不同初始孔隙度页岩的三轴压缩强度及裂隙发育规律

岩石在三轴作用下的破裂规律是影响岩体稳定性的重要因素.针对煤矿中页岩易发生片帮、冒顶的突出问题,基于核磁共振技术,研究页岩三轴压缩作用下的裂隙发展规律,结合颗粒流程序得到了相同条件下的不同孔隙度页岩裂纹形成过程.研究结果表明:T2谱曲线直观、真实地反映岩石内部裂隙状态,微裂纹随轴向应力增加呈指数形式增长.页岩三轴压缩低轴压阶段,岩石损伤以裂隙数增加为主要诱因;高轴压条件下,岩石损伤主要由裂隙数增加及裂隙贯通引起.孔隙度越大对岩石强度弱化越明显.不同孔隙度岩石的强度及裂隙发育规律研究对岩体工程的支护设计和防护措施实施具有指导意义.     

三轴压缩下砂岩裂隙演化规律研究

基于恒定围压下砂岩的三轴压缩试验,得到不同围压下的应力应变曲线。认为压缩过程中的体积应变是由基体材料的弹性体积应变和裂隙体积应变组成,通过计算得到裂隙体积应变在压缩过程中各阶段随各应力、应变的变化关系,从而得到裂隙演化规律。     

裂隙煤岩三轴压缩特性宏细观试验研究

依托焦坪矿区某煤矿顺槽支护工程,以预制裂隙煤岩体为研究对象,采用宏观三轴压缩试验与细观核磁共振试验相结合的研究方法对裂隙煤岩体三轴压缩试验下宏细观变形、破坏特征及力学特性进行研究。研究结果表明：(1)完整煤样的三轴压缩强度对围压的敏感程度最高,其次为含45°倾角裂隙的煤岩样,含60°倾角裂隙的煤岩样的敏感程度最低;(2)裂隙煤岩的破坏模式随围压增加由直剪破坏向斜剪破坏过渡;(3)裂隙煤岩破坏的峰总面积及第4峰面积所占总面积百分比与围压及裂隙倾角成正相关;(4)裂隙煤岩的孔隙孔径主要分布在1～10μm,破坏后大孔径孔隙所占比例较高,随着裂隙倾角及围压的增加,裂隙煤岩内部更加破碎。     

导水裂隙带发育规律及探放水技术研究

为防止鑫顺煤业15101首采工作面回采过程中与顶板含水层或上覆4#煤老空水等水体贯通造成水灾事故,采用回归分析的方法确定了工作面覆岩导水裂隙带发育高度在130 m左右,结合工作面地质条件,结合对工作面探放水方案进行具体设计,并进行效果验证。结果表明:该次探放水量共计11.6万m~3,15101工作面安全回采的顶板多含水层及4~#煤层老空区积水已成功探放,为工作面安全回采提供了保障。     

基于DIC技术的煤样裂隙发育特征及应变演化规律分析

为了深入分析煤样单轴压缩下裂隙发育特征及应变演化规律,采用数字图像相关技术(DIC)分别获得试验过程中试件裂隙场、应变场的全程图像和数据,研究结果表明：试件应变演化与裂隙发育具有潜在的联系,裂隙发育处往往存在明显的应变集中现象,在弯曲裂隙中,当其张开程度较大时,受垂直压应力影响,诱导反方向的水平变形,出现裂隙闭合,以及垂直应变剧增、水平应变剧减等现象。当裂隙张开或扩展时,最大主应变增大,同时会出现明显的应变集中现象|当裂隙闭合时,最大主应变减小,应变集中程度也随之减小|最大主应变方向与裂隙张开方向基本一致,与裂隙扩展延伸方向基本垂直。试件加载后期,裂隙快速发育,而此后也表现出多处局部应变快速集中现象。当试件裂隙瞬间产生或破坏时,最大主应变方向也会发生较大变化,该试验结果可作为试件破坏预警的前兆信息之一。     

基于裂隙发育规律的多重采空区危险范围研究

为准确划分浅埋深煤层群多重采空区煤自燃危险范围,从而采取有效防治措施,基于多孔介质渗流方程和氧气体积分数平衡方程,利用颗粒流离散元软件PFC建立数学模型,进行重复开采影响下裂隙通道发育规律研究。结果表明：采空区内侧20 m区域内,裂隙数量占比78%;采空区上方大孔隙率区域沿回采方向持续移动,细长特征得以保持,回采线、采空区后方及上方孔隙率较大。根据计算结果和工作面回采程序,1203工作面采空区危险范围划分为严重漏风危险区、一般漏风危险区、弱漏风危险区和难漏风危险区。     

浅埋煤层裂隙发育规律研究

对浅埋煤层进行相似模拟研究并且对采动所产生的开采损害进行实测,利用模型测定上行裂隙与下行裂隙带的发育深度。上行裂隙与下行裂隙是否导通决定着隔水层的隔水性。通过对浅埋煤层覆岩裂隙发育规律进行研究,为浅埋煤层保水开采提供依据。     

