三轴应力状态下单裂隙突水机理的实验研究

介绍了单裂隙试样在不同三轴应力状态下，其导水性能的变化规律，充填物对裂隙导水性的影响，并得到了突水判据。     

锦屏普斯罗沟坝址右岸地下水连通试验

连通试验证明普斯罗沟溪水与PD07、PD47、PD01、PD29及其邻近泉存在水力联系。地下水涌水点的分布受T2-3z^2(4)层和NW向张性裂隙带控制。涌水点水的电导率曲线具双峰特征，揭示右岸地下水系统具岩溶管道与岩溶裂隙双重并联型特征。右岸坝肩内地下水水力坡度较大，且裂隙及岩溶裂隙通道较为发育。普斯罗沟沟水是右岸坝肩地下水的重要补给源，但并非右岸坝肩地下水的唯一补给源，可能还存在其他补给源，锦屏山断裂属于区域性的导水带，通过该导水带有一定量的地下水从其南侧的解放沟方向越过普斯罗沟潜入了右岩坝肩。     

巨厚火成岩在煤系中的水文地质意义

通过对海孜煤矿7煤各工作面突水的特征和水质对比等方法，结合采后形成的导水裂隙带高度，得出了导致7煤各工作面突水的水源是来自巨厚火成岩侵入时对围岩产生的破坏裂隙水，在此基础上提出了侵入裂隙的概念，突水通道为采后形成的导水裂隙，并针对突水成因，提出了控制采高和提前疏放等防治措施。     

煤层顶板导水裂隙带发育高度工程地质模拟研究——以黑龙江省新发煤矿29~#煤层为例

煤层顶板导水裂隙带发育高度是煤矿设计部门在留设防、隔水煤柱时必须考虑的一个重要参数,对煤矿水体下采煤、顶板防治水具有重要意义。采用实验室工程地质模拟方法,对新发煤矿29#煤层顶板导水裂隙带发育高度进行模拟,模拟的导水裂隙带发育高度为26.3 m;运用关键层理论,计算的导水裂隙带高度为28.29 m。综合确定导水裂隙带发育高度为26.3 m。实验室工程地质模拟方法及应用实例为地质条件相似矿区解决开采上限、留设防(隔)水煤柱等问题提供了方法和数据支持。     

考虑覆岩原生裂隙的导水裂隙带模拟

导水裂隙带高度的确定对松散承压含水层下煤矿安全开采和矿区生态环境保护具有重要意义。以往根据塑性区判断导水裂隙带范围的数值模拟方法不能完全反映覆岩的破断机制。为了更准确地预测导水裂隙带发育高度,应用断裂力学方法,将裂纹尖端K场区内的应力强度因子断裂判据与摩尔-库伦屈服准则结合,提出了原生裂隙存在时的岩石断裂准则。利用自仿射分形模型建立起原生裂隙场分布,并通过有限元分析软件COMSOL Multiphysics将原生裂隙场和岩石断裂准则应用到导水裂隙带发育的数值模拟中,对淮北煤田青东煤矿的839工作面开采进行了模拟计算。结果显示,考虑原生裂隙时,导水裂隙带在贯通后高度达到92.5 m。与传统数值模拟和经验公式法相比,考虑原生裂隙的模拟结果与现场测量结果更为接近。这说明,采用自仿射分形模型所生成的裂隙场可以较好地模拟岩体内复杂而无序的原生裂隙分布,且与传统数值模拟和经验公式法相比,考虑原生裂隙的模拟方法能够更好地反映导水裂隙带的发育规律。      

深埋土岩接触带下导水裂隙带发育规律

为了探寻深埋土岩界面下压架突水事故的机理,在分析高水压裂隙岩体赋存特征的基础上,基于导水裂隙带高度实测值及钻孔简易水文观测资料,采用理论及主控因素影响分析研究了深埋砂土砂岩界面下导水裂隙带的发育规律,研究结果表明:近深埋土岩界面带煤层开采,裂采比与防水煤岩柱高度符合Boxlucas1指数函数模型;当煤层顶板岩层大部分位于风化带深度范围时,风化带岩性的存在对导水裂隙带的高度发育起到了一定的抑制作用;风化带厚度对导水裂隙带的高度起到一定的抑制作用;而砂土砂岩界面下,由于下渗带的存在,水对岩体强度的影响,使得处于下渗带内岩层实际对导水裂隙带高度抑制作用相应的增大。     

岩体裂隙中渗流场有限元随机模拟分析

采用有限元方法数值,模拟了开度随机分布裂隙中的渗流场问题。根据给定的裂隙开度均值和标准差,随机分布生成有限元模型中的单元裂隙开度,模型中的材料参数和单元属性用ANSYS中的APDL参数化语言赋值。根据有限元随机模拟断面的流量分布和稳态渗流问题的达西定律,计算在不同裂隙开度标准差条件下的等效导水系数,研究等效导水系数与裂隙粗糙度之间的关系。数值模拟结果表明,与光滑平直的裂隙相对比,在裂隙平均开度为常数、开度随机正态分布的条件下,表面粗糙裂隙的等效导水系数略有降低;对于裂隙平均开度为0.5 mm的裂隙模型,裂隙开度标准差从0.01 mm变化到 0.2 mm,其等效导水系数变化小于5 %。传统的渗流控制方程无法精确描述地下水在粗糙裂隙中的流动特征,因为在压力水头的定义中忽略了速度项。     

