动压软岩巷道破坏机理及控制技术研究

选取受动压影响的祁南煤矿82采区五中车场巷道为试验巷道,构建了不等压条件下巷道破坏的力学模型,得出了巷道内表面的位移解;其次根据数值模拟结果,选取锚网索+锚注联合支护方式对82采区五中车场巷道进行支护,并进行了现场观测.结果表明,动压使巷道围岩深部应力向更深处转移,扩大了巷道围岩的塑性屈服范围,加大了巷道围岩变形,严重影响了巷道稳定;锚喷索+锚注联合支护方案能明显提高破碎围岩的整体强度,改善岩体的性质,更好地控制了巷道的变形.     

大倾角煤层开采覆岩结构分析

相对于缓倾斜和近水平煤层而言,大倾角煤层开采后覆岩结构特征有所不同,研究大倾角煤层开采覆岩结构特征,对现场实践和安全生产具有重要的指导意义。针对霍州矿区庞庞塔5-103工作面,采用数值计算软件FLAC3D、UDEC分别模拟了不同倾角下煤层开采过程中应力场的演化以及覆岩的破坏过程。通过对比分析,总结了随倾角变化应力场、"三带"的演化特征及煤壁、底板的破坏规律。     

俯采采场顶板破断运动特征和矿压显现规律研究

为研究俯采采场顶板破断运动特征和矿压显现规律,对袁店某矿7211俯采工作面进行了矿压监测,分析了工作面液压支架支护阻力的循环变化规律及支架的适应性。建立了俯采采场老顶初次破断和周期破断力学模型,得出了破断准则和破断步距理论计算式。采用UDEC软件模拟了7211工作面推进过程中顶板运动破坏和煤壁稳定性规律。研究表明:俯斜开采时沿层向分力与煤壁压缩变形位移方向相反,煤壁稳定性增强;层向分力使直接顶压裂裂隙受到挤合,其整体性得到加强,俯采有利于顶板管理。研究结果为今后类似条件下开采、巷道布置与支架选型提供了科学、可靠的依据。     

裂隙岩体应力渗流耦合规律及对底板隔水性能研究

采用MTS815.02型岩石力学伺服试验系统,对桃园煤矿10煤底板的岩样进行全应力-应变渗透试验,得到岩样裂隙在闭合、萌生、扩展过程中的渗透特性。通过对不同非承压状态下裂隙岩石的渗透性能的研究,为采场底板隔水性能的研究提供重要参数。数值研究表明,在工作面的不断推进过程中,底板将处于压缩-膨胀-压缩的状态,而在压缩与膨胀变形过渡区,底板最容易出现剪切破坏,最终形成导水通道。基于上述研究,对桃园煤矿10煤底板隔水性能进行评价,并提出了防治实践。研究结果对于制定裂隙岩体的防治水措施,防止采动过程中突水事故的发生具有一定的指导意义。     

裂纹角度与长度对混凝土力学性能衰减规律影响的试验研究

初始裂纹的形态特征与分布规律对混凝土最终破坏强度、破坏模式有着重要影响;通过预制不同裂纹长度、倾角混凝土试样,进一步探索研究其力学性能变化规律。研究表明:(1)试样强度随着裂缝长度增大呈现线性衰竭趋势,弹模衰竭速率表现出先大后小的变化规律。(2)试样单轴抗压强度与裂纹长度变化相关;当裂纹长度40 mm时,裂纹长度受裂纹倾角影响明显;当裂纹长度≥40 mm时,弹模衰竭速率在某一范围内波动,受裂纹倾角影响并没有降低。(3)弹模衰竭速率随裂缝长度的增大而逐渐降低,且在20~30 mm之间,弹性模量下降较为缓慢。(4)随着裂纹长度增大,弹性模量逐渐降低,其弹模衰减规律呈现相同变化规律(除裂纹倾角45°外):裂纹长度从0发展到50 mm过程,弹模衰减速率呈现先增大后减小,最后再次降低的变化规律,即,出现衰减速率增大与减小交替出现规律。(5)裂纹长度对强度影响主要表现为降低混凝土破坏时的有效距离,且衰竭规律呈线性关系。     

