煤（岩）冲击地压研究进展

系统总结了国内外冲击地压和岩爆产生的机理、地质和物理力学因素、目前所广泛使用的冲击倾向性评价指标以及冲击地压的预测与防治技术。     

用突变理论分析冲击地压发生的物理过程

本文针对煤柱冲击地压的非稳定问题,提出了一个简单的力学模型,用突变理论的尖角型突变模型研究了冲击地压发生的物理过程.得到判断冲击地压发生的必要条件和充分条件.同时得到了冲击地压发生后,顶板下沉的突跳值和所释放出来的能量表达式.本文在失稳理论的基础上,更加深化了对冲击地压失稳过程物理机制的认识.     

冲击地压灾害结构失稳机理的组合体试验研究

煤矿冲击地压的发生机理极其复杂,是煤岩体非线性破坏、失稳矿山压力显现的总称。在分析煤岩体破坏机理和采动影响的基础上,应用能量积聚-释放诱发冲击地压的原理设计了煤岩体组合力学模型及模拟煤岩体突出的结构失稳加载试验系统试验,并配制、筛选大变形突出倾向性相似材料等方面进行了组合体结构加载失稳试验,获得了煤岩结构失稳与位移突出的特征。试验表明:组合体试件在加卸载过程中和破坏失稳时表现为稳定态能量积蓄、非稳态释放特征,是应力环境、材料强度与结构等多种因素影响的非线性动力学过程。     

煤岩组合体性质与比例影响力学特性规律

为研究煤岩性质与比例对组合体力学特性和能量积聚规律的影响.选取细砂岩-煤、粗砂岩-煤、细砂岩-煤-粗砂岩3种组合体和3:1、2:1、1:1、1:2、1:3五种岩煤高度比,对不同组合体开展了单轴压缩实验研究.研究结果表明:岩煤高度比相同的组合体,细砂岩-煤组合体强度较大,冲击倾向性更强;随着岩煤高度比增大,组合体强度均有不同程度的减小,组合体冲击倾向性有所增强;岩煤高度比相同条件下,粗砂岩-煤组合体能量积聚较多,煤是组合体能量积聚的主要载体;随着岩煤高度比的增大,组合体峰前积聚能量均逐渐增多;探讨了组合体破坏过程的能量传递机制,煤组分破坏释放的能量传递给岩石组分,促使岩石发生破坏.研究结果揭示了坚硬顶板条件下厚煤易于发生冲击地压的机理,对于坚硬顶板型和煤体储能型的冲击地压研究具有一定参考价值.     

复杂开采条件工作面冲击影响因素及危险区域分析

为解决开采条件复杂且煤体具有强冲击倾向性的工作面容易发生冲击地压的问题,以特定工程为例,通过研究冲击地压的影响因素(包括开采深度、冲击倾向性、原岩应力、顶板岩层结构特征、煤层厚度变化、地质构造、开采技术条件),确定各因素对冲击地压的影响程度.采用数值模拟方法分析工作面开采过程中煤柱应力分布以及演变规律,确定煤柱的冲击危险性,并运用多因素耦合法和模糊综合评判的方法确定工作面冲击地压的危险性和危险区域.研究表明:在对冲击地压影响因素进行分析的基础上,采用多因素耦合法对开采条件复杂的工作面进行冲击危险区域预测具有科学性与实用性,有助于受冲击威胁工作面的安全回采.     

煤矿冲击地压危险性模糊综合评价

为准确预测煤矿冲击地压,采用理论分析、数学建模和现场应用相结合的方法对冲击地压危险性评价展开系统研究.引入多层次模糊数学评价理论,分析冲击地压影响因素,确定冲击地压危险性评价指标.结合1-9标度表提出冲击地压危险性评价方法,并在忻州窑煤矿5931面进行现场应用.工作面冲击地压危险性评分为0.506,危险等级为C,属于中等冲击,与煤岩冲击倾向性测定实验和现场微震监测结果较为吻合,验证了数学评价方法的可靠性.     

瓦斯煤层冲击地压发生机理

为有效预测与防治瓦斯煤层冲击地压,揭示瓦斯煤层冲击地压发生机理,建立了发生判据,并对瓦斯煤层冲击地压与煤和瓦斯突出的区别进行了阐述。瓦斯煤层冲击地压是在地应力和瓦斯孔隙压力综合作用下发生的,是固流耦合作用下发生的煤层冲击地压。瓦斯煤层变形破坏受有效应力的支配,孔隙压力抵消了部分地应力作用。由于瓦斯对煤物理力学性质影响,既有减缓冲击地压强度的趋势,又有增加冲击地压频度的趋势。瓦斯煤层冲击地压与煤和瓦斯突出的孕育过程是相似的,但发生过程和能量来源有很大区别。     

