海底矿体开挖下的断裂带突水效应研究

矿井水害是因井巷和采掘工作面与含水层、地表水体或含水的裂隙带、溶洞、构造破碎带等接近或沟通而突然发生的出水事故,由于其突发性和出水量巨大的特点,常常影响矿山生产甚至造成淹井等严重后果。断裂带作为岩体内的低强度带,受矿体开挖影响常常产生断层活化现象,而有可能成为矿坑突水的通道。本文根据三山岛金矿新立矿区海底采矿的地质条件,结合实际工况,采取数值模拟方法,对矿床开采引起断裂带活化的状况以及上覆海底粘土隔水层的沉陷变形进行了分析。模拟结果表明:断裂带与上盘围岩接触带是受到开采扰动强烈的地带,断裂带和上覆海底粘土隔水层的阻水效应随着采场的逐渐上移而弱化,当开采至-135m水平时,海底矿山的生产安全将受到海水溃入的威胁。     

红土中含铁离子物质的化学行为与力学效应

首先从地球化学理论上分析了铁离子的化学行为力学效应及其方向性,然后通过试验,研究了不同环境水溶液化学作用后的红层黏性土和冲积黏性土中铁离子的化学行为对土体的力学效应及其特性。试验结果表明:(1)含铁离子物质与水作用后的化学行为确实存在正反两方面的双向性力学效应;(2)含铁离子物质的双向性力学效应受环境水溶液的pH值和化学成分的控制;(3)酸性水溶液使含铁离子物质的胶结作用增强,使红土强度提高,形成正方向的力学效应;而碱性水溶液使含铁离子物质的胶结作用降低,形成负方向的力学效应。     

水压在底板突水中的力学作用

分析了水与水压在底板突水中的力学作用，即水对岩石的软化作用；水压对裂隙介质岩体的力学作用；水压在断层中的水楔作用；突水过程中水流的冲刷扩径作用和水压对突水的动力作用。     

岩溶矿井煤层底板突水的非线性动力学模型

根据多年来的科研生产实践,应用非线性科学理论建立了非线性动力学模型,并考察了模型的动力学行为,发现煤层底板隔水层力学失稳(突水)早期阶段有明显的应力失调现象。利用煤层底板应力、应变监测资料,通过非线性动力学模型计算,可预测煤层底板突水问题是否发生。      

地下工程中由控稳到控水的断裂屏障机制

结合工程实例分析了原始地质条件下的不导水断层在采动影响下透水并最终导致突水事故发生的作用机理。研究表明,在一定条件下,断裂破碎带成为围岩变形和采动应力传播的屏障。这种屏障作用的结果使得断裂带内岩体变形强烈,变形梯度大,开挖空间与断裂带之间围岩变形和采动应力集中加剧,这容易引起断裂带含有原生结构面的构造岩体和存在断层伴生裂隙的围岩变形错动,并进一步导致地下水导升。工程实例证明了这一分析的合理性。     

府谷矿区矿井涌水实例及突水因素分析

在分析矿区地质及水文地质条件的基础上,以冯家塔煤矿1201工作面为例,论述了府谷矿区矿井突水因素,认为大气降水、岩溶水和地表水是矿井充水的主要水源,断层、采煤形成的裂隙带是矿井充水的通道,小煤矿采空区是未来煤矿安全生产的重大隐患。运用突水系数和水文地质实验法,对矿区的突水危险区域进行了评价,指出井田西北部突水系数大于0.6,可能存在突水危险;清水川地堑断裂带内富水性及导水性弱,对煤层开采不会造成威胁。最后提出了加强矿井水文地质勘查、做好矿井涌水量观测等矿井防治水建议。     

陷落柱突水过程的力学模型

通过分析华北地区强含水岩溶陷落柱突水事例和实验室的模拟试验，证实陷落柱围岩破碎，应力大大降低，是产生自然力压裂的必要条件，而自然水力压裂效应是强含水岩溶陷落柱突水的重要原因。     