基于PSO-BP神经网络的导水裂隙带高度预测

导水裂隙带高度是西部矿区保水采煤的理论依据和关键参数。近年来,BP神经网络广泛应用于导水裂隙带高度预测,但BP神经网络存在收敛速度慢、易陷入局部极小等问题。为提高导水裂隙带高度预测的准确性,利用粒子群优化算法(PSO)对BP神经网络的权值和阈值进行优化,建立基于PSO-BP神经网络的导水裂隙带高度预测模型。选择开采厚度、开采深度、工作面倾斜长度、煤层倾角、覆岩结构特征为导水裂隙带高度主要影响因素,选取22例导水裂隙带高度实测数据对PSO-BP神经网络进行训练,将训练后的PSO-BP神经网络对2例测试样本的预测结果与实际值进行对比,并与BP神经网络预测模型及经验公式预测结果进行对比。结果表明:PSO-BP神经网络预测模型的平均相对误差为1.55%;BP神经网络预测模型的平均相对误差为4.8%,经验公式的最小相对误差为9.4%,PSO-BP神经网络预测精度明显优于BP神经网络和经验公式,且绝对误差和相对误差变化较稳定,可以有效预测导水裂隙带高度。      

永城矿区煤层底板裂隙灰岩突水机理

根据永城矿区的水文地质条件以及煤层底板裂隙突水的情况,划分出开放裂隙突水、闭合引张裂隙突水、递进导升突水等3种类型,并分析了各种类型突水的特征和突水机理。      

东胜煤田乌拉素矿区水文地质特征及充水因素研究

近年不断发生的突水事故,给煤矿安全生产带来严重威胁,研究矿区水文地质特征,分析矿井充水因素有重要现实意义。根据东胜煤田乌拉素矿区地质勘探和水文地质资料,对煤层开采导水裂隙带高度进行计算,结果表明:直罗组底部、含煤系地层的裂隙承压水含水层和上部煤层采空区内的积水,是煤层开采时矿井涌水的主要充水水源,矿井充水通道有断层裂隙带、封闭不良钻孔、采动导水裂隙带;其中导水裂隙带会将上部煤层采空区积水导通,使充水强度增大,矿坑涌水量增加。建议开采过程中要做到边探边采,探采结合,预防突水问题。     

利用钻孔确定采空区垮落带和导水裂隙带高度

通过对刘桥二矿452采区钻孔资料中的各项测试结果进行分析,探讨采空区煤层覆岩破坏情况,用钻孔确定垮落带及导水裂隙带的高度。     

关于龙门石窟景区泉水间歇性断流影响因素的分析

景区内大部分泉水受东西向断裂控制,东西向断裂是常村煤矿、龙门煤矿与泉水联系的重要通道,矿井中的地下水大部分为煤层底板的石炭系灰岩及寒武系白云岩中的岩溶水,在采矿过程中遇到导水断裂造成矿井突水,引起地下水位下降,泉水动态主要决定于煤矿排水量的大小;在双层结构水文地质区,供水井开采地下水可引起浅层水与深层水发生补排关系,是泉水动态变化的间接影响因素。煤矿排水占全区总排水量的80．2％,供水井抽水占全区总排水量的19．8％,因此,影响龙门石窟景区泉水断流的主要因素为矿井排水,供水井开采是泉水断流的次要因素。     

沁水煤田坪上井田充水因素分析

对延河泉域北部的坪上井田 3号煤层和 15号煤层的充水因素进行了综合分析 ,将该井田和突水严重的山东淄博矿区从区域水文地质条件、隔水岩层厚度、断层导水作用、含水层的富水性诸方面进行对比 ,分析煤层底板突水的可能性。由此得出结论 ,3号煤和 15号煤的开采是比较安全的     

风化片岩残积土剪切特性研究

为考察片岩残积土的剪切特性,结合鄂西北山区某边坡工程,开展了风化岩残积土大型原位直剪试验,研究了风化岩残积土的结构组成、剪切面破损特性、剪切强度特性及其含石率、起伏度等相关关系。结果表明：该风化岩残积土应力-应变曲线多呈应变硬化特征,无明显峰值;束状孤石和束状石组多为翻滚和啃断破坏,起伏度随含石率的增大而增大,近似呈线性关系;爬坡效应会引起剪胀,造成剪应力和垂直应力的增大;随着垂直应力的增大,剪切破坏机制逐渐由滑移破坏变为啃断破坏,剪压应力比（剪应力与垂直应力的比值）逐渐减小。研究成果可为边坡工程变形及稳定性分析提供参考。     

