多煤层开采导水裂隙带发育与 覆岩破坏高度规律

为了进一步揭示多煤层开采过程中,采动裂隙带发育规律的影响因素与采空区水的变化特性,以公乌素煤矿为研究对象,分别研究了该矿区煤层的覆岩类型及其对覆岩破裂的影响,从理论和数值模拟的角度研究了多煤层开采对覆岩破坏高度的影响.研究结果表明:(1)煤层覆岩越坚硬,覆岩破裂带发育的高度较大,导水裂隙发育就越高,反之,则容易下沉,但不易产生开裂,最终表现为覆岩破坏高度降低;(2)煤层采动过程中,开采厚度、开采方法、工作面跨度、开采深度与导水裂隙带的高度变化呈正相关关系;(3)公乌素煤矿倾斜煤层回采的导水裂隙带的分布沿工作面的倾斜方向整体呈不对称“马鞍形”破坏特征,多煤层下行开采过程中,下部煤层开采可以有效地减小上覆岩层采动引起的应力集中现象,且采空区的卸压范围及高度也随之增加.相关研究成果可为同类型矿井安全开采提供参考依据.     

煤层开采过程中覆岩移动规律的UDEC数值模拟

为研究煤层开采过程中覆岩移动规律.通过UDEC软件建立背景工程的数值计算模型,分析煤层开采过程中覆岩运动规律和裂隙演化的时空特征.通过计算得出以下结论:1煤层开采对顶板岩层位移发展影响明显,上覆岩梁的应力成拱形分布,致使上覆岩梁内产生裂隙扩展,岩梁断裂,并呈梯形分布;2随着工作面推进过程,采空区空间持续增大,上覆岩层裂隙持续贯通,顶板岩梁断裂坍塌充填采空区.随着工作过程中,岩层之间开始发生离层,离层次序是自下而上,离层主要发生在强度不同的层间面上;3采场上覆岩层裂隙带高度随工作面的推进不断发展,针对不同地质条件,但当工作面推进一定距离时,裂隙带高度基本不变.同时,在裂隙带变化过程中可以采用指数曲线进行拟合.但指数拟合曲线仅仅模拟的是裂隙带整体变化趋势,不能完全通过拟合曲线得出不同工作断面裂隙带的高度.     

双煤层采动岩体裂隙分形特征实验研究

以离石—军渡高速公路师婆沟隧道下伏同德煤矿采空区为地质原型,利用相似材料模拟实验模拟双煤层采动岩体裂隙的发育过程,运用分形几何理论研究采空区冒落带、裂隙带的岩体裂隙分形特征。实验结果表明:在下层煤工作面推进距离相同情况下,采空区冒落带分形维数大于裂隙带分形维数;随着下层煤工作面推进距离的增大,双煤层采动岩体裂隙分形维数经历了从小到大再到小并稳定的变化过程;当下层煤开采结束且上覆岩层移动基本稳定之后,双煤层采空区冒落带、裂隙带的岩体裂隙分形维数分别为1.066 3,0.999 5,冒落带分形维数是裂隙带分形维数的1.067倍。研究成果为高速公路下伏双煤层采空区地基稳定性评价及采空区充填注浆设计提供科学依据。     

大采空区覆岩破坏高度测控试验分析

确定采空区上覆岩层破坏高度,对"三下"煤层安全、高效开采具有重要意义。利用彩色钻孔电视系统对覆岩破坏高度、现场钻孔冲洗液漏失量和钻孔水位变化等进行观测与分析,摸清煤层开采后大采空区上覆岩层内垮落带和导水裂缝带的发育高度及其分布形态和特点。这对安全、高效开采和大采空区围岩稳定性有效控制和定量化预测预报提供依据。     