梁宝寺矿井掘进巷道构造附近煤层冲击显现机理及防治措施

冲击倾向性是煤岩体发生冲击破坏的固有能力,断层、褶皱、相变等构造诱发冲击地压的机理为构造应力与采动应力叠加,避免应力叠加是防治构造控制型冲击地压的有效途径。本文结合粱宝寺矿井掘进巷道煤层冲击显示特征,分析其形成原因,进而探究冲击地压作用机理,根据现场条件及时采取卸压措施,起到了很好的效果。该课题的研究对冲击危险性评价、冲击地压防治理论研究及现场治理等具有参考意义。     

冲击地压的区域危险性预测

对砚石台煤矿地应力进行地现场测试。采用５种指标对该矿６＾＃煤层冲击倾向性进行了实验研究。通过煤体强度实验建立了其强度准则,并结合工程实际建立了能量判据。在此基础上,根据“三准则”机理模型,对该矿６＾＃煤层冲击地压的区域危险性进行了预测。     

厚松散层岩土体特征与力学试验研究

为了探究西北榆林矿区的地质分布和岩石力学特征,文章以袁大滩煤矿厚松散层岩土层为工程背景,研究了矿区的地质条件和岩土体特征,并由老至新选取延安组、直罗组、安定组未风化岩石及安定组上部的风化岩石进行了岩石力学试验.结果表明:①不同时代岩石的物理力学性质呈现出时代愈老强度愈大的趋势,岩石由老至新,砂质泥岩、粉砂岩、细粒砂岩和中粒砂岩的抗压强度、抗拉强度以及抗剪强度逐渐降低;②安定组风化岩石的各项物理力学参数都明显低于未风化岩石.研究成果将为矿区建设及安全生产提供可靠依据.     

高温作用后砂岩物理力学性质阈值温度的确定——基于机器学习算法

通过采用机器学习算法，提出了高温作用后砂岩物理力学性质变化的阈值温度的确定方法。基于Python语言，利用K-Means、SVM算法，实现了对样本数据的分类和聚类，确定了阈值温度区间，验证了二分类法的合理性和准确性.结果表明，砂岩样本的阈值温度区间为400~600 ℃，阈值温度上下砂岩的物理力学性质存在显著差异，体现为阈值温度区间以下的岩样物理力学性质较为分散，而阈值温度区间以上的岩样物理力学性质较为集中.     

高温作用后砂岩物理力学性质阈值温度的确定——基于机器学习算法

通过采用机器学习算法，提出了高温作用后砂岩物理力学性质变化的阈值温度的确定方法。基于Python语言，利用K-Means、SVM算法，实现了对样本数据的分类和聚类，确定了阈值温度区间，验证了二分类法的合理性和准确性.结果表明，砂岩样本的阈值温度区间为400~600 ℃，阈值温度上下砂岩的物理力学性质存在显著差异，体现为阈值温度区间以下的岩样物理力学性质较为分散，而阈值温度区间以上的岩样物理力学性质较为集中.     

红层锚杆抗拔力学性质模型试验研究

为了解红层软岩的崩解特性对锚杆力学性质影响的规律，设计了红层软岩中锚杆抗拔试验和红层软岩的耐崩解试验.首先通过红层锚杆抗拔试验，得到了红层锚杆在循环荷载下的荷载-位移曲线(P-S)和荷载-弹／塑性位移曲线(P-Se，P-Sp)的演化规律，然后通过耐崩解试验得到红层软岩的耐崩解指数Id2，最后将锚杆的力学性质与红层软岩的耐崩解指数Id2联合起来进行分析.分析表明，随着耐崩解指数的降低，红层锚杆抗拔力学性质变差.     

激发矿井瓦斯突出的力学机理的探讨

综合分析了激发煤与瓦斯突出的力学机理,认为煤体所受约束应力的突然解除以及煤层中的瓦斯压力梯度是激发突出的主要原因。通过对煤层瓦斯渗流的数学分析,说明了工作面的推进速率、煤层瓦斯压力、煤的物理力学性质以及地质条件等因素对激发突出所产生的影响。     

鄂尔多斯盆地安塞油田塞202井区长61储层成岩作用

安塞油田塞202井区长61是主力产层,储层为长石砂岩。影响产能的的主要因素是储层物性的优劣,而储层物性与受成岩作用密切相关。利用砂岩薄片、铸体薄片、扫描电镜、阴极发光等分析测试方法,研究了安塞油田塞202井区长61油层段储层的成岩作用特征。长61储层经历了压实作用、胶结作用、溶蚀作用、交代作用和破裂作用等成岩作用。按照成岩作用对储层的影响,可以把长61的成岩作用分为3类:破坏性成岩作用、建设性成岩作用和二重性成岩作用。溶蚀作用产生次生孔隙,使储层物性显著改善,是最主要的建设性成岩作用。寻找溶蚀作用发育带是油气开发中要解决的主要地质问题。     

