冲击地压矿井的围岩与支护统一吸能防冲理论

针对冲击地压过程的能量传递与耗散,基于块系围岩与支护系统动力模型,研究冲击扰动在岩体中传播时,围岩与支护特性对能量传递与耗散的影响,通过岩体和支护中的阻尼吸能作用对支护端岩块的动能变化进行分析。经分析表明:支护端岩块的冲击能量是可控的,当增大围岩中局部岩块间的阻尼作用时,支护端岩块的动能明显下降,有效地吸收了冲击能量,同时局部岩块间的阻尼分散作用在相邻两个块体间的吸能效果相比于集中作用时更好;当增大支护中的阻尼作用时,相比于同样的围岩中阻尼变化,其吸收冲击能量的效果较弱。当围岩与支护中的阻尼共同作用进行吸能防冲时,应以岩体主动吸能为主,支护被动吸能为辅进行统一吸能防冲,由此提出围岩与支护统一吸能防冲理论,为吸收冲击能量防御冲击地压动力灾害提供思路。     

煤巷与支护相互作用的冲击破坏试验与数值分析

采用相似材料试验和数值模拟相结合的方法,对锚网锚杆、U型钢和吸能支护条件下煤岩巷道冲击破坏过程进行研究,揭示了巷道与支护相互作用下的巷道冲击破坏机制。试验和数值计算研究结果表明,不同支护作用下巷道冲击破坏规律表现基本一致,在冲击载荷作用下,巷道顶板有明显下沉,底板出现起鼓现象,两边帮均向巷道内部方向发生弯曲变形,形成裂缝,进而扩展和贯通,并有抛出物冲入巷道内。根据模型试验和数值计算结果可知,不同支护条件下冲击破坏程度不同,吸能支护具有良好的缓冲和吸能特性,巷道变形较小,整体稳定性好,更适合于冲击地压巷道的支护。     

围岩弹塑性变形条件下锚杆、喷混凝土和U型钢的支护效果研究

已给出弹塑性变形条件下围岩-支护相互作用的全过程解析求解,在此基础上深入研究3种常用支护结构的支护作用效果,是非常必要的。考虑开挖面空间效应,根据弹塑性变形条件下围岩-支护相互作用的全过程解析求解,针对6、5、4 m直径的工程算例,分别对素喷混凝土、锚杆和U型钢等3种支护结构的支护作用效果进行了理论计算与分析,主要包括:3种支护结构极限承载能力理论计算、基于开挖面空间效应的3种支护结构控制围岩弹塑性变形的理论计算与效果分析、剩余支护承载力对普氏围岩压力支护效果的计算与分析;研究了U型钢支架的荷载-径向变形本构关系、提出了剩余支护承载力的概念、分析了支护结构支护围岩各类形变压力的支护机制。研究结果表明:(1)3种支护结构能提供的支护承载力ip(<1 MPa)相对于原岩应力0p(>10 MPa)来说量级太低,控制5⁶ m及更大直径的巷道围岩弹塑性变形是无效的,但控制4 m直径的巷道围岩弹塑性变形是有效的;(2)对于直径达56 m及更大直径的巷道围岩弹塑性变形是无效的,但控制4 m直径的巷道围岩弹塑性变形是有效的;(2)对于直径达5⁶ m甚至更大的巷道围岩,若支护结构的剩余支护承载力i2p能有效地被保存,则支护结构还可以起到有效地支护普氏围岩压力的作用。     

高应力破裂岩体条件下锚网支护研究

通过研究传统新奥法充分利用和调动巷道围岩强度及其自身承载能力,依靠围岩支护共同作用原理来维护围岩的稳定性。对锚网支护作用机理进行研究,建立预应力锚杆的力学模型,发现高强预应力锚杆的锚固力与围岩性质、锚固方式、锚杆杆体和围岩应力等因素有关;同时分析了锚网支护与围岩共同作用机理,并应用FLAC对锚网支护机理进行研究,发现锚网支护与围岩形成压缩拱,依靠压缩拱来抵抗围岩应力,进而维护巷道围岩的稳定。通过在小官庄铁矿进行试验,在小官庄铁矿41联巷采用高强预应力锚网支护,取消喷射混凝土,巷道围岩变形量比较小,锚网支护能够维护高应力破裂岩体围岩的稳定,在同类矿山中具有推广应用价值。     