基于钻孔电阻率法动态监测的煤层覆岩瓦斯抽采层位确定——以李雅庄煤矿为例

高位水平钻孔瓦斯抽采技术是解决矿井瓦斯危害问题十分有效的工程技术手段.瓦斯抽采水平钻孔施工层位需要布置在覆岩采动裂隙带发育范围内,而复合顶板的采动裂隙带发育范围往往难以确定,导致钻孔施工层位不准确严重影响瓦斯抽采效率.为研究覆岩采动裂隙发育范围,精准确定水平钻孔布置层位,依据煤层开采覆岩变形破坏一般特征,采用钻孔电阻率法对李雅庄煤矿2607工作面开采覆岩裂隙发育特征进行动态监测,分析了不同采动时段的视电阻率响应特征和变化规律,得到覆岩裂隙发育分布的主要层位.研究表明:裂隙带主要发育范围位于煤层顶板26～47.5 m高度内的砂岩层,确定为瓦斯抽采的最佳层位,现场瓦斯抽采试验验证了该层位的准确性.钻孔电阻率法在覆岩裂隙动态监测方面具有较高的精度,为提高瓦斯抽采效率和降低瓦斯抽采成本提供了较重要的技术保障.     

煤层群重复采动卸压瓦斯储运区演化规律实验研究

为进一步研究煤层群重复采动卸压瓦斯储运区动态演化规律,以贵州某矿16~#、18~#煤层开采工作面为背景,通过物理相似模拟实验,研究了煤层群重复采动后上覆岩层裂隙分布特征,明确了卸压瓦斯储运区演化规律,提出了相应的判别方法,并进行了工程应用。结果表明,实验矿井上层煤开采后,覆岩垮落带高度11 m、裂隙带高度53 m。工作面附近覆岩关键层形成的砌体梁结构与其下方岩层之间的离层裂隙成为卸压瓦斯储集的空间。当下层煤开采后,受重复采动的影响,垮落带和裂隙带高度分别为13和83 m。上下煤层之间存在关键层,在其下部仍会形成瓦斯储集空间,采动裂隙贯通后下煤层卸压瓦斯易沿着裂隙区通道向上运移至煤层间隔层关键层下的储集空间,再顺着上煤层冒落带内裂隙通道继续向上。此时,上煤层采动形成的瓦斯储集空间也将充满瓦斯成为抽采的重点区域。基于此,提出采动卸压瓦斯储集空间判别方法,并在贵州某矿进行了抽采验证,抽采效果良好,保证了工作面的安全生产。     

贵州发耳煤矿尖山营滑坡特征及成因机制

高陡边坡地形条件进行煤层开采,极易引发地质灾害问题,给地质环境造成很大的破坏。以贵州发耳煤矿三采区的尖山营边坡为研究对象,查明了采空区分布情况及斜坡裂缝体系发育规律,结合该矿区地形地貌特征,分析该滑坡特征及影响因素,总结开采沉陷诱发山体滑坡的成因机制。结果表明:煤层开采后,上覆岩层发生应力重分布,采空区边界形成拉应力集中区;上覆岩层产生以沉降为主的弯曲变形,而在坡肩和坡脚部位产生较明显水平向外位移;变形过程中先在采空区后边界部位产生裂缝,回采煤柱后,裂缝贯通,形成潜在滑面,该滑坡变形机制为塌落沉陷-拉裂-蠕滑。     

软硬互层边坡降雨失稳过程力学响应研究

为研究缓倾顺层软硬互层岩质边坡在间歇性循环降雨条件下的破坏过程及内部力学响应规律,结合叠加雾化降雨系统,进行了大型室内降雨地质力学物理模拟试验.通过总结强降雨工况下模型边坡内部特殊位置处孔隙水压力的力学响应规律,并依据坡体实际破坏过程监测资料,探究坡体内部力学性质与坡体破坏之间的内在联系.结果表明:间歇性循环降雨是边坡岩体强度及裂隙变化的一个动态损伤过程的诱因,降雨不均匀入渗导致裂隙的不均匀切割效应,致使坡体浅表层不均匀开裂.随着降雨入渗,裂隙不断扩展延伸,岩层面抗剪强度逐渐下降,坡体内部逐渐形成固定的给、排水通道.缓倾顺层软硬互层边坡的破坏模式可概括为3个阶段:前缘切层裂隙贯通-滑移阶段;中-后部岩体拉裂,后部裂隙发育阶段;后缘滑面贯通-失稳阶段.此外,孔隙水压力数值突变时刻较坡体整体失稳时刻提前约6 min,建议可根据孔隙水压力监测数据对软硬互层边坡进行失稳预警.     

