复杂应力路径下含瓦斯煤渗透性变化规律研究 被引量：46

1

作者 王登科 魏建平 尹光志 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期303-310,共8页

通过含瓦斯煤渗透特性试验研究,系统分析复杂应力路径下含瓦斯煤渗透性的变化规律,建立含瓦斯煤渗透率与轴向压力、围压、瓦斯压力、围压升降、全应力–应变过程等之间的定性与定量关系,深入探讨各种不同应力路径下含瓦斯煤渗透性的控... 通过含瓦斯煤渗透特性试验研究,系统分析复杂应力路径下含瓦斯煤渗透性的变化规律,建立含瓦斯煤渗透率与轴向压力、围压、瓦斯压力、围压升降、全应力–应变过程等之间的定性与定量关系,深入探讨各种不同应力路径下含瓦斯煤渗透性的控制机制和变化规律。结果表明,应力路径对含瓦斯煤的渗透率有重要影响:(1)含瓦斯煤渗透率随着轴向压力和围压的增大而减小,随瓦斯压力的增大而增大。(2)含瓦斯煤渗透率与轴向压力、围压和瓦斯压力均呈指数关系变化。(3)围压升、降过程中,含瓦斯煤渗透率会受到一定程度的损害,其损害程度可以用最大渗透率损害率和渗透率损害率来表征。同时,三维压缩条件下含瓦斯煤会发生二次密实效应。(4)三轴压缩下全应力–应变试验过程中,含瓦斯煤的渗透率呈"V"字型变化趋势;渗透率随煤样的应变先减小后增大,然后达到最大值,并且渗透率的增幅小于其减幅。 展开更多

关键词 采矿工程 含瓦斯煤 应力路径 渗透性 影响因素 渗透率损害率

下载PDF 职称材料

大倾角煤层长壁开采顶板应力传递路径倾角效应 被引量：10

2

作者 罗生虎 王同 +3 位作者 田程阳 高喜才 郎丁 王红伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期623-633,共11页

大倾角煤层安全高效开采的关键是对围岩的有效控制,而发现并揭示围岩采动应力的时空演化特征及其倾角效应是围岩稳定性控制的基础。以新疆某矿25221工作面为工程背景,采用现场实测、理论分析与数值计算相结合的研究方法,在综合厘定与分... 大倾角煤层安全高效开采的关键是对围岩的有效控制,而发现并揭示围岩采动应力的时空演化特征及其倾角效应是围岩稳定性控制的基础。以新疆某矿25221工作面为工程背景,采用现场实测、理论分析与数值计算相结合的研究方法,在综合厘定与分析工作面矿压显现一般规律及其成因的基础上,研究顶板采动应力传递路径的时空演化特征及其倾角效应。结果显示:在大倾角煤层开采中,顶板采动应力随工作面推进的动态演化过程先后经历了增长期和稳定期,其对应支承压力峰值的演化呈现为先增大后趋于稳定的特征。受煤层倾角影响,顶板采动应力的三维传递演化沿走向对称、沿倾向非对称。在倾向剖面内,顶板应力的传递路径呈非对称拱形形态,且沿顶板自上而下,应力偏转位置由工作面倾向中轴线左侧逐渐向其右侧迁移,上覆岩层载荷以应力偏转界线为界,分别向倾向上、下侧煤体传递,造成倾向上侧支承压力集中系数大于下侧。在工作面走向剖面内,围岩应力的传递路径呈扁平拱形态,扁平拱两侧半拱形区域上覆岩层载荷除了向工作面走向两侧煤体传递外,亦向工作面倾向上、下侧煤体传递,而扁平拱中间直线段区域上覆岩层载荷主要向倾向上、下侧煤体传递。随着煤层倾角的增大,围岩应力传递演化的非对称特性显著增大,应力偏转界线与工作面倾向中轴线间的距离逐渐增大,2者交点的高度呈现为增—减—增的演化趋势;受此影响,工作面走向和倾向上侧支承压力集中系数亦呈现出增—减—增的演化趋势。顶板应力的非对称时空演化特征,造成采场空间不同区域顶板的力学性状与行为存在显著差异,这种差异性导致倾向不同区域支架的受载与失稳特征亦存在显著差异,且这一现象会随着煤层倾角的增大而愈发明显。 展开更多