裂纹损伤混凝土力学性质试验与PFC模拟研究

通过室内试验对恒定倾角(45°)裂纹损伤试件裂纹长度差异对混凝土力学性研究,并结合PFC颗粒流数值模拟软件分析结果裂纹扩展规律,进一步阐述其破坏形态及机理。研究表明:(1)裂纹损伤试件强度随着裂纹长度增大逐渐降低,降低速率先减小后增大;弹性模量随着裂纹长度增大逐渐降低,其中降低速率先增大后减小最后再降低。(2)裂纹长度为10 mm时,试件破坏形态为整体破坏;裂纹长度为20~30 mm时,试件破坏沿着初始裂纹扩展方向破坏,部分沿着初始裂纹反方向破坏,表现出裂纹部分影响破坏形态;裂纹长度≥40 mm,试件完全沿着初始裂纹扩展方向破坏,无反向裂纹产生。     

采场底板应力分布与破坏规律研究

煤层开采后采空区四周形成不同程度的支承压力带,其中应力卸载与集中会向底板深部传递,进而影响到底板的破坏深度与范围。本文建立了综合考虑工作面走向与倾向受力特点的空间半无限体模型,推导出了底板垂直应力的迭代计算式,并采用数学软件 MATHCAD 计算出了不同深度处底板的应力分布情况,结果表明：底板各岩层垂直应力等值线呈椭圆形,浅部岩层等值线梯度较大,深部岩层等值线梯度较小。基于应力理论分析结果及Mohr-Coulomb准则计算出某矿底板最大破坏深度14.8 m,现场微震监测结果显示底板最大破坏深度15.2 m,两者相吻合。本文的研究成果可为围岩控制及承压水上安全采煤研究提供理论依据。     

漳村煤矿1312工作面顶板突水原因分析

漳村煤矿1312工作面在回采过程中发生间断性涌水,但依据经验公式计算顶板断裂带高度并未发育到含水层。通过分析顶板水文地质条件,运用RFPA数值模拟与现场实际探测研究顶板导水裂隙带发育规律。结果表明： ①经验公式计算得到的顶板导水断裂带最大高度为45～58 m,与RFPA数值模拟得到的95 m相差较大,顶板亚关键层薄以及距3煤顶板距离小于58 m是使得裂隙带发育偏高的主要原因;②现场探测测得顶板裂隙带发育高度约为96 m,与RFPA模拟相符合;③关键层与含水层空间位置及岩层分布规律决定了工作面回采顶板会发生间断性涌水以及滞后涌水。     

薄基岩厚风积沙浅埋煤层导水裂隙带高度预计

神东矿区是我国重要的煤炭产地,矿区覆岩结构具有浅埋深、薄基岩、厚风积沙的特点,且矿区地处干旱半干旱地区,水资源匮乏,因此实行绿色开采(保水采煤)具有重要意义。本文从不同岩性岩层破坏特征出发,结合岩层承载能力、变形能力分析,以及采动过程中覆岩相关物理量变化的分析,给出了一种预计导水裂隙带高度的力学模型,并分析了大柳塔12610工作面导水裂隙带高度。覆岩裂隙动态发育模拟结果和现场观测结果表明,该力学模型是可取的。     

酸碱度对砂岩力学性质的影响及微观结构研究

借助MTS816伺服机和压汞试验仪,对不同pH值溶液侵蚀后的泥质胶结细砂岩进行单轴压缩试验与压汞试验,研究了酸碱度变化对岩石强度破坏及其弱化规律和微观结构方面的影响。研究表明:①水溶液趋于强酸强碱性,即偏酸性和偏碱性均会导致岩石的力学强度降低,力学强度弱化率最大时pH值分别为6和9;②溶液pH>9继续增大、pH<6继续减小,对岩石力学强度弱化率影响很小;③pH值由6降低到2,岩石的峰值强度由76.94 MPa降低到70.91 MPa,弱化率仅为7.83%;pH值由7增大到10,峰值强度由79.89 MPa降低到64.41 MPa,弱化率为18.12%;pH值由10增大到12,峰值强度由64.41 MPa降低到63.00 MPa,弱化率仅为2.19%;④随着溶液酸、碱性的增大,泥质细砂岩的孔隙度和歪度表现出增大的趋势,其中直径<0.1 μm孔隙所占比例变化最大,也是决定侵蚀后岩石力学强度弱化的微观主要因素。该研究定量地得出酸碱度对岩石力学性质的影响与微观结构的变化规律,为更准确研究隧道及地下工程等涉水的岩石工程领域安全、稳定方面提供了新的思路与方法。