采动岩体力学基础研究与展望

从岩石材料的本构特性与理论，采动岩体中的灰色结构，采动岩体的变形－破裂－结构－运动全过程描述，采动应力场及采场岩体力学对传统固体力学理论的冲击等方面，展望采动岩体力学作为２１世纪固体力学新生长点的前景。     

山区平缓采动斜坡裂缝成因机制研究

西南山区采动斜坡多具有高陡临空地形、“上硬下软”坡体结构、岩层平缓、陡倾节理面发育、开采活动强烈等特点,往往发育与采空区边界对应的宽大裂缝,未见明显的移动盆地,形成机制复杂。本文以贵州都匀市接娘坪变形体为例,通过数值模拟分析了采动斜坡裂缝成因机制。研究结果表明,受坡体内煤层采空及高陡临空地形影响,斜坡覆岩沿陡倾节理开裂并一直向上延伸到地表,随着重复采动的进行,裂缝开裂程度增大,有向临空面倾倒破坏的趋势,斜坡未形成明显的沉陷盆地。斜坡裂缝形成演化过程包括开采扰动-坡顶拉裂-裂缝加剧等3个阶段,斜坡在多煤层重复采动条件下裂缝变形经历4个阶段,即初始变形阶段、缓慢变形阶段、急剧变形阶段、稳定变形阶段。     

我国主要赋煤区煤炭生态地质特征研究

我国的能源结构正逐渐由高碳向低碳转变,但煤炭依然占据我国化石能源消费的主体地位,并在未来较长一段时间内不会改变。传统的煤炭地质勘查工作勘查方式方法效率低,资源的开发方式加剧了生态环境的破坏。在传统的构造“九宫”分区基础上,重点考虑生态环境和煤炭资源分布两大因素,划分出九大煤炭生态区,分析各生态区煤炭生态地质特征,总结典型的生态破坏问题,以期适应新时代生态文明建设要求。     

复合采动影响下边坡岩体变形机制的数值分析

在各类矿产资源的开采过程中,有许多矿区属地下与露天复合开采情况。依据采区的空间对应关系,两种采动影响域中的一部分相互重叠,致使其采动效应相互作用和相互叠加,从而组成一个复合动态系统,因此,边坡岩体变形机理更加复杂,与单一露天开采相比有较大的差异。然而,过去在处理此类问题时近似地按单一露天采动影响下的分析方法,结果与实际情况有一定差异。     

鄂尔多斯盆地煤炭基地含水层及其保护研究

鄂尔多斯盆地周边分布着神东、陕北、黄陇和宁东四个大型煤炭基地,煤炭资源丰富,但开采利用程度低,是我国＂十二五＂期间重点开发的矿区。在系统分析盆地内侏罗系煤层顶板白垩系裂隙含水层和第四系萨拉乌苏组孔隙含水层富水性的基础上,揭示了含水层与煤层的叠置关系;以煤炭开采破坏含水层、煤层与含水层距离、煤层与地表距离、含水层富水性为依据,将含水层破坏模式划分为：破坏顶板萨拉乌苏组含水层亚区、煤层埋藏浅破坏顶板含水层及生态环境亚区、破坏顶板含水层富水性较好亚区、破坏顶板含水层富水性较弱亚区,并对含水层破坏程度进行了分区评价;最后提出了含水层保护措施,为煤炭开采后的防治水工作提供了依据。     

深部采动对塌陷盆地周边土体影响的空间效应研究

深厚覆盖地区,煤矿开采会在地表形成塌陷盆地;采动塌陷不但改变了原有的地貌形态,还会对周边场地环境及一定范围内土的工程性质产生影响;采用非线性动力学理论对塌陷周边场地土层的静力触探孔比贯入阻力的数据进行分析,结果表明：采动、塌陷对其周边场地土的影响存在显著的空间效应。具体在分形特征上表现为：同一勘探线上,随远离塌陷中心距离的增加,静力触探的分维数表现出显著的趋势性特征。这不但与场地土土工试验指标相吻合,同时配分函数标度区间变化也证实了这一结论。     

煤层采动条件下断层活化研究的现状分析及展望

采动条件下断层活化易于诱发冲击地压、底板突水等动力地质灾害,如何对采场断层活化引起的一系列动力地质灾害开展超前防治预警,一直是煤矿安全开采面临的科学技术难题.从数值模拟、相似物理模拟及现场测试三个方面,概述国内外采场断层活化方面的研究现状;围绕断层活化的监测预警方法,包括微震监测技术、声发射技术、视电阻率监测技术、光纤...     