三轴压缩下红砂岩峰后应力松弛特性试验研究

为揭示岩石峰后松弛特性,采用MTS815电液伺服试验机,对红砂岩进行了三轴压缩下峰后松弛试验,分析了峰后松弛曲线特征,研究了损伤程度、位移加载速率对峰后松弛的影响规律,探讨了围压、初始应力水平对峰后松弛特性的影响机理.试验结果表明:制约红砂岩峰后松弛试验成功进行的因素包括岩样的损伤程度、位移加载速率等;增大位移加载速率能在一定程度上延长红砂岩岩样峰后松弛失稳时间,减小损伤程度能使峰后松弛以衰减松弛为主,很快趋于稳定;红砂岩峰后松弛曲线主要由瞬时松弛段和减速松弛段组成;应力松弛量与围压、损伤程度以及初始应力有关,与围压呈负相关,与损伤程度、初始应力呈正相关.研究结果对于岩石峰后流变特性研究及破裂围岩控制具有一定的意义.     

基于数字图像处理的含不同开度裂隙组合花岗岩破裂规律研究

为了研究不同开度裂隙组合花岗岩破裂规律,通过RFPA2D-DIP数值模拟软件中的数字图像处理功能,建立含不同开度裂隙组合的花岗岩细观结构模型,进行单轴压缩数值试验,分析了模型的应力-应变曲线特征、峰值强度特征、裂纹扩展规律和声发射特征.结果表明:数字图像处理技术能够很好地表征花岗岩细观组分的非均匀性,所建立的模型更加真...     

基于分形理论的上覆煤岩裂隙发育规律研究

为研究近距离保护层开采上覆煤岩裂隙发育规律，以熊家湾煤矿C8和C9煤层为工程研究背景，基于分形理论和数值模拟技术分析近距离保护层开采上覆煤岩时裂隙发育和应力变化等特征。研究表明：C9保护层开采后，裂隙网络分形维数整体呈下降—上升—稳定趋势，表征上覆煤岩裂隙发育分为新生裂隙发育到顶板垮落压实、顶板垮落压实到压实裂隙发育和压实裂隙发育到整体稳定3个阶段；随着工作面推进，上覆煤岩的应力与裂隙网络分形维数变化整体相似，可用裂隙网络分形维数表征应力变化趋势；结合“三带”经验计算公式和数值模拟结果，得出裂隙发育高度为20 m左右，高于煤层间距，C8煤层裂隙发育。相关研究结果可为黔西地区相似地质条件上覆煤岩裂隙发育规律研究提供参考。     

基于切顶卸压技术的导水裂隙带发育规律

针对陕北侏罗纪煤田厚煤层、浅埋深、风氧化带弥合等特点,建立导水裂隙带发育模型,采用UDEC数值模拟技术,研究长壁切顶卸压无煤柱开采技术对上覆岩层导水裂隙带发育的影响规律。在柠条塔煤矿应用结果表明,使用切顶卸压无煤柱开采技术能够有效控制导水裂隙发育高度及地表下沉,为陕北浅埋深煤层安全生产、保护水资源和地面生态环境提供基础依据。     

基于应变软化模型的岩体单轴压缩裂隙扩展

分别采用FLAC~(3D)程序中的应变软化模型及空模型来描述岩石及裂隙的力学行为,同时采用超细单元划分法对计算模型进行剖分以模拟裂隙扩展。采用上述数值计算模型研究了单轴压缩荷载下裂隙长度、倾角和裂隙条数对裂隙扩展路径及岩体力学特性的影响。计算结果表明,试件单轴抗压峰值强度随裂隙长度增加而逐渐降低,当裂隙长度不同时,次生翼裂纹的出现位置及扩展路径也有较大差别。翼裂纹的萌生位置及扩展规律均随裂隙倾角而变化;试件峰值强度随裂隙倾角由0°增加到75°时,类抛物线规律变化,当裂隙倾角为30°时,试件峰值强度最低。裂隙条数对裂隙扩展路径及试件破坏模式有较大影响,且试件峰值强度随裂隙条数增加而逐渐减小。     

基于图像识别技术对出露危岩体裂隙发育规律统计分析

以贵州省余庆县大乌江镇郑家屋基崩塌地质灾害点为例,在现场高位地质灾害隐患点调研的基础上,运用MATLAB图像识别技术,对危岩体裂隙分布规律进行半定性半定量的统计分析。研究思路和结果可为进一步研究裂隙发育特征与坍塌量的关系以及危岩体坍塌动态监测、预警系统开发,提供可借鉴的研究思路。     