冻结井筒冻结孔涌水机理及逆流引流注浆封堵技术

针对我国西部地区深基岩冻结井筒冻结孔涌水水害技术难题,以胡家河矿主立井井筒冻结孔水害治理工程为实例,分析了冻结孔环状导水通道生成及涌水机理,进而提出一种创新性的逆流引流注浆封堵技术,并介绍了该技术的原理及施工工艺。工程实践证明,该技术能高效快速治理冻结孔涌水水害。     

高应力卸荷条件下大理岩破裂面细微观形态特征及其与卸荷岩体强度的相关性研究

岩石的破裂性质及破裂面的起伏粗糙特征对岩石的破裂机制及破裂面的参数取值具有重要的理论和应用意义。采用高精度的三维激光扫描和扫描电镜技术,结合分形理论,揭示高应力条件下大理岩卸荷破裂性质及破裂面的细微观形态特征,阐述主破裂面粗糙度分形维与卸荷岩体强度间的相关规律。在高应力卸荷条件下,大理岩岩样随着卸荷速率的递增宏观破裂性质由剪切、拉剪复合向张拉劈裂发展。初始围压越高卸荷速率越快,主破裂面越起伏粗糙,而初始围压越高卸荷速率越慢,主破裂面越平坦光滑。随卸荷速率的增大,微观上大理岩逐渐由穿晶剪切断裂、沿晶面张裂+穿晶剪切的复合断裂、沿晶面张裂或劈裂的变化特征。卸荷岩体的内摩擦角随破裂面粗糙程度分形维D的增大而增大,而黏聚力随D的增大而减小。     

指示变异函数在裂隙介质渗透性参数空间分布规律研究中的应用

简要介绍了变异函数和指示变异函数的概念,以拉西瓦水电站坝址区右岸花岗岩体裂隙介质渗透性研究为例,利用一般统计法、变异函数和指示变异函数的方法分析了单位吸水量数据。结果表明,指示变异函数能够很好地表征裂隙介质的非均质和各向异性特征,特别是极端值（极端大或极端小）的空间连续性程度,是进行裂隙介质渗透性研究的有效工具。     

Parameters controlling pressure and fracture behaviors in field injectivity tests: A numerical investigation using coupled flow and geomechanics model

Field injectivity tests are widely used in the oil and gas industry to obtain key formation characteristics. The prevailing approaches for injectivity test interpretation rely on traditional analytical models. A number of parameters may affect the test results and lead to interpretation difficulties. Understanding their impacts on pressure response and fracture geometry of the test is essential for accurate test interpretation. In this work, a coupled flow and geomechanics model is developed for numerical simulation of field injectivity tests. The coupled model combines a cohesive zone model for simulating fluid-driven fracture and a poro-elastic/plastic model for simulating formation behavior. The model can capture fracture propagation, fluid flow within the fracture and formation, deformation of the formation, and evolution of pore pressure and stress around the wellbore and fracture during the tests. Numerical simulations are carried out to investigate the impacts of a multitude of parameters on test behaviors. The parameters include rock permeability, the leak-off coefficient of the fracture, rock stiffness, rock toughness, rock strength, plasticity deformation, and injection rate. The sensitivity of pressure response and fracture geometry on each parameter is reported and discussed. The coupled flow and geomechanics model provides additional advantages in the understanding of the fundamental mechanisms of field injectivity tests.     

Understanding the effect of single-fracture heterogeneity from single-well injection-withdrawal (SWIW) tests

The single-well injection-withdrawal (SWIW) tracer test is a method used to estimate the tracer retardation properties of a fracture or fracture zone. The effects of single-fracture aperture heterogeneity on SWIW-test tracer breakthrough curves are examined by numerical modelling. The effects of the matrix diffusion and sorption are accounted for by using a particle tracking method through the addition of a time delay added to the advective transport time. For a given diffusion and sorption property (P _m) value and for a heterogeneous fracture, the peak concentration is larger compared to a homogeneous fracture. The cumulative breakthrough curve for a heterogeneous fracture is similar to that for a homogeneous fracture and a less sorptive/diffusive tracer. It is demonstrated that the fracture area that meets the flowing water, the specific flow-wetted surface (sFWS) of the fracture, can be determined by matching the observed breakthrough curve for a heterogeneous fracture to that for a homogeneous fracture with an equivalent property parameter. SWIW tests are also simulated with a regional pressure gradient present. The results point to the possibility of distinguishing the effect of the regional pressure gradient from that of diffusion through the use of multiple tracers with different P _m values.     

轮南地区奥陶系天然裂缝形成的控制因素与发育机理

地下天然裂缝是导致地质灾害的主要原因之一，轮南奥陶系埋深在5000m以下，岩体的天然裂缝不能直接观察，且其天然裂缝发育受多种因素控制，在地质演化过程中经多斯发育而成，发育机理非常典型、复杂。通过观察、描述岩芯的裂缝发育特征，分析深度、温度、围压、剥蚀、裂缝充填等因素对地下岩体力学性质的影响，确定了裂缝发育的控制因素。进而预测了裂缝发育概率分布和发育特点，分析了轮南地区奥陶系天然裂缝的发育机理。