矿山水文地质结构及其采动响应

本文以谷德振先生创立的岩体工程地质力学理论为指导,在水文地质结构概念的基础上提出了矿山水文地质结构的概念,结合我国煤矿的宏观地质背景及矿山水害的研究基础,基于矿山水文地质结构对矿山水害类型进行了重新划分。从突水水源、导水通道以及采掘活动3个致灾危险源出发,结合矿山突水溃砂灾害、底板突水实例,对矿山水文地质结构的采动响应进行研究,为矿山水害防治和矿山安全地质工作提供了一种新的思路和途径,显示了岩体工程地质力学在煤矿水文地质工程地质研究中的重要指导作用和强大的生命力。     

复合采动边坡变形机理及稳定性评价

在边坡下采煤,井工开采不仅使边坡岩土体结构发生破坏,物理力学强度降低,同时还会引起边坡岩土体中的应力发生重分布,对露天边坡的变形及稳定性将产生较大影响.本文以山西平朔安太堡露天矿东帮边坡在B900工作面井采影响下的位移监测资料为基础,分析总结了露井联合开采条件下边坡变形规律及机理,并结合结构面组合判断、FLAC数值模拟...     

裂隙注浆偏流机理及帷幕体采动效应研究综述与展望

注浆堵水是地下工程和矿山水害防控的常用技术措施,但是,目前浆液扩散机理与采动效应的研究滞后于工程实践的要求,制约了注浆工程科学有效地实施。本文跟踪裂隙岩体中注浆浆液扩散研究,受裂隙地下水“偏流效应”启发,提出了深部矿山裂隙岩体动水注浆浆液扩散偏流效应的命题,包括2个关键科学问题：裂隙岩体动水注浆浆液扩散偏流机理、偏流形成的“浆-岩”组合体采动变形破坏和渗透性变化机理。结合研究趋势,提出了跨学科综合研究方法。以典型矿山注浆防治水工程为背景,研究深部矿山水文地质结构及其采动时空演化,揭示裂隙岩体动水条件下注浆浆液扩散偏流机理及其影响因素,获得裂隙岩体内帷幕注浆形成的三维异形“浆-岩”组合体形态和力学特性,建立浆液偏流扩散数学模型,构建“浆-岩”组合体渗透性采动效应评价方法,为深部矿山水害防治和安全生产提供科学基础。     

卧龙湖煤矿102工作面顶板采动效应研究

基于卧龙湖煤矿的岩石力学测试资料,运用FLAC3D数值模拟软件,分析了102工作面在回采过程中的应力重分布、覆岩的变形和破坏特征。数值模拟结果表明,随着工作面的向前推进,垂直方向应力和位移成增加的趋势,采空区中间部位岩体位移近于垂直方向。研究结果为工作面布置方法、顶板支护方式的选择和采区设计提供了依据,为顶板事故的预防提供了参考资料。     

矿山复合采动效应的时空属性

在各类矿产资源的开采过程中,有许多矿区属于地下与露天复合开采情况,依据采区的空间对应关系,两种采动影响域中的一部分相互重叠,致使其采动汀互作用和相互叠加,从而组成一个复合动态系统,本文在理论与实例分析的基础上,研究地下与露天复合采动体系中岩体的变形机理及其不同时序开挖间的影响特点的记忆关系与空间变化特征,并在此基础上总结出矿山复合开挖岩体变形特点与规律性。     

压矿采动对线性水利工程影响研究

随着易采煤矿资源的逐渐减少和基础水利工程建设的势在必行,压矿开采不可避免。在压覆煤矿资源合理开采的情况下,如何保证基础水利工程设施的正常运行是一个重大的现实难题。本文以重庆金佛山水利工程输水渠系为例,运用沉陷预计MSPS系统预计压矿采动引起的地表沉陷各项数据,分析压矿采动对线性水利工程输水渠系产生的影响,提出相应的变形处置措施。研究结果表明,线性水利工程压矿采动对水利工程的影响是显著的,影响系指采动沉陷引起地表线性水利工程产生变形,导致输水渠系结构破坏引起水体疏漏,差异沉降导致水体漫溢,导水裂隙和冒落带的影响通常较小,通过减小沉降缝设置间距以及增加渠系高度方法可消除地表沉陷对线性水利工程的危害。     

对兖州煤田红层采动裂隙发育特征的讨论

兖州煤田因为红层在横向上的水力联系较好,红层在横向上受采动影响的范围并不小。纵向上,红层或煤系采动裂隙未达百米。红层水位下降,并非一定是冒裂带波及红层导致红层水下泄所引起;红层水位上升,也并非一定是采动作用后期,存在压实现象,使红层采动裂隙闭合,阻止红层水下泄之果。而压力的增减则是红层水位升降的主要原因。     