冻融裂隙砂岩三轴压缩破坏特征宏细观试验研究

为了研究冻融后不同倾角单裂隙砂岩在冻融前后三轴状态下的力学特性及宏细观破坏特征,对冻融前后及破坏后的岩样进行基本物理力学试验和核磁共振试验,结果表明：(1)在三轴压缩状态下,砂岩的峰值强度呈现出逐步递减的趋势,弹性模量降低,泊松比增大,当裂隙倾角为90°时为最不利情况；(2)裂隙砂岩在三向受力的作用下,宏观上裂隙正反两方向生成宽度较小的翼裂纹,并不断延伸,最终发生局部剪切破坏模式；(3)核磁共振谱面积随裂隙倾角的增大而增大,小孔隙分布的孔隙占比增大,破坏后谱面积进一步增大,T₂谱出现新的第三峰,大孔隙占比增大。     

砂岩力学特性对干湿循环效应响应规律的试验研究

为研究砂岩力学特性对干湿循环效应的响应规律,基于不同干湿循环作用下砂岩吸水性、单轴压缩与直剪试验结果,系统分析了砂岩吸水率、抗压强度、变形参数、抗剪参数以及破坏特征等物理力学特性对干湿循环效应的响应规律. 研究结果表明,随着干湿循环次数的增加,砂岩吸水率与质量损失率呈正相关变化,而抗压强度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角则呈负相关关系,当循环15次时,与天然状态相比,砂岩抗压强度下降幅度高达78.96%,而黏聚力和内摩擦角则分别减小了78.40%和31.33%. 但不论曲线变化趋势是增大还是减小,其变化幅度均是先大后小,并最终会以某一循环次数为临界值发展变化. 砂岩的破坏特征亦会受到干湿循环试验次数的影响,干湿次数越少,脆性破坏越明显,反之则延性特征增强,即砂岩会呈现一种从脆性到延性转化的破坏规律.      

吴定地区延长组长4+5砂岩储层特征研究

目的对鄂尔多斯盆地吴定地区延长组砂岩储层储集物性特征进行研究。方法通过常规物性、岩石及铸体薄片、X射线衍射、扫描电镜、高压压汞等多项测试方法,对鄂尔多斯盆地吴定地区长4+5储层含油砂体的岩石学特征、储集类型、孔隙结构特征、岩心孔隙度和渗透率的相关性进行分析和研究。结果研究区储层岩石类型主要为岩屑长石砂岩,岩石中原生粒间孔隙较少,主要为次生粒间孔隙、溶蚀粒内孔及铸模孔、填充物内溶孔。压汞分析表明,储层孔隙结构特征变化较大,以微细喉道为主,岩心普遍排驱压力偏高,退汞效率偏低,孔隙度与渗透率间的线性相关性不好,储层为低孔特低渗储层。结论岩屑、云母和填隙物含量较高及抗压实性能不足是导致研究区储层低孔低渗的重要物质原因,储层具有一定的储集性能,但产能大小与有效微裂缝的存在密切相关。机械压实作用是储层孔隙丧失的主要外在因素,压实作用使原始沉积物的孔隙度减少了62%,较高含量的铁方解石使岩石胶结致密并充填在孔隙空间导致岩石进一步致密化,建设性成岩作用对储层物性改善不足。     

粒度分布对胶结砂岩力学特性的影响

储层出砂过程中砂岩颗粒的离散与其细观结构性有密切关系。以胶结砂岩为研究对象,基于三维颗粒流数值模型(PFC3D)建立4种不同粒度分布的数值模型,模拟剪切过程的砂岩力学响应,研究不同粒度分布的砂岩体应力比、体应变、配位数和黏结破坏与轴应变之间的关系。结果表明:粒度分布对砂岩力学特性的影响较大,仅基于随机方法产生颗粒建立的数值模型不能完全代表实际砂岩的物理结构。须根据实测的砂岩粒度分布建立三维数值模型,才能准确描述储层砂岩的力学特性。粒径越小,连接的颗粒越少,自由度越大,开采中成为离散颗粒的可能性越大。     

锚杆骨架梁支护红砂岩边坡机理分析

根据红砂岩边坡的工程地质及物理力学特性，分析了湘耒高速公路一失稳边坡的滑动型式．应用短锚杆骨架梁新方法对该失稳红砂岩边坡进行了支护，并采用带节理单元的三维有限元方法以及平面有限元方法对边坡应力应变分布和支护结构内力进行了分析计算．理论和3年营运实践表明，该支护方法对红砂岩等软岩边坡防护有较大的推广价值．