水-动力耦合作用下红砂岩力学性质及能量机制研究

以干燥试样为对照,对自然、吸水和饱水3类含水试样进行单轴冲击试验,分析水-动力耦合作用下红砂岩试样的动态强度与变形特征以及损伤破坏前后的能量演化机制。试验结果表明：试样的动态抗压强度和峰值应变受含水率和冲击荷载影响较大,而峰值模量主要受含水率影响较为明显,这是由于红砂岩在水弱化作用下颗粒结构疏松膨胀、胶结强度减弱,加之在中高应变率下孔隙水所具有的细观力学效应,致使试样表现出低强度和高应变,而冲击荷载带来的应变率效应则使试样强度增强,塑性变形受到抑制;试样峰值点前吸收的总应变能U多以可释放弹性能Ue存储起来,耗散能Ud占比较小,各部分应变能随着脉冲强度的升高而增加,但随着含水率的变化趋势则不尽相同;不同脉冲强度下的脆性指标修正值BIM（Ud与Ue的比值）显示红砂岩试样的含水率以及冲击荷载的脉冲强度均存在一个阀值,使其塑性变形在水-动力耦合作用下的响应截然不同,而引入的有效冲击能指标Keff显示应变率效应对干燥试样和自然试样的冲击倾向性具有显著影响,对于含水率较高的吸水试样,水弱化作用降低了应变率效应,达到饱水状态时,因为饱和液体对应变率效应的促进作用,饱水试样的应变率效应得到强化。     

地下工程洞体突然涌水条件的力学分析

本文依据力学原理分析了地下工程洞体形成前后岩体内应力、应变特征,总结出松弛断裂型和底鼓突破型两类突水的力学条件。并提出了集中力在岩体内形成应力的静态液压分布原理。     

鲜水河断裂带乾宁段蠕滑变形及局部粘滑变形的岩石学记录

鲜水河断裂带作为控制青藏高原物质大规模向东侧向挤出的北部边界，是中国乃至世界上大陆内部强震活动最频繁的断裂带之一，但大地测量学研究表明它具有广泛的浅部蠕滑变形行为。认识断裂带蠕滑与粘滑兼具的变形行为及其控制因素是评估鲜水河断裂带地震活动性的关键。本文以鲜水河断裂带乾宁段在四川甘孜州龙灯乡出露的宽约800m的岩石-构造剖面为研究对象，通过野外地质调查、室内光学显微镜及扫描电镜观察、粉末X射线衍射分析和微区X射线荧光光谱分析等方法，对断层岩的结构构造、矿物组成和地球化学性质开展详细研究。研究剖面由约100m宽的砂岩破碎带和约700m宽断层岩组成，广泛发育断层角砾岩和薄层且呈弥散式分布的断层泥，断层岩内普遍具有压溶构造，但局部断层岩具有快速滑动结构特征，表明断裂带在蠕滑变形过程中存在局部地震粘滑变形行为。断裂带内流体作用使断层岩中长石和白云母蚀变成以伊利石为主的粘土矿物(含量5%～11%),新生的粘土矿物在密集的面理中定向排列，促进了断层的弱化和在浅部(4km以上深度)的蠕滑变形。而在断裂带局部裂隙较为发育的位置，流体的注入导致了大量碳酸盐矿物(方解石和白云石，含量12%～33%)的沉淀和C...     

逐阶段安全提高巨厚松散含水层下煤层开采上限研究

为最大限度回收煤炭资源,安全缩小防水煤柱,针对淮北矿区煤层普遍上覆巨厚第四系松散含水层,煤层顶板不稳定情况,淮北刘东煤矿把提高开采上限工作分为防水、防砂两个阶段推进。首先通过研究分析西三采区第四系底部含水层和黏土隔水层等水文地质资料,确定西31000工作面第四系底部含水层为弱富水性,水体采动等级为Ⅱ级;然后通过数值模拟、物理模拟和对比分析等方法研究开采后的覆岩破坏高度,并与井下实际观测值进行对比,确定西31000工作面采后导水裂缝带的发育高度为41.3 m;据此提出了安全、合理的防水开采上限高度。安全回采后,成功解放呆滞储量22万t,为下一步进行防砂安全开采打下了良好的基础。      

开滦赵各庄矿2137（西下）工作面防水煤柱留设研究

开滦赵各庄矿2137西下工作面为大埋深、急倾斜、特厚煤层开采区。为预防顶板老窑突水灾害,合理留设防水煤柱,采用了FLAC3D模拟方法分析连续介质大变形条件下围岩体积应变分带特征,并与工作面实际情况相结合,确定了该矿冒落带、裂隙带最大高度,合理解释了切眼处采空区上方煤层超高抽冒现象。通过计算决定该矿留设防水煤柱60m,该结果比规程少留煤柱15.75m。经两年的生产实践,证明防水煤柱留设安全可靠。     

复杂地质条件下无线电波透视技术的应用

开滦赵各庄矿地质条件极其复杂，小构造发育和煤层赋存条件差一直是困扰矿井发展的重要因素。近年来，在对无线电波透视技术不断研究的基础上，结合矿井构造和煤层赋存特点，通过对坑透仪工作参数的正确选择和采探对比，逐步形成了适合该矿实际的无线电探测、解释、采探对比系统，为矿井安全、生产提供了有效的地质保障。     

