底板突水灾害大数据预测预警平台

针对淮河能源集团当前开采深部A组煤,受底板水害严重威胁而缺乏有效的智能化、全覆盖预警技术的问题,提出了构建基于水文、充水水源及底板破坏实时监测物联网的多源信息大数据智能预警云平台而指导矿区内突水灾害事故预防的技术思路。以张集煤矿回采A组煤的1612A工作面为工程背景,构建了观测水源、水位、水压、水质、水温等参数变化的水文监测物联网数据传输系统,实时数据采集、数据传输、数据分析处理。而针对底板破坏深度则构建了微震实时监测物联网,传感器拾取底板破裂信号通过井上、井下的光纤环网传输到地面数据信号处理终端,实时监测反演底板破坏、导水裂隙通道分布。将回采、地质和监测数据各类因素考虑在内,建立了基于神经网络和深度学习的预警模型,确定了煤矿安全评价的主控指标以及评判指标,搜集全国大量矿井数据对模型进行了机器学习训练。集成数据采集、管理配置、设备监测、中控大屏、多维分析和故障预警5个模块,由网络集成技术和数据整合技术实现无缝连接,建立了煤矿底板突水灾害大数据预警云平台系统。将学习后的预警模型嵌入系统,基于整合的多源数据进行底板突水危险性评估与预警,与微震数据互馈分析实时发布决策信息。最后,选定淮南等矿...     

基于微震监测与数值模拟的大岗山右岸边坡抗剪洞加固效果分析

 大岗山水电站坝址区右岸边坡高、陡,地应力较高,发育有辉绿岩脉、卸荷裂隙密集带及中倾坡外的断层等不利组合体,使边坡岩体的性状急剧下降,在边坡开挖过程中曾出现若干条宏观裂缝,对施工期边坡稳定性构成极大威胁。将实际微震监测技术与符合岩石类准脆性材料本构关系的RFPA3D数值模拟相结合,对抗剪洞加固前、后的边坡稳定性进行分析。指出边坡开挖过程中岩体空间损伤劣化的微震活动规律和可能发生坡体失稳的潜在滑动面位置。研究结果证实抗剪洞加固措施的合理性,发现经抗剪洞回填混凝土置换处理后的结构体抗剪阻滑力大幅增加,加固后单月发生的微震事件数减少66.4%,边坡安全系数也较加固前增大了51.2%。但由于复杂的坡体结构,使得在边坡开挖过程中仍然存在局部失稳的可能,建议应随着施工作业对剪出口进行锁固,并在后期大坝浇筑过程中对抗剪洞未贯通区域的岩体微破裂情况和卸荷裂隙带XL–316与f231断层交界处的岩体变形情况进行重点监测。     

储层砂岩破坏特征与脆性指数相关性影响的试验及数值研究

 储层砂岩破坏特征及其脆性评价对油气田开采工程具有重要意义,针对胜利油田某油井隔层和油层砂岩岩芯,开展压缩条件下的物理试验及数值模拟。研究结果表明：储层岩芯在三轴压缩条件下的破坏模式以剪切破坏为主,同种围压的隔层岩芯脆性高于油层岩芯,脆性指数B较好地描述了岩芯脆性的变化趋势;分析了储层岩芯主要力学参数与脆性指数B的相关性,即在围压压缩条件下,岩芯峰值强度、扩容点、弹性模量、泊松比、残余强度及残余强度系数随脆性指数B的增加而降低,且用线性关系拟合各参数与脆性指数B的相关性较好;油层砂岩黏土矿物含量大于隔层砂岩是造成其脆性较高的内因,单轴压缩条件下的岩芯断面CT扫描图从细观上反映了      2种岩芯脆性破坏特征的不同;在单轴压缩条件下,数值岩芯脆性随弹性模量、压拉比、内摩擦角的增加而增加,随泊松比、残余强度系数的增加而降低,与峰值强度之间的关系不大;在声发射模式上,储层砂岩以前震–主震–后震型和群震型为主,根据物理试验和数值计算结果,总结了脆性指数B与岩芯破裂声发射模式之间的内在关系,即在相同加载速率条件下,低脆性区、中脆性区和高脆性区岩芯声发射模式分别为群震型、前震–主震–后震型及主震型,通过对灰岩试样和不同种类煤体声发射模式的对比,验证了机制讨论的正确性。     

自然崩落法采矿矿岩崩落过程数值模拟研究

由崩落法开采引起的矿岩崩落及其诱发的地表沉陷是一个复杂的空间与时间关系问题。以CEMI的“矿块崩落与地表沉陷模拟”项目为研究背景,利用数值模拟方法研究了深部、大规模自然崩落开采矿岩崩落的基本规律。数值模拟捕捉到了矿岩崩落过程中压力平衡拱的演化,以及裂隙萌生、扩展、贯穿岩桥的过程,研究表明,压力平衡拱的动态演化是矿岩崩落出现间歇和跳跃的内在动因,陷落角、起裂角和地表沉陷模式都受控于矿岩的崩落状态。     