松软煤层裂隙发育规律相似模拟实验研究

我国高瓦斯松软煤层矿井瓦斯抽采效率较低,究其原因是因为钻孔周边存在裂隙,导致了漏风的产生,因此裂隙发育的情况成为研究重点。通过相似模拟实验,对不同含水率的型煤进行钻孔,提取钻孔周边裂隙分布情况,并对其进行研究。结果表明:不同含水率的型煤孔周裂隙分布具有差异,且大部分裂隙长度小于5 mm,并在此基础上,对造成差异性的原因进行实验分析。     

三轴压缩加载频率对花岗岩疲劳特性影响试验

通过选取岩性均一性好的北山花岗岩,并采用MTS 815岩石力学试验机对其进行三轴条件下的动态疲劳压缩试验,以探讨加载频率对岩石变形特性和损伤演化的影响。通过试验分析,得出花岗岩疲劳变形过程均可分为"疏-密-疏"三个阶段,与岩性和试验条件无关,且其损伤过程同样主要受侧向膨胀的主导作用。此外,频率的变化不会改变岩样破坏时的极限变形量,可采用弹性模量、塑性体积应变,以及横向应变等方法对岩石疲劳损伤过程进行合理描述;同时还揭示了频率变化对岩样疲劳寿命的影响规律。     

砂岩单轴三轴压缩试验研究

研究了砂岩在饱和、自然、风干三种状态下的单轴抗压强度特性和三轴抗压强度特性。在单轴、三轴压缩试验中得到了应力与纵向应变、横向应变、体应变之间的关系曲线，单轴应力一纵向应变曲线在峰值前可分为3个阶段，三轴应力一纵向应变全过程曲线可分为4个阶段。根据三轴轴向应力和围压绘制丁莫尔圆，采用回归分析得到了强度准则和强度参数C、Φ值，并且分析了含水量对岩石强度的影响，其实验结果能为工程提供参考与借鉴。     

导水裂隙带发育规律的模拟研究

为了研究导水裂隙带的发育规律,依据某矿12305工作面地质情况,进行了数值模拟及相似材料模拟研究。在上覆岩层的一定高度内,开采边界与重新压实区之间岩层裂隙发育最为充分,形成导水裂隙带。结合经验公式计算的结果,得出该工作面的导水裂隙高度为45 m左右,为相邻矿井提供了一定的参考依据。     

基于覆岩裂隙发育规律的高位钻孔合理布置研究

为了保证矿井安全高效回采,解决工作面上隅角瓦斯问题,以覆岩裂隙发育规律为研究基础,对采空区顶板高位钻孔的合理布置方式进行研究。并以申南凹煤矿20102综采工作面为研究背景,采用相似模拟、理论分析以及现场试验多种方法综合研究,利用相似模拟二维实验研究20102综采工作面回采期间覆岩裂隙发育规律,确定覆岩随工作面回采过程中压实区、裂隙区等分布变化规律。研究结果表明：在时间次序上覆岩裂隙随工作面回采经历横向裂隙发育、纵向裂隙发育、裂隙场扩张、裂隙重新压实的推进演化过程,其中裂隙扩张区为高位钻孔的合理布置位置,能够有效地提高钻孔抽采效率,高位钻孔的合理布置层位位于裂隙带距顶板30～50m范围内,能够合理地保证钻孔成孔率以及高效抽采效率,有效地降低上隅角瓦斯浓度(达到0.4%左右),并且能够稳定保持。     

玉华矿4-2煤裂隙煤岩三轴压缩破坏机理研究

采用TAW—1000三轴试验系统进行不同围压下完整和单一裂隙煤岩的三轴压缩试验,并借助声发射监测系统,结合裂隙煤岩破坏图及应力应变关系,分析了裂隙煤岩的破坏机理。结果表明:单一裂隙煤岩相比于完整煤岩受力更复杂,裂隙尖端应力集中,形成微裂隙并发育贯通,造成煤岩更早进入塑性阶段,导致煤岩强度和弹性模量的劣化显著;裂隙煤岩与完整煤岩相比,在较高围压下侧向变形更加显著;随着围压增大,45°裂隙煤岩破裂形态呈现出由直剪破坏向斜剪破坏过度的破坏形态;60°裂隙煤岩应力应变曲线呈现平台式软化,且围压增大弹性模量变化不明显;在相同围压下,随着裂隙角度的增加,裂隙煤岩力学参数劣化显著;裂隙倾角与振铃计数呈正相关。     

煤层顶板导水裂隙带发育规律及探放水技术

针对常村矿2305工作面回采受顶板砂岩水影响强烈,根据工作面实际地质条件,利用回归分析,拟合出工作面导水裂隙高度与工作面推进距离的关系式,确定6.3 m采高下导水裂隙带发育高度约为95 m,基于瞬变电磁法确定工作面主要受K_8和K_(10)富水区域影响,并通过钻孔探放水,消除了工作面顶板水害隐患,为矿井安全生产提供了保障。