吾祠煤矿区构造特征及矿井生产布局探讨

通过对漳平市吾祠煤矿区的煤层地质构造特征分析，探讨了复杂构造条件下的矿井生产布局，主要是煤矿区段水平划分、煤炭采区的巷道布置、采煤方法及有关地质硐探等问题，对矿山开发有一定的指导意义。     

煤矿井下工作面内隐伏断层透射槽波探测技术

工作面内隐伏断层不仅严重影响煤炭资源的高效回采,而且给煤矿安全生产带来了潜在威胁。通过对工作面内隐伏断层的槽波地震数值模拟,证实了槽波透射法探测隐伏断层的可行性。采用全息观测方式对45301工作面进行了透射槽波探测,通过频散分析及CT成像,查明了工作面隐伏断层分布情况。探采对比表明,透射槽波探测技术能够有效探查工作面内部的隐伏断层,为煤矿安全开采提供有效技术支撑。      

基于弹性薄板理论的煤矿采空区地表沉陷预测

采煤沉陷已成为煤矿区危害范围最广、影响程度最大、延续时间最长的一种工程地质灾害,在对赵各庄煤矿矿山地质环境调查的基础上,分析采空沉陷区地质灾害发育及成因特征,基于弹性薄板理论的规划开采区域采空区地表沉陷预计,可初步预计采空区地表沉陷特征并对其引发地质灾害进行预测。     

工作面断层破坏指数的最优形式及其统计预测

根据平顶山矿务局大量历史开采资料,运用统计分析方法,取得影响开采的主要断层因素,提出了断层破坏指数的最优形式;研究了工作面断层破坏指数的统计预测方法和公式;建立了断层破坏指数与开采指标的关系模型。这些成果对采矿设计与计划、对目标定额确定与管理等具有积极作用。      

蚂蚁追踪技术在三维地震精细解释中的应用——以淮北祁南煤矿82采区为例

煤矿安全高效开采对小断层、小陷落柱等解释精度的要求越来越高,基于蚂蚁算法的地震属性分析技术能够较好地识别落差3~5 m的小断层。以淮北祁南煤矿82采区三维地震数据为例,采用蚂蚁追踪技术增强异常边界特征,从蚂蚁体沿层切片和剖面上综合分析,提高了对小断层的识别能力。利用蚂蚁追踪技术解释的18条断层异常,其中15条与实际揭露的相比,吻合率较高,验证率达83.3%。      

规范化管理在枣庄市薛城区煤矿发展中的应用

根据枣庄市薛城区辖区内煤矿开采资源储量将近枯竭的现状,阐述了实施规范化管理,增强矿井发展潜力的必要性。针对矿井实际情况,建立了一整套的管理制度考核机制,并通过实施规范化管理,促进矿井的安全生产,使该矿的经济效益和社会效益有了明显提高。     

Evaluation of the Effect of Fault on the Stability of Underground Workings of Coal Mine through DEM and Statistical Analysis

The rock mass around an excavation is generally traversed by different geological discontinuities such as faults, folds, slips, joints, etc. Fault is one of the major geological discontinuities which creates lot of difficulties during underground winning of coal. Entire stress regime and ground conditions in the formation are altered in and around the faults. Faults also impose detrimental effects by introducing impurities, including clay and various forms of mineral matter into the coal seams; opening of pathways for the influx of water and gas into the underground workings; displacing the coal seams upward/downwards making the coal seams difficult or sometimes impractical to mine. Appropriate evaluation of the effect of the fault on the stability of the underground workings is a requisite for safe design of the underground mining structures. In this paper, a study has been carried out to assess the effect of the fault on the stability of underground coal mines by numerical simulation with distinct element method (DEM). On the calibrated DEM model, parametric study has been performed by varying the selected parameters, the dip and the friction angles of the fault. The analysis of variance (ANOVA) shows that both the factors have statistically significant effect on the strength of the coal pillar. Similarly, the displacement of the immediate roof and the height of the disturbed strata are evaluated by the DEM modelling and statistical analysis when the fault passes through the middle of the gallery. The results of ANOVA for both cases indicate that the both factors have significant effect on the displacement of the immediate roof and the height of the disturbed strata. It is obtained from the study that the low angle fault causes high instability in the immediate roof. The paper has been supplemented with the field observations where instability in underground roadways of a coal mine in India is caused by the fault. It was observed in VK-7 incline mine of Singareni Collieries Company Limited, India that there was sudden failure of immediate roof of a roadway where a low angle fault crosses the middle of the roadway. The findings of the paper help to understand the behaviour of the coal pillar and the surrounding rock mass in the presence of the fault. The study would also help to take appropriate decisions about the unstable regions of the working safeguarding safety in underground coal mines.