坚硬顶板强矿压动力灾害演化机理与超前区域防治技术

工作面上覆坚硬顶板往往不易垮落,破断后易形成动压灾害。以神东矿区布尔台煤矿为背景,针对典型坚硬顶板造成的强矿压动力灾害问题,采用数值模拟、理论分析的方法分析并揭示坚硬顶板弱化前后的应力演化特征及顶板破断机理,提出超前区域防治技术并应用于现场实践。结果表明:坚硬顶板破断演化特征分为3个阶段,即“长悬臂梁”阶段—“砌体梁滑落失稳”阶段—重新压实阶段,其中“长悬臂梁”阶段支架上方顶板应力显著增大至6.8 MPa,破断前支架上方顶板应力为破断后的2倍,其临界破断产生的应力释放是引起强矿压的根本原因,这也是弱化改造控制的主要阶段。基于坚硬顶板灾害发生机理,提出“广域大空间”超前区域防治技术,阐述了绿色、精准、广域的防治优势,以及钻孔轨迹控制、封孔质量控制、多孔联动效应的关键技术及治理评价体系。结合数值模拟进一步验证防治技术的可靠性,当“长悬臂梁”结构弱化后,其破断前支架上方顶板应力为4.6 MPa,降幅32.4%,顶板破断演化特征3个阶段演变为来压前阶段—“砌体梁滑落失稳”阶段—重新压实阶段,弱化后顶板各阶段支架上方顶板应力降幅达到32.4%~79.4%,表明预成裂隙弱面和降低坚硬层完整性能够有效改变顶板破断结构,显著降低来压强度。实践表明:压裂过程产生多次压降,降幅均达到3 MPa以上,探测裂缝发育长度达到30 m以上,压裂前后工作面周期来压步距降幅44.9%,支架来压载荷降幅18.1%,治理效果良好。研究结果可为类似矿区动力灾害治理提供借鉴。      

巷旁切顶对采场下位岩层垮落特征的影响机制

巷旁切顶打断了巷道与采场下位顶板的连续性,促进了采场顶板垮落形成碎石帮,深入研究切顶对采场下位岩层垮落特征的影响机制具有重要意义。对采场支架载荷进行了分析,并对上覆岩层建立了力学建模,明确了上覆岩层运动与典型位置采场支架载荷特征的关系。在此基础上,针对6个巷旁切顶的工作面,给出了典型位置支架的载荷数据,从而分析得到巷旁切顶对采场下位岩层垮落特征的影响机制。同时,建立了数值模型,分析了不同的切顶起始位置和下位顶板强度对下位岩层垮落特征的影响。结果表明,121工法的“垮落线”具有对称的弧形边界,110工法的“垮落线”在切顶侧向工作面充分移动,N00工法介于上述两者之间。此外,不同切顶起始位置和顶板强度条件下,切顶的作用效果存在差异。研究结果有利于进一步深化巷旁切顶对采场下位岩层垮落特征影响的认识。     

黄县桑岛煤田海下煤层开采水文地质问题分析

本文介绍了黄县桑岛煤田海下煤系之上隔水层水文地质特征，海下与陆地断层的导水性质。结合陆地矿井开采实际，本文进一步论述了海底北部及煤系地层直接充水含水层与海水的水力联系。只要合理控制煤层开采上限，及时加强顶板支护，采煤后的冒裂高度达不到海下第四系底界，海水是不会直接溃入矿井坑道。说明在海下采煤是完全可以进行试采的。并且对海底采煤工作提出了几点建议。     

应力干扰下煤层顶板水平井穿层分段压裂规律

穿层压裂是提高煤层顶板水平井产气量的关键技术，而应力干扰对煤层顶板水平井穿层分段压裂效果具有重要影响，为此，建立顶板水平井穿层分段压裂数值模型，研究应力干扰对穿层分段压裂裂缝扩展的影响规律。结果表明:煤层的岩石力学参数、压裂段间距和压裂施工方式是影响顶板水平井穿层压裂段间干扰的3个重要因素，随着煤层泊松比的降低，叠加应力逐渐增加，段间干扰程度增加；随着段间距离的增加，叠加应力逐渐减少、应力干扰逐渐减弱；顶板岩层内的叠加应力和应力干扰程度明显大于煤层；渗流扩散泄压施工产生的叠加应力明显低于连续压裂施工，段间干扰程度明显降低。研究得出连续施工的中硬煤层分段间距在90 m左右，软煤层分段间距在70~80 m较合理。扩散泄压压裂施工段间距相应降低，中硬煤层的分段间距在70 m左右、软煤层分段间距在60 m左右较合理。工程实践表明，顶板水平井分段压裂裂缝穿透了煤层，形成了较长裂缝，取得了较好的产气效果，实现对煤层的高效穿层压裂改造，研究结果为顶板水平井穿层压裂段间距优化提供了理论依据。      

无人工作面开采坚硬顶板冲击运动的3DEC数值模拟研究

分4个阶段模拟了无人工作面开采坚硬顶板采场顶板的运动规律.第1阶段,坚硬顶板的悬而不落是下一区段无煤柱开采的隐患.开采范围达到8 000 m2时的第2阶段,采场坚硬顶板的冲击性垮落,使工作面前方煤体及巷道既已形成的高应力区骤然释放.开采范围继续扩大的第3阶段和第4阶段,坚硬顶板从整体大范围冲击性运动向周期性分段运动转化.北京矿务局木城涧煤矿无人工作面坚硬顶板在采场面积约为8 000 m2的初次冲击性垮落,验证了3DEC理论研究结论,其强制放顶等防冲措施实施的最佳时机为第2阶段的开采活动结束之前.     