低瓦斯高强度开采综放工作面卸压瓦斯抽采关键技术

为研究低瓦斯高强度开采综放工作面采动覆岩裂隙演化过程中瓦斯的运移规律,提高矿井瓦斯治理能力,以王家岭矿12302工作面为例,研究了煤层开采后上覆岩层的垮落和位移特征,通过分形维数定量描述了裂隙的发育情况,得到了覆岩的三带高度、跨落角、裂隙区等参数,以此参数建立数值模型研究采动裂隙与瓦斯运移的耦合特性,将研究结果应用于现场的卸压瓦斯的抽采设计并进行了效果检验。结果表明:走向模型的冒落带为28.2 m,裂隙带为118.6 m,切眼处和停采线处的垮落角分别为59.5°和51.5°,倾向模型的冒落带为28.2 m,裂隙带为113.6 m,进刀端和停采线处的垮落角分别为62.5°和55.5°;随着工作面开采距离的增加,分形维数先增大后减小最后趋于平稳;采场卸压瓦斯整体上有向上、向采空区深部、向回风巷一侧运移的特性,采空区深部瓦斯浓度可达20%,上隅角瓦斯浓度接近1.5%,采动裂隙带瓦斯聚集区位于距回风巷20～50 m、高度距煤层顶板25～50 m范围内;采用高位定向长钻孔抽采采动裂隙带聚集瓦斯的抽采效果较好,上隅角和回风流瓦斯浓度均小于0.8%,保证了矿井的安全生产,为类似条件下的瓦斯治理提供参考。     

煤矿井工开采对上覆反向滑坡扰动的模拟研究

煤系地层的产状与上覆滑坡的产状关系,是影响黄土滑坡稳定性的决定性因素之一。研究煤系地层的倾角与黄土滑坡的倾角相同而倾向相反条件下,主采煤层开采对上覆黄土滑坡的影响,对于滑坡的治理具有重要意义。采用相似材料模拟实验方法,通过模拟含煤岩系倾角30°时的煤层井工开采,总结出上覆岩层移动变形及裂隙分布发育规律和反向黄土滑坡稳定性条件。结果表明:上覆岩层冒落带高度为25.0 m;裂隙带发育高度为72.0 m;采空区范围内覆岩最大下沉值偏向岩层倾向;在工作面推进120 m时黄土滑坡处于临界失稳状态。通过离散元数值模拟模型与相似模拟实验进行了对比,验证了该相似材料模拟实验的可靠性。     

岩溶区多软弱层复合边坡变形破坏机制分析

岩溶和软弱层的存在对边坡稳定性有重大影响。为了揭示岩溶作用下复合边坡失稳机制,本文以富含岩溶区某变电站场区复合边坡为研究对象,通过三维地质建模技术对钻孔数据进行处理,从而准确获取多软弱岩层界面位置以及坡体内岩溶状态。结合AutoCAD软件生成拟研究边坡地质剖面,通过ABAQUS模拟软件与AutoCAD数据接口将典型地质剖面图导入有限元数值模拟软件中,从而构建含岩溶复合边坡数值模型。采用强度折减法分别分析了复合边坡在不含岩溶时、岩溶无充填时、岩溶被黏土充填时的失稳特征。模拟结果表明：多软弱层复合边坡岩层界面对坡体的稳定有决定性作用,坡体滑移破裂均源于岩层界面处,坡体沿岩层分界面剪切滑移贯通成圆弧状潜在破裂面。岩溶对边坡的影响主要由沉降变形引起,岩溶沉降较大时,边坡呈现垮塌为主和岩层界面剪切滑移为辅的破裂形式。理论上,在某些特定情况下,坡体内岩溶对边坡稳定性有积极作用。该研究结果对于指导含岩溶复合边坡防护设计具有重要意义。     