深部煤层采动破坏电位响应特征与分布规律

为了研究采动破坏过程煤体电位信号的响应特征与规律,利用自主研发的矿用电位仪在河南薛湖煤矿25050综采工作面进行了现场测试。结果表明：煤层采动破坏过程能够产生显著的电位信号,电位响应特征能够揭示煤体应力状态的变化,随着回采工作面的推进,电位强度呈先增加后降低趋势,利用钻孔卸压后,煤体应力降低,电位信号随之下降;电位强度与钻屑量的空间分布规律基本一致,利用电位空间分布规律能够识别应力异常特征,出现“卡钻”现象时,煤体应力异常,电位强度出现峰值;当瓦斯指标超限或出现大能量煤炮事件时,电位信号呈超前增大趋势并伴随剧烈波动,利用电位信号能够识别煤岩动力灾害危险的前兆特征。研究成果表明利用电位手段可现场监测煤体采动破坏、预警煤岩动力灾害。     

采动斜坡稳定性的块体理论研究

本文分析了采动斜坡块体的变形破坏特征，应用石根华块体理论的基本思想，讨论了转动块体的岩石力学模型的数学模型，提出了转动块体的判定条件，同时，借助于工程实例和基底摩擦模型试验，对有关讨论进行了验证。     

杨庄煤矿六煤底板采动效应研究

根据杨庄煤矿的开采地质条件,分别建立了走向和倾向两类基本模型,应用数值模拟方法,模拟计算了工作面不同推进距离和不同切眼长度时,底板的破坏深度、范围及采动底板应力分布。数值模拟与现场应力测试及注水试验结果基本一致。对煤矿底板灰岩水的防治有一定的指导意义。     

晋城岳城矿地面采动区井井位优选与抽采寿命研究

为了降低晋城岳城矿工作面U型通风造成的上隅角瓦斯聚集,提高采动与采空区煤层气地面井抽采井产量及抽采寿命,在借鉴成庄矿、寺河矿和赵庄矿等地面采动试验井研究及工程示范的基础上,以晋城岳城矿煤层气地质条件为工程设计依据,提出并优化地面采动区井位尽量靠近巷道位置处、大井眼地面钻井工艺、优化井身结构等设计方案。现场试验证明：部分采动区井通过避开采动应力卸载区及原位煤层高应力区优化布井,开采中包含3个阶段即卸压区抽采、新采空区抽采、老采空区抽采,达到了延长抽采井寿命的目的;但仍有部分采动区井在回采工作面推过井口后,煤气层抽采量迅速衰减至不产气,抽采寿命只包含两个阶段即卸压区抽采、新采空区抽采甚至仅卸压区抽采一个阶段。研究表明,优化后的大井眼钻井工艺及三开割缝套管井身结构设计对保持采动区井井身稳定,延长抽采寿命,保证采动区井产气运移通道畅通,提高抽采率起到了一定效果;采动区井煤气层抽采量和该井井筒位置至回风巷距离存在明显的负相关关系。岳城矿采动、采空区井基本不存在速敏效应,在井筒与裂隙带沟通良好的前提下,应选用大功率抽采设备抽采,可以有效扩展压降漏斗区域,其抽采影响半径水平方向可延伸至500 m以上。岳城矿地面采动区抽采取得了较好的效果,可在相似条件的煤矿区推广应用。     

基于RFPA2D的采动区水资源流失控制方法研究

在国矿、地方煤矿和个体煤矿相继开采条件下，阜新矿区八家子自然村附近地下水水位下降到地表以下43m，导致民井断水。文章运用RFPA^2D分析系统，以断水现象为例，通过对此系列采矿活动数值模拟分析，阐述了覆岩应力变化与采动裂隙发育的关系。结果表明，采动裂隙的发育（生成、扩张和贯通）及其延伸范围，与开呆方式、开采层位和地下开采条件下地下岩体应力场不断变化密切相关。随着采区不断扩大、位置不断抬高导致采动裂隙扩张和贯通，使不同的水文地质单元联合，为浅部地下水迅速流失和地下水水位快速下降创造了有利条件，造成采动区及其附近区域木资源持续流失、向深部采空区渗流汇集。由于在不同的采矿阶段，水资源流失的程度和地下水水位下降的幅度是不同的，应该采取相应的控制方法，例如，在采掘前和初期应该合理设计采掘工作面、合理预留保护煤柱；在采掘中达到较大采空区时应采取实时控制措施、堵塞渗流裂隙；最后进行综合治理。     

老采空区重复采动条件下地质稳定性研究

针对闭坑30多年的大通煤矿四号井老采空区受小煤窑重复采动情况下的地质稳定性问题,利用钻孔取样及室内土工实验研究了松散层物理力学性质,采用瞬变电磁仪器对研究区50m和100m埋深视电阻率平面分布进行了现场探测,在此基础上对研究区地质稳定性进行了分区。研究结果表明,大通湿地单元第四系粘土层厚度稳定,透水性差,有效的阻隔了地表水通过入渗补给地下水;由于小煤窑的开采,研究区内中部和东部塌陷区活化,属于采空塌陷不稳定区,而其它区域相对比较稳定。研究结果为该区地质环境治理和生态系统重构提供了依据。