青藏高原典型地区的地貌量化分析——兼对高原“夷平面”的讨论

尽管过去150年以来,人们对于喜马拉雅造山带有很长的一段研究历史,但是对其几何特征、运动方式、动力学演化仍然理解不深。这种情况的出现,主要是因为人们持续关注的是喜马拉雅造山带的二维构造空间特性,并将某些研究程度较高地区的地质关系向外推广到造山带其他地区。就地理、地层及构造划分而言,概念的混淆和误解在有关喜马拉雅的文章中也大量存在。为了阐明这些问题,并为那些有兴趣探究喜马拉雅造山带地质演化过程的人们提供一个新的平台,文中系统地综述了以前的基本观察。我的综述主要是强调沿走向变化的喜马拉雅地质格架在喜马拉雅剥露、变质和前陆沉积方面所起的作用。文章的主要目的是阐明占据造山带核部的大喜马拉雅结晶岩带(GHC)的侵位历史。因为喜马拉雅大部分地区是由主中央冲断层(MCT)和藏南拆离系(STD)之间的GHC所组成,所以在地图和剖面观察上确定这些一级喜马拉雅构造之间的关系是非常关键的。中喜马拉雅出露的平面模式表明,MCT具有断坪-断坡的逆断层的几何特征。南部的逆冲断坪携带了一个GHC的板片(Slab)叠置在小喜马拉雅层序之上(LHS),并形成了一个在MCT逆冲断层带之南延续100km的巨大上盘断弯褶皱。在西喜马拉雅造山带地区,东经约77°处,MCT呈现为横向逆冲断坡(Mandi倾向逆冲断坡)。在其西边,MCT将低级变质的特提斯喜马拉雅层序(THS)叠置到低级变质的小喜马拉雅之上;而在其东边,MCT将高级GHC叠置到低级LHS之上。这种沿走向变化的地层叠置和横穿MCT的变质等级表明,逆冲断层的断距向西减小,可能是由于地壳短缩总量沿着喜马拉雅造山带向西减小所致。在所有出露的地方,STD大致都沿着THS底部的同一地层面,呈现出一个长度>100km的上盘断坪。这种关系说明:STD可能沿着一个先期存在的岩石接触面,或者沿中部地壳近水平的脆性—韧性转换带而发生。虽然喜马拉雅造山带藏南拆离系的上盘都有THS发育,但是至今没有找到THS切断STD下盘的证据。这样使得估算STD的滑动距离非常困难。STD最南端地层或与MCT(即,Zanskar)相交,或者位于MCT前端1～2km的范围内(不丹),这两种可能都暗示MCT与STD在它们向南的上倾(up-dip)方向有可能结合。虽然这种几何特征在现有的模型中几乎被忽略,但对于整个喜马拉雅造山带的变形和剥露历史具有重要的指示作用。     

形变——电阻率法探测煤层顶板裂高的电算模拟解释

本文介绍了应用形变—电阻率法探测煤层顶板裂隙带高度的试验研究方法及结果。利用计算机对采前、采后两次电阻率观测曲线进行模拟,得到层参数(电阻率ρ、层厚度h),对比采动前后层参数,可以确定裂隙带高度及形态.     

三维快速拉格朗日法在安全顶板厚度研究中的应用

为了合理选择厦门海底隧道的最小顶板厚度。在厦门海底隧道轴线的地质部面图上，选取了6个典型剖面，在不同的剖面及同一剖面的隧道的不同深度，应用三维快速拉格朗日法，分两个步骤：第1步，在较大的深度范围内初选隧道的顶板厚度：第2步，在第1步初选结果的基础上，在较小的深度范围内，进一步选择。通过对开挖后的应力分布、洞周位移、塑性区等的分析，最后得出厦门隧道的最小顶板厚度。同时，得到一些对后续施工和其他工程有一定指导意义的有益结论。     

地震活动与煤矿灾害事故关系的思考

煤岩层稳定性受各种应力叠加控制 ,其中构造应力的作用不可忽视。研究表明 :瓦斯事故、突水事故、顶板事故等 ,背后都或多或少隐藏着构造诱因。中国煤炭学会的杨力生先生总结说 :煤与瓦斯突出多发生在小构造应力集中区 ,而小构造具有继承积累大构造应力的特征。突出矿井必定分布在煤田应力集中区 ,突出煤田必定分布在大区构造应力集中区 ,突出大区必定分布在大地构造沉降应力集中带。中国大陆煤矿企业 2 0 0 0年 7月到 2 0 0 2年 7月期间 ,各类灾害发生频率与地震 (北纬 2 0～ 6 0° ,东经 6 0～ 130°)发生频率对应情况见图 1。结果显示 ,…     

提高金刚石-硬质合金超硬复合体性能的研究

采用金刚石表面镀覆技术、预合金基体金属粉末，提高金刚石热稳定性及其与金属粘结剂的浸润性，使金刚石的高耐磨性和硬质合金的高抗冲击性能有机地结合在一起；优化超硬复合体结构形状，提高其耐磨性能和高抗冲击性能；设计合理模具大大降低了加工成本，从而研制出性能优良、价格低廉的金刚石－硬质合金超硬复合体。