩存在3种垮落结构与3种垮落形式;上下煤层开采覆岩垮落存在明显的"梯形空间"与"三角空间"的差异;下层煤开采整体呈现"随挖随垮、无明显周期来压步距、很难形成梁式结构"的特点;且当存在断层时,支承压力的传递往往受到断层的应力阻隔作用,越靠近断层顶板应力集中程度越高。     

承压水上工作面采动诱发断层活化及煤柱留设研究

为加强矿井水灾害防治,保障矿井安全开采,以五沟煤矿1026工作面实际地质条件为基础,针对工作面回采诱发断层活化突水问题,采用室内相似材料模拟试验与FLAC3D数值模拟相结合的方法,研究了工作面采动影响下断层的活化特征及煤柱留设情况。研究结果表明：运用相似材料试验分析可知,随着工作面不断推进,当DF68断层下盘防水煤柱小于20m时,DF68断层活化程度明显加剧,工作面突水威胁也将更大|采用数值模拟对工作面推进过程中的DF68断层活化特征、渗流特性及断层防水煤柱的留设进行了系统的分析,得到了DF68断层防水煤柱最小留设宽度|结合相似材料试验、数值模拟综合分析确定DF68断层下盘防水煤柱留设宽度为20m,该宽度在保证工作面回采安全的基础上可进一步提高资源回采率。