软岩巷道聚丙烯混凝土钢筋网壳复合衬砌试验及工程应用研究

根据大跨度空间壳体力学原理,研究聚丙烯网壳锚喷支护新技术。其技术特色是用一种在地面加工成型的特殊三维钢筋支架代替普通的二维钢筋网,大幅度提高了锚网喷结构的支撑能力,不需要使用型钢支架、锚索、围岩注浆等手段进行加固就能有效地支护高地压大变形巷道、跨采动压巷道、冲击地压巷道以及大断面硐室等。依托西山煤电集团大巷破碎段修复工程,完成了聚丙烯纤维混凝土钢筋网壳复合衬砌支护结构的室内模型试验,研究了复合衬砌的变形、破坏形态与发展规律。现场应用表明,在不降低支护的承载能力的情况下,与重型金属支架相比,该支护形式降低了钢材用量和混凝土回弹量,且具有良好的柔性,是软岩巷道一种优良的让压支护结构,具有较好的推广应用前景。     

深部高应力软岩巷道耦合支护效应研究及应用

巷道要经历开挖前稳定、开挖扰动、支护稳定或再破坏的演化过程,巷道稳定状态受原岩应力场-开挖扰动应力场-支护应力场相互作用的影响。采用FLAC~(3D)分析了不同预紧力与间排距条件下锚杆、锚索产生的围岩支护应力场的分布特征,定义了围岩应力扩大系数k来表征围岩应力的扩散效果,揭示了锚杆、锚索预紧力耦合支护效应。针对朱集西矿深部巷道特征与地质条件,提出了锚网索喷+U型钢支架+注浆+底板锚注分步联合支护技术方案,开展了三维相似材料模型试验,验证了该支护技术方案的合理性与可行性,揭示了深部高应力软岩巷道围岩变形破坏与支护结构受力演化规律,并成功应用于工程实践,解决了深部高应力软岩巷道支护难题。监测结果表明,该联合支护方案有效地控制了深部高应力软岩巷道围岩大变形与底臌,保证了巷道围岩与支护结构的长期稳定及安全。     

深部高应力软岩巷道耦合支护效应研究及应用EI北大核心CSCD

巷道要经历开挖前稳定、开挖扰动、支护稳定或再破坏的演化过程,巷道稳定状态受原岩应力场-开挖扰动应力场-支护应力场相互作用的影响。采用FLAC^(3D)分析了不同预紧力与间排距条件下锚杆、锚索产生的围岩支护应力场的分布特征,定义了围岩应力扩大系数k来表征围岩应力的扩散效果,揭示了锚杆、锚索预紧力耦合支护效应。针对朱集西矿深部巷道特征与地质条件,提出了锚网索喷+U型钢支架+注浆+底板锚注分步联合支护技术方案,开展了三维相似材料模型试验,验证了该支护技术方案的合理性与可行性,揭示了深部高应力软岩巷道围岩变形破坏与支护结构受力演化规律,并成功应用于工程实践,解决了深部高应力软岩巷道支护难题。监测结果表明,该联合支护方案有效地控制了深部高应力软岩巷道围岩大变形与底臌,保证了巷道围岩与支护结构的长期稳定及安全。     

深部软岩巷道锚网索耦合支护非线性设计方法研究

由于深部软岩巷道工程岩体介质已进入到塑性大变形阶段,其破坏主要是由于支护体与围岩之间的不耦合造成的,因此提出了锚网索耦合支护非线性设计方法。与传统的线性参数设计不同,该方法在变形设计的基础上,针对最佳耦合过程进行强度设计,提出锚网索耦合支护参数,并在施工过程中通过反馈设计进行修正。与新奥法不同,采用该设计方法进行锚网索耦合支护既能充分发挥锚网主动支护浅部围岩的能力,又能通过锚索调动深部围岩强度的支护能力,从而可以实现软岩巷道支护体与围岩在强度上、刚度上和结构上的耦合,保证软岩巷道围岩的稳定性。     

巷道诱发型冲击地压的发生机制及危险性分析

为了治理巷道诱发型冲击地压发生的灾害,从力学机制方面阐述了巷道诱发型冲击地压发生的静-动应力主导关系,揭示了巷道诱发型冲击地压发生的机制;将煤层巷道的围岩二次静应力和震源产生的动应力叠加,得到了巷道围岩二次应力与不同应力波叠加后的最大主应力和最小主应力表达式。从高应力差和巷道围岩冲击倾向性两方面考虑,提出了巷道诱发型冲击地压发生的判断方法;直接判断出巷道在特定深度、震源在某个位置、产生一定的应力波时,巷道发生冲击地压及冲击范围,并解释了巷道群附近产生大范围冲击的机制,成功分析了山东某煤矿掘进工作面发生冲击的原因。研究结果为分析诱发型冲击地压的危险性提供了理论基础,为治理诱发型冲击地压提供了技术途径。     