川东南红层地区平推式滑坡成因机制研究

四川分布有大量的红层地区,在这些地区广泛发育有一种平推式类型的滑坡,这种类型的滑坡具有岩层倾角缓,后缘拉裂缝容易充水形成静水压力,砂泥岩互层的特点。以仪陇县的大山梁滑坡为例,研究该类型滑坡在强降雨条件下的稳定性。运用geostudio软件的seep模块分析其天然状态下与在降雨情况下地下水位线变化,并通过与slope模块进行耦合计算,以此分析降雨情况下地下水位变化以及引起的稳定性变化;并对其成因机制模式进行研究。研究结果表明,强降雨情况下滑坡后缘拉裂缝内会充水形成静水压力作用;并提升滑面处的扬压力,推挤滑体向前移动;并且随着降雨量的加大也影响了滑体内渗流场,导致滑体内孔隙水压力增大,致使后缘岩体在水的作用下软化崩解,进而加大后缘裂缝的深度与宽度。而滑体硬软硬的岩性组合迫使滑体整个的变形不一,使滑带土在雨水及推力作用下逐渐软化变形致使抗剪强度降低,最终使滑体沿砂岩与泥岩的层面交界处滑出。     

高位钻孔瓦斯抽采参数优化设计

基于采空区覆岩裂隙分布规律、覆岩裂隙瓦斯流动规律和高位钻孔抽采技术研究现状,从覆岩"竖三带"、"O"形圈和U型通风条件下采动裂隙瓦斯流动规律出发,找出高位钻孔的理论合理布置区域,指出工作面后方50m范围内覆岩裂隙发育状况是高位钻孔层位设计的关键,针对祁南煤矿32煤层的特点,结合现场采用数值模拟方法模拟不同开采速度条件下覆岩裂隙发育规律,优化设计高位钻孔的抽采参数,在34下2工作面和3410工作面的现场试验中,高位钻孔抽采浓度和抽采率得到大大提高,取得了较好的抽采效果,验证了研究的正确性。     

降雨条件下花岗岩残积土边坡失稳模式及预警阈值现场试验

降雨是诱发边坡失稳的主要因素,为探明不同降雨强度条件下花岗岩残积土边坡的失稳模式,通过75mm/h、125mm/h、150mm/h、175mm/h等4组不同降雨强度下边坡失稳现场试验,基于工程边坡原位监测试验采集的含水率-时间与位移-时间曲线研究了花岗岩残积土边坡渐进失稳破坏特征,并提出了降雨条件边坡失稳的持续时间与降雨量阈值。研究表明:降雨条件下花岗岩残积土边坡为渐进失效破坏,根据降雨强度斜坡失稳破坏可分为“浅层局部滑动”、“浅层整体滑动与崩塌”、“深层局部滑动”、“深层整体滑动”等四种模式,斜坡发生变形失稳的区域主要位于坡脚位置,坡中次之,坡顶最小。边坡深层滑动从显著变形到失稳破坏历时18~20min,而浅层滑动持续时间为25min~135min。土壤界限含水率可特征边坡失稳破坏过程,当斜坡土壤含水率上为42～45%时,斜坡开始出现开裂、蠕动变形等失稳征兆;当土壤含水率上升到47～50%时,坡面土体开始崩解并迅速发生滑坡、崩塌。     

