浅埋超大采高工作面覆岩裂隙演化及能量耗散规律研究

为研究浅埋超大采高工作面覆岩裂隙演化及能量耗散规律,以上湾煤矿为研究背景,基于相似模拟实验,数字图像处理、分形理论和数值模拟,分析了8.8 m超大采高工作面采动覆岩裂隙演化及能量耗散规律.研究表明:伪顶垮落到亚关键层阶段、亚关键层破断到主关键层阶段和主关键层破断到完全垮落阶段,关键层破断前后覆岩裂隙分形维数呈上升-稳定...     

冲击倾向性煤体破坏过程声热效应的试验研究

介绍自行设计的多系统、同步监测试验机构，并对冲击倾向性煤体分别进行单向加载和循环加载破坏试验。利用系统所具有的红外热像、声发射、应变等监测方式，分析两种加载条件下，冲击倾向性煤体破坏过程的声、热效应及破坏前的异常信息特征。对比研究不同监测方式下，冲击倾向性煤体中同一破坏事件的响应速度以及各自响应的灵敏度；获得冲击倾向性煤体的固有物理力学特性，并发现强冲击倾向性和非冲击倾向性煤体单轴压缩时的最终破坏前兆点分别为0．9和0．7个荷载强度比，也说明强冲击倾向性煤体的失稳破坏更突然、更难于预测。     

有效应力恢复条件下水力压裂后煤层气分区渗流特征

目前煤层气单井主要通过水力压裂技术来提高产量,但水力压裂技术会导致煤层裂缝出现分区现象,在有效应力作用下不同裂缝分区的渗流特征将直接影响煤层气抽采效果。为了更好地研究有效应力对不同裂缝分区渗流特征的影响,以沁水盆地煤样为例,设计了完整煤样、微裂缝煤样和贯穿裂缝煤样的串、并联多腔体试验方法,分析了水力压裂后煤层气的横向沿区渗流和纵向跨区渗流,构建了有效应力影响下的不同损伤煤岩体串、并联渗透率模型,分析了有效应力恢复过程中水力压裂不同致裂分区的渗流特征,并预测了不同致裂深度和扰动范围下的煤层总体渗透性。研究结果表明：(1)随着有效应力的恢复,串、并联试验的总流量均呈现负指数形式的衰退;(2)在并联试验中,穿过完整煤样的流量占比极少,随着有效应力的恢复,穿过微裂缝煤样的流量占比逐渐增加,而贯穿裂缝煤样的流量逐渐减小,并逐渐趋于相等;(3)纵向渗流总渗透率小于横向渗流,纵向渗流总渗透性的变化受完整煤样的渗透性影响较大,而横向渗流总渗透性取决于贯穿裂缝煤样渗透性;(4)基于横纵向渗透率的大小,可以将煤层气产期曲线划分为单峰型与双峰型。结论认为,提高水力裂缝深度与射孔孔眼周围裂缝宽度有利于提高煤层...     

神东矿区不同赋存深度沉积岩抗拉强度与断裂韧度研究

为研究神东矿区不同赋存深度沉积岩抗拉及断裂性能,利用声发射监测系统对神东矿区不同赋存深度沉积岩样品巴西劈裂加载过程中的声发射参数进行监测,探讨了岩样抗拉强度、I型断裂韧度及两者比值k随赋存深度的变化规律;分析了劈裂破坏过程中损伤演化、破坏特征及前兆信息。结果表明:抗拉强度和断裂韧度随赋存深度增加而增大,且二者均与赋存深度呈幂函数关系,埋深-300 m以浅岩样的抗拉强度和断裂韧度分别在0. 5 MPa和0. 15 MPa·m1/2以下,而-300 m以深岩样则分别在1. 0 MPa和0. 15 MPa·m1/2以上;岩样抗拉强度与断裂韧度的比值k也随赋存深度的增加而增大,且与赋存深度呈对数函数关系,即埋深-300 m以浅岩样k值为2～3,-400 m左右k值为3～6,-500 m以下k值相对离散。同时,神东矿区不同赋存深度岩样破坏为张-剪混合型,张拉破坏贯穿整个破坏过程,但剪切破坏发生时间不同,即-300 m以浅岩样剪切破坏发生在峰后阶段,而-300 m以深岩样剪切破坏发生在峰前阶段;不同赋存深度岩样在峰值强度前均会出现破坏前兆点,-300 m以浅岩样(除中粗砂岩外)基本在应力峰值的70%～90%,而-300 m以深多在应力峰值的92%以上;可以看出沉积岩失稳预警时间随赋存深度增加而减少,且随深度增加其失稳破坏更加迅速且剧烈。     