冲击矿压巷道围岩控制的强弱强力学模型及其应用分析

根据巷道冲击震动破坏的原因和机理,建立了冲击矿压巷道围岩稳定性控制的强弱强（3S）结构力学模型,分析了该力学模型防冲抗震机理,在结构自身强度、应力转移和吸收、变形及能量耗散等方面分别表现出不同的3S特征,并推导得到了巷道支护体内强小结构发生冲击震动破坏的应力判据和能量准则。最后,对该模型在工程中的应用做了理论分析,提出要通过减小外界震源载荷、合理设置弱结构、提高支护强度等措施来防范巷道冲击矿压动力灾害。     

深部岩巷分区破裂围岩稳定性控制方法及应用

深部高地应力岩巷开挖后围岩内出现分区破裂现象,采用传统的原设计方案巷道稳定性差。根据巷道围岩变形破坏的现场监测结果,经过理论分析和支护试验,提出了“提高法向约束、锚杆增韧止裂、协调耦合支护、应力内部转移、分区充填注浆、增强围岩强度”的锚注一体化综合控制方法理念。并提出了相对应的综合支护技术,即首先采用高预紧力超强锚杆及时支护围岩,锚杆的长度和数量分别由监测结果和分区支护能量判据确定;其次采用高强锚索让压梁支护巷道顶板,实现锚杆、锚索的协调耦合支护和围岩应力内部转移;最后采用中空分段螺旋式注浆技术进行滞后加固。最后针对监测巷道采用锚注一体化综合控制方法和技术进行了支护优化设计并进行现场支护试验,监测结果表明,优化支护的巷道稳定性良好。     

岩浆岩床下伏短壁综放面集中静载荷型冲击启动原理

为了探索没有动载荷源的冲击地压发生原理,以平庄某矿为例,采用数值分析、理论分析结合现场实测的方法,研究了巨厚岩浆岩床下伏短壁综放面回采前冲击启动原理。结果表明,巨厚岩浆岩床下伏短壁综放面开始推进前、后,下巷冲击启动都不需要动载荷源,难垮岩浆岩顶板的悬臂为冲击启动提供了足够的集中静载荷;短壁工作面开采使得下巷处于高位高应力区中,加剧了下巷冲击危险性;倾斜煤层巷道冲击时,围岩主应力方向大致与煤层倾向正交,使围岩冲击、鼓出非对称局部化,并且大致位于煤层倾向面的法线方向,这一认识为倾斜煤层冲击地压巷道支护与卸压实行非对称性提供新论点。     

滇东南老君山锡多金属成矿区含矿岩系稀土元素地球化学

老君山锡多金属成矿区是滇东南锡多金属成矿带的重要组成部分,具有矿化类型多样等特征。为约束成矿区内不同类型矿化的成矿流体来源,本文选取老君山成矿区内不同类型矿石及其对应的简单夕卡岩、复杂夕卡岩和花岗岩等围岩为研究对象,进行稀土元素含量分析和配分模式对比研究。全部样品总稀土含量较低(ΣREE=14.3×10-6²61.7×10-6),并具有轻稀土富集特征,其中简单夕卡岩的ΣREE=14.3×10-6261.7×10-6),并具有轻稀土富集特征,其中简单夕卡岩的ΣREE=14.3×10-6⁷1.49×10-6,具有Eu正异常(δEu=1.0671.49×10-6,具有Eu正异常(δEu=1.06¹.36)和Ce负异常(δCe=0.841.36)和Ce负异常(δCe=0.84⁰.93)特征,其对应的矿石ΣREE=48.7×10-60.93)特征,其对应的矿石ΣREE=48.7×10-6⁶2.94×10-6,δEu=3.0162.94×10-6,δEu=3.01³.74,δCe=0.803.74,δCe=0.80⁰.87;复杂夕卡岩的ΣREE=25.14×10-60.87;复杂夕卡岩的ΣREE=25.14×10-6²61.7×10-6,δEu变化范围为0.54261.7×10-6,δEu变化范围为0.54².68,δCe变化范围为0.822.68,δCe变化范围为0.82⁰.97,其对应的矿石ΣREE范围为77.95×10-60.97,其对应的矿石ΣREE范围为77.95×10-6²43.2×10-6,δEu=0.52243.2×10-6,δEu=0.52².85,δCe=0.892.85,δCe=0.89⁰.96;花岗岩的ΣREE含量变化范围较窄(69.42×10-60.96;花岗岩的ΣREE含量变化范围较窄(69.42×10-6¹52.8×10-6),具有强负Eu异常(δEu=0.20152.8×10-6),具有强负Eu异常(δEu=0.20⁰.36)和弱正Ce异常(δCe=1.010.36)和弱正Ce异常(δCe=1.01¹.15)特征,其对应的矿石ΣREE=54.04×10-61.15)特征,其对应的矿石ΣREE=54.04×10-6⁷8.31×10-6,δEu=0.3478.31×10-6,δEu=0.34⁰.76,δCe=0.950.76,δCe=0.95¹.01。可见不同类型矿化的稀土含量及相关参数特征与对应的赋矿围岩极为相似,暗示不同类型矿化成矿流体中稀土可能来自对应的赋矿围岩。此外,简单夕卡岩及其相关矿石的稀土元素特征与海相火山喷流沉积岩类似,而复杂夕卡岩及其相关矿石的稀土元素特征具有海相火山喷流沉积与花岗岩叠加改造的双重特征,进一步说明老君山锡多金属成矿区内锡多金属的矿化存在多种成矿作用共同影响的痕迹。     