鄂尔多斯盆地大牛地西北部地区古岩溶形成机理

全球对燃料的需求日益增加,柳杨堡地区构造特征一直备受争议,通过地震解释有着十几公里似断裂并未证实,古岩溶地貌形成成为了确凿的证据,通过地震解释方法1*1地震解释、相干体技术、顺层相干体以及时间切片等技术,研究区内存在大量背斜结构构造为岩溶古地貌控制下的盐底辟及太原组-下石盒子组披覆叠加型构造。研究区内向斜主要是岩溶作用控制下的重力负载等叠加型。柳杨堡气田石炭-二叠系内断层发育主要由盐底辟及岩溶塌陷所诱发。揭示出部分地区地震相位错断,岩溶作用导致的古地貌起伏差异所引起的。加里东末期开始发育大规律的岩溶作用,形成了早期初步岩溶古地貌,这期岩溶地貌对太原组沉积有明显的控制作用。加里东末期岩溶地貌在石炭纪岩溶作用进一步作用下地貌差异逐步扩大,进一步加大了古岩溶对太原组的沉积控制。二叠纪早期,岩溶作用逐步减弱。建议下一步重点加强源内气藏评价开发的力度,选取贴近烃源岩层的砂体,进行水平井钻井评价,有利于钻取砂体内的天然气,通过深度压裂手段把烃源岩层内煤层气钻取出来。     

深井覆岩体结构形变分带（区）性研究

针对深井开采覆岩结构变形的特殊性,提出基于应力场转移的深井覆岩结构形变模型。采用三雄半解析数值计算和现场综合试验与勘测的方法,给出采动岩体沉陷移动的分带、分医特征及突变集中变形和阶段性滞缓移动现象的动态演化规律,为深井开采覆岩与地表移动变形灾害控制提供科学理论依据。     

卡拉水电站田三滑坡体稳定性敏感因素分析

为了分析卡拉水电站工程区滑坡体的稳定性,以库区内田三滑坡体为例,对其滑坡成因、地形地貌、地质构造等内在因素进行分析。结果表明:滑坡体随着坡面隆起和坡内扩容加剧,在外界作用下更易失稳破坏;其层面与节理裂隙的不良组合为边坡变形失稳提供了边界;陡倾坡内的裂隙为地下水入渗创造了条件。通过对库水位升降、降雨和地震等外在因素的敏感性分析,可知库水位骤升骤降对滑坡体的稳定性影响较大;短期降雨对滑坡体稳定性影响较小,但是随着降雨时间增长滑坡体失稳概率增加;地震峰值对滑坡体稳定性影响较为明显。根据分析结果对滑坡体进行工况及荷载组合,并对各工况组合进行稳定性计算及评价,结果表明,受蓄水和暴雨影响,滑坡体的稳定性变差,在蓄水地震工况下失稳概率较大。     

围岩性质对采空区地基稳定性的影响

为了研究围岩性质对采空区建筑物地基稳定性的影响,通过数值模拟的方法分析单一岩层和复合岩层这两种模型.结果表明:在单一岩层中,随着上覆岩层硬度的增加,地表下沉及水平移动值会减小,大变形区(集中变形)范围都变小,破坏程度相应减小,但当上覆岩层为坚硬岩层时、其它条件相同时,上覆岩层硬度的增加,对采空区地基的稳定不利;在复合岩层中,上硬下软型的各地表移动和变形值都要比上软下硬型的小;但从塑性区状态图上看,在岩层内部上硬下软型的破坏程度更大,在软硬岩层界面更易产生顺层面离开的离层裂隙,因此上硬下软型的岩层组合对采空区地基的长期稳定不利.     

降雨和地震作用下碎石土边坡稳定性及支护方式研究

 依托四川省汶川至九寨沟段高速公路第06标段（川主寺至九寨沟段）边坡工程,采用FLAC软件模拟,考虑降雨与地震作用,以水平位移、塑性区和滑移面为边坡失稳评价指标,研究了高海拔、高烈度地区碎石土边坡在降雨及降雨-地震共同作用这两种工况下支护前后的稳定性,提出了合理的支护方案。结果表明：强降雨导致的边坡浅层面溜滑主要发生在黏土与碎石土交界面处,滑动面为平面型,采用锚杆框架梁支护可保证边坡稳定;降雨-地震共同作用下边坡的破坏范围扩大,碎石土边坡沿土体内部约12 m深处出现圆弧型滑动面,主要发生在黏土与碎石土交界面处,采用复合抗滑桩和锚杆框架梁组合支护方式可以保证边坡稳定。