开采扰动下断层面库仑应力及诱发矿震时空演化特征

为研究煤矿开采扰动下断层面库仑应力演化特征及诱发矿震时空分布规律,基于赵楼矿1303综放工作面生产地质条件,理论分析了断层面库仑应力影响因素,采用数值模拟及岩石力学试验方法,探讨了逆断层下盘工作面向断层开采过程中,断层面不同位置库仑应力变化规律,并分析了现场矿震监测数据时间统计特征及震源空间分布规律。结果表明:开采扰动因素σx,σy,τxy(等于τyx),断层倾角θ及断层面摩擦因数μ综合决定了断层面库仑应力f,当开采扰动及断层摩擦因数确定时,取df/dθ=0可确定断层活化失稳最危险角;断层构造破坏了采动应力扰动圈的对称性及位移扰动圈的连续性;岩石力学试验及数值模拟结果均表明沿断层面岩层高位点先于低位点受到采动影响,且过断层前随断层与工作面距离减少,断层面活化失稳危险先升高后降低;工作面过断层前后,矿震日震动频次由20次/d上升至35次/d,而日震动平均能量由22 kJ下降至4 kJ,表明工作面过断层前高能量矿震较多,对围岩扰动剧烈,过断层后扰动较平缓;同时工作面过断层前后,断层面上矿震震源集中区由高层位岩层向低层位岩层转移。     

承压水上开采工作面底板破坏规律相似模拟试验

 随着我国煤炭开采深度的增大,承压水上开采工作面底板破断、突水灾害正呈逐年递增的趋势。以峰峰矿区九龙矿深部承压水上开采工作面底板为研究对象,通过现场底板取芯、编录和室内试验,获得承压水上工作面底板含水层分布特征及底板岩层的力学参数,确保试验中现场参数的可靠性。采用自行设计的工作面底板水压模拟装置,进行承压水上工作面回采过程中顶、底板破断失稳特征的相似模拟试验,得到底板工作面回采过程中顶、底板应力变化规律。运用非接触的光学测量技术对全场位移值进行观测,得出底板位移场变化规律。通过“下三带”理论,计算九龙矿深部工作面底板岩层的最大破坏深度、承压水导升高度和有效隔水层厚度。模拟试验结果表明：九龙矿深部承压水上工作面开采底板存在明显的“三带”特征,采用新型的承压水模拟装置可以模拟承压水在采动作用下的卸压过程。     

考虑吸附作用的含气煤本构关系

 利用混合物理论本构建模的方法,给出含气煤饱和混合物的本构方程,方程中混合物组分体积分数反映煤体内部结构的变化,并建立组分应力与真实应力之间的联系。考虑含气煤为各向同性弹性体,根据弹性能与表面能的变化相等条件下吸附作用引起的煤体体积变形,得出含气煤饱和混合物中各组分体积分数,进而由本构方程推导三轴应力条件下含气煤的应力–应变关系。通过考察不同吸附性气体的煤样应力–应变曲线,分析吸附作用对含气煤本构关系的影响,并将试验曲线与理论预测进行比较。研究结果表明,含气煤试验曲线与理论值吻合良好,理论公式可用于描述与气体吸附性有关的煤体变形差异。即使煤的骨架结构满足虎克弹性体本构关系假定,在孔隙率和孔隙压力相同条件下,气体吸附性的差异仍将改变含气煤的应力–应变关系。     

声发射及CT在煤岩体裂纹扩展实验中的应用进展

声发射技术和CT扫描技术是监测煤岩体裂纹扩展的重要手段。概述了声发射及CT扫描实验在煤岩体领域的发展历程和应用现状。结合声发射技术与CT扫描实验的优点,提出声发射与CT相结合进行煤岩体实验的研究方向,以便于有效结合煤岩体内部裂纹变化情况进行煤岩体裂纹扩展机理的研究,为进一步研究煤矿冲击地压的发生机理提供理论依据。     

临近地铁车站爆破振动效应对高层建筑的影响

明晰建(构)筑物的爆破振动响应规律在工程和经济上具有重要意义。针对某地铁车站A出入口爆破施工,运用HHT方法分析某小区2号楼振动信号的衰减特征。研究结果表明：沿高程增加方向,三矢量振速峰值先急剧衰减,后在中间楼层呈波浪形变化并在顶层放大,振速变化分为衰减区(0～26.15 m]、波动区(26.15～71.75 m]和放大区(71.75～94.55 m]。随高程增加,Hilbert谱的形态由三峰值逐渐转变为单峰值结构,能量幅值降低;优势频带由75～125 Hz衰减为10～40 Hz,主频向低频过渡,振速放大区楼层振动频率较低且易引发共振。根据地面测点拟合顶层能量谱的构成,验证了顶层放大效应的实质,是对爆破地震波中与建筑物固有频率接近的能量进行选择放大。     

管棚注浆法过断层施工中喷孔分析

东欢坨矿-500运输大巷施工中，遇特大断层，首次将管棚注浆法运用到深部巷道的过断层施工中，由于断层破碎带极不稳定，在钻孔过程中出现了喷孔塌孔现象。本文针对这一现象，采用有限差分法分析发生喷孔的原因，从力学角度和位移场两方面来综合进行考虑，给现场施工和设计提供指导。