安徽新桥块状硫化物矿床地球化学特征

新桥块状硫化物矿床发育双层结构,地球化学特征也呈现出明显的“二元性”和垂向变化。下部网脉状蚀变矿化岩石SiO₂、Al₂O₃、K₂O和Na₂O等含量较高,上部层状块状矿石和含矿岩石Fe₂O₃、FeO、CaO、MgO及SiO₂等明显富集。稀土含量相对较低,上部层状块状矿层平均值为10.73×10^-6,下部通道相蚀变矿化岩石平均值为126.1×10^-6。重晶石δ³⁴S值为+16.2‰,硬石膏δ³⁴S值为+11.2‰,黄铁矿δ³⁴S值为+1.5‰～+4.7‰。含矿硅质岩δ¹⁸O为+12.0‰～+13.9‰,下部通道相含黄铁矿石英脉δ¹⁸O值为+13.3‰～+18.6‰。自下部网脉状矿化到上部层状块状矿层,从粗晶细晶到变胶状胶状黄铁矿,δ³⁴S、δ¹⁸O和δ30Si值逐渐降低,²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb和²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb平均值逐渐增高。     

软岩巷道中网壳锚喷结构受力监测分析

软岩巷道支护是煤炭开采中的一大难题,古汉山矿西大巷围岩工程地质条件差,巷道变形破坏严重,支护难度大,采用了网壳锚喷支护方式。通过实测在地应力及构造应力作用下,网壳锚喷支护支架主弦杆、内骨筋的应力分布情况及支架与围岩的接触应力,分析了支架应力分布及其变化规律。结果表明,网壳支架在偏载和高构造应力情况下均能保持良好的工作状态,能够很好地控制复杂地质条件下巷道围岩的变形和破坏。      

顶板-支护系统准共振诱发冲击地压机制研究

冲击地压的发生机制与防治是煤矿动力灾害研究的重要问题。巷道顶板-支护系统在围岩扰动作用下存在接近共振状态的准共振现象将诱发顶板支护系统的冲击灾害,表现为顶板的位移、速度、加速度3种准共振强响应。依据支护失稳及支护塑性屈曲判别条件,给出支护动载破坏的3个安全系数及相应的危险扰动频率比区间,同时针对顶板支护系统准共振诱发的冲击灾害给出支护阻尼防冲控制分析。结果表明：在外界扰动力幅值低于静载下的支护临界破坏载荷时,顶板-支护系统的准共振现象是导致支护冲击破坏的主要原因;支护破坏的准共振危险扰动频率比区间与顶板支护系统的阻尼比及力幅比有关,随着阻尼比的增加,顶板准共振时的位移、速度及加速度响应幅值均减小,支护阻尼是对3种准共振响应均敏感的控制量;随着顶板支护系统阻尼比的增大或力幅比（外界扰动力幅值与支护静载破坏临界载荷之比）的下降,支护的危险扰动频率比区间范围将缩小甚至消失,同时阻尼比和力幅比取值均较小时,顶板支护系统在3种准共振下的危险扰动频率比取值区间较为接近。该研究将丰富对冲击地压发生机制的认识,同时对支护防冲控制设计具有参考价值。     