基于峰后应力跌落速率及能量比的岩体脆性特征评价方法

 脆性作为岩体的重要力学性质之一,是水力压裂、岩石破碎及岩爆预测等工程的关键指标。鉴于此,总结国内外常用岩体脆性指数计算方法,通过对现有数据分析及力学试验对比指出其适用情况及优缺点。为了更加合理的表征岩体脆性,提出基于岩体应力–应变曲线峰后应力跌落速率及失稳破坏时所释放弹性能与峰前储存总能量比值共同表征的脆性指标,并通过胜利油田某油井隔层和油层岩芯在不同围压下的物理试验,验证脆性指标的正确性及相对于其他方法的优越性。另外,通过物理试验中围压为15 MPa油层岩芯的脆性指数突跳现象,说明在实际工程中应该充分重视岩体内部缺陷对其力学行为造成的影响。结论可望对岩体室内脆性评价与分析提供些许参考。     

Research on the closure and creep mechanism of circular tunnels

A numerical code called Rock Failure Process Analysis (RFPA2D) was employed to investigate the closure, damage and failure behavior of the horizontal tunnels. In this code the time-dependent deformation was described in terms of evolution of mesoscopic structure, leading to progressive degradation of elastic modulus and failure strength of material. In terms of material degradation, a series of numerical simulations were performed to study the convergence and subsequent failure in circular tunnels. The numerical results provide a complete illumination for the closure, damage and failure behavior with different loading conditions. It is shown that the depth and the ratio of far field stresses play an important role in the creep behavior of tunnels. Creep failure is expected to occur in the direction of the smallest far field stress component, which means that rheological failure of tunnels is influenced not only by the rock characteristic around the tunnels but also by the orientation and distribution of far field stress on a global scale. Supported by the “973” Program (2007CB209400); the National Natural Science Foundation of China(40638040); the Opening Foundation of State Key Laboratory of Geohazards Prevention and Geoenvironment Protection, Chengdu University of Technology     

基于数值模拟的储层岩石力学参数预测模型分析及应用

由于储层钻孔采样所获取的实际岩心数量有限,导致室内物理力学试验结果具有较大离散性,难以准确地标定储层岩石力学参数。为此,应用数值模拟方法,根据某油田取心样品的物理力学试验结果以及测井资料中不同埋深储层岩石的孔隙度,利用有限元分析软件RFPA2D建立相应的数值模拟岩心,进而对不同孔隙度数值模拟岩心的弹性模量、应力峰值强度、残余应力强度及泊松比等岩石力学参数进行数值分析。将物理力学试验结果与数值模拟结果进行整体回归分析,得到以孔隙度为主变量的岩石力学参数预测模型。基于该预测模型,建立某油田储层三维水力压裂模型,探讨三维水力压裂裂缝的扩展形态,并将数值模拟试验与现场施工的压裂曲线进行对比,发现二者的压裂压力在变化趋势上基本一致,且压裂段的起裂压力与延伸压力相差也较小,验证了研究成果及方法的合理性和适用性。     

深部矿井煤与瓦斯突出特性数值模拟研究

为从细观结构层次上研究深部水平矿井的煤与瓦斯突出特性,利用RFPA2D软件系统对深水平煤岩的地应力、煤体瓦斯压力、围岩温度、煤与瓦斯突出的关系进行了数值模拟研究。结果表明:在深部水平,高地应力、高瓦斯压力和高温度梯度与煤岩体软弱、强度降低的矛盾更加突出,在工程扰动下更容易发生煤与瓦斯突出灾害。     

煤层底板下隐伏陷落柱的滞后突水机理

应用有限元数值计算方法,模拟研究了含隐伏陷落柱煤层底板在采动应力扰动和高承压水共同作用下陷落柱活化、裂隙萌生、裂隙扩张、突水通道贯通形成的全过程,通过对损伤场、变形场、应力场和渗流场的解读,对突水通道进行时空基准标定,并就陷落柱发育高度、承压水水压力大小对突水滞后时间的影响进行了分析探讨,从岩体在长期的环境影响、载荷作用下损伤演化、物理力学性能退化的角度,揭示了煤层底板下隐伏陷落柱的滞后突水机理.     

基于微震监测的锦屏二级水电站深埋隧洞岩爆孕育过程分析

为研究锦屏二级水电站深埋隧洞岩爆孕育及发展过程,利用构建的微震监测系统对^#3引水洞的TBM掘进过程进行全天候连续实时监测。通过获取大量微震监测数据,分别从微震事件的时空序列分布、事件活动率、微震能量、能量密度及视体积对隧洞岩爆前各参数变化特征进行分析,并从动态裂纹扩展角度揭示了岩爆孕育过程中微破裂的萌生、发展、扩展直至相互贯通的宏观破坏机制,初步探讨了微震活动演化规律与岩爆间的时空内在联系。监测与分析结果表明：多数岩爆都存在有可被微震监测定位的微破裂前兆,微震活动率、微震能量及累积视体积均有不同程度的上升趋势。部分岩爆的驱动源由本地岩爆能量与转移能量之和获得,即E_驱动=E_本地+E_转移,强岩爆可再次诱发邻近位置产生岩爆。研究结果,初步证明了利用微震监测系统对深埋隧洞岩爆进行实时监测的可行性。