昭通国家级示范区浅层页岩气立体开发探索：以海坝背斜南翼YS203H1平台为例

昭通国家级示范区浅层页岩气分布面积广、地质储量大,具备较大开发潜力.为实现示范区中部海坝背斜浅层页岩气的高效建产和资源最大化动用,在总结示范区太阳背斜浅层页岩气立体开发经验基础上,遵循地质工程一体化理念和研究思路对海坝浅层页岩气立体开发可行性及井网部署方式进行探索.结果表明：单层井网开发仍以龙一1¹小层为最佳靶体,五峰组在当前工艺技术和经济指标下,暂不具备作为独立开发层系经济开发的条件,仍需进一步探索;龙一1¹小层+龙一1³小层间I+II类优质储层厚度大,相比龙一1¹单层开发,采用龙一1¹小层+龙一1³小层下部双层立体交错井网在相同井距及井数的立体开发方案下,井组EUR及IRR均有较大增加;在相同控制面积条件下,井距和井数之间存在最优化区间,在当前工艺技术和经济指标下,建议250 m为最佳井距;若建井及改造成本下降,有进一步缩小井距、提高井组整体EUR的潜力;大规模水力压裂不但会改变就地应力大小,还会改变水平主应力方向,从而改变近井地带应力状态,使其从走滑...     

大断面综放沿空巷道煤柱合理宽度与围岩控制

确定合理的区段煤柱宽度及巷道支护型式和参数,对于提高资源回采率和巷道安全性及实现综放开采高产高效意义重大。以王家岭煤矿20103区段运输平巷为工程背景,采用FLAC3D数值分析了不同煤柱宽度下围岩主应力差、变形及破坏演化规律,认为合理煤柱宽度为6～10 m,并结合实际地质和生产条件确定试验巷道煤柱宽度为8 m。采用理论分析和现场钻孔窥视方法综合确定基本顶断裂线位于距采空区约7 m处,认为由于综放沿空巷道围岩性质结构和应力分布沿巷道中心线呈明显非对称性,将引发煤柱侧顶板严重下沉和肩角部位煤岩体错位、嵌入、台阶下沉等非对称破坏特征,靠煤柱侧顶板及肩角部位是巷道变形破坏的关键部位。在此研究基础上,针对性地提出了以高强锚梁网、不对称锚梁、锚索桁架为主体的综合控制技术,详细阐明了具体支护措施的控制机制,并进行现场应用。工程实践表明,8 m煤柱宽度合理,该支护技术能够保证窄煤柱沿空巷道围岩稳定,并已在王家岭煤矿大面积推广应用,对类似工程条件的支护技术具有一定的理论意义和实用价值。     

基于能值-生态足迹模型的湖北省生态安全评价

基于能值分析法改进的生态足迹模型,对1997-2014年湖北省生态经济系统长时间序列可持续发展趋势和生态安全状况进行了定量分析。结果表明：研究期内湖北省多年平均能值密度为1.286×10¹⁵ sej·hm^-2,人均能值生态承载力从1.18 hm²下降到1.10 hm²,人均能值生态足迹由4.50 hm²增加到8.72 hm²。从1998年起湖北省人均生态足迹逐年扩大,以年均6.2%的速度快速增长,一直处于生态赤字状态,且赤字增大趋势明显;生态压力指数从3.82增长到7.95,生态安全形势严峻。湖北省生态环境系统不足以维持自身经济社会快速发展,其中城市建设发展和重工业的能耗压力大以及进出口总额剧增是造成区域生态赤字的主要原因。     

北京延庆地区南湾道豁子沟泥石流发育特征

以北京市延庆地区南湾道豁子泥石流沟为研究对象,通过野外泥石流沟精细调查及历史资料统计,详细了解该泥石流发育特征和形成条件,针对流域内松散堆积物补给条件进行重点分析;综合研究该泥石流的动力学特征,进行泥石流危险区预测评价,提出相应的防治措施建议。研究结果表明:该泥石流沟内松散堆积物动储量为18.47×10⁴ m³,分为冲洪积、残坡积、人工堆积和崩滑塌等4种补给来源,其中冲洪积和残坡积所占比重最大;泥石流发展阶段处于衰退期;经动力学分析,洪峰流量值在10年一遇的降雨条件下为52.53 m³/s,20年一遇的降雨条件下为59.25 m³/s,50年一遇的降雨条件下为68.13 m³/s,100年一遇的降雨条件下为74.85 m³/s,对应的一次固体冲出总量分别为0.77×10⁴ m³、0.87×10⁴ m³、1.00×10⁴ m³和1.10×10⁴ m³;属于中型泥石流,最大危险区面积为0.238 3 km²。通过评价分析,该泥石流沟仍存在爆发中型泥石流的可能性,将对下游南湾村以及千沙公路行车和行人的生命财产安全造成威胁。研究成果可为延庆地区该类泥石流单沟预警模型研究和灾害防治提供科学依据。