关键词 大倾角煤层 采动应力 传递路径 倾角效应 偏转界线

下载PDF 职称材料

基于DIC技术的预裂煤岩体裂隙演化特性研究 被引量：10

3

作者 汪文勇 高明忠 +3 位作者 张朝鹏 邵新星 刘强 陈海亮 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第3期73-79,共7页

为了研究煤岩体裂隙网络结构以及表面裂隙演化发展过程,开展了基于采动煤岩体应力路径的三轴加载试验,在应力刚超过峰值应力时停止加载,得到采动应力作用下的预裂煤岩体;然后引入数字图像相关(DIC)技术,并继续单轴加载,观察和记录裂隙... 为了研究煤岩体裂隙网络结构以及表面裂隙演化发展过程,开展了基于采动煤岩体应力路径的三轴加载试验,在应力刚超过峰值应力时停止加载,得到采动应力作用下的预裂煤岩体;然后引入数字图像相关(DIC)技术,并继续单轴加载,观察和记录裂隙演化发展过程;并结合分形几何,计算出不同加载阶段煤岩表面裂隙的分形维数。研究结果表明:在真实采动应力路径下,受围压释放的影响,煤岩承载能力下降超过40%;由于裂隙面的粗糙度不同以及煤岩体非均质性和原生缺陷等,预裂煤岩体除了沿预裂裂隙面继续变形破坏外,还会产生新的次生裂隙;在单轴压缩条件下,预裂煤岩体表面裂隙分形维数由1.12增长到1.60,裂隙演化的整体趋势为缓慢→快速发育→平稳。 展开更多

关键词 煤岩裂隙 采动应力路径 煤体预裂 煤体变形破坏

下载PDF 职称材料

大采高强采动工作面区段煤柱尺寸优化研究 被引量：7

4

作者 管隆刚 徐东 +3 位作者 陈真 刘超 高明仕 张东昕 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2022年第9期29-34,共6页

针对大采高强采动工作面回采巷道围岩动压显现问题,采用理论分析和数值模拟的方法,研究了不同宽度区段煤柱掘采阶段的巷道围岩应力分布规律及变形破坏特征,分析了强动载巷道围岩变形破坏机理,确定了小保当一号煤矿112203工作面的合理区... 针对大采高强采动工作面回采巷道围岩动压显现问题,采用理论分析和数值模拟的方法,研究了不同宽度区段煤柱掘采阶段的巷道围岩应力分布规律及变形破坏特征,分析了强动载巷道围岩变形破坏机理,确定了小保当一号煤矿112203工作面的合理区段煤柱留设尺寸。研究表明:工作面区段煤柱弹性核和底板弹性区为煤柱应力传递有效路径,合理的煤柱留设尺寸,可增大煤柱应力传递路径上的能量损失,减小巷道围岩变形量;随着工作面区段煤柱尺寸的减小,煤柱应力将由马鞍形转化为凸形分布,不同采动影响阶段,煤柱应力呈现非对称应力分布状态;为维护回采巷道围岩稳定性,工作面留设宽度为15 m小煤柱或者宽度为35 m的大煤柱,可减小巷道围岩变形量和返修次数,增长巷道服务年限。 展开更多

关键词 大采高工作面 强采动巷道 区段煤柱 弹性区 应力传递路径

下载PDF 职称材料

不同卸荷应力路径下煤样破坏特征实验研究 被引量：7

5

作者 蔚斐 张通 +3 位作者 刘文杰 谭辉 杨鑫 于祥 《工矿自动化》 北大核心 2022年第4期96-104,共9页

现有对煤样破坏特征的研究存在力学参数测试较单一、应力加载方向局限性较大等问题,在反演真实地质情况下数值模拟效果存在偏差,并且对煤岩动力灾害和冲击倾向性判定是基于现场实验进行的宏观研究,对于真三轴不同卸荷应力路径下煤样的... 现有对煤样破坏特征的研究存在力学参数测试较单一、应力加载方向局限性较大等问题,在反演真实地质情况下数值模拟效果存在偏差,并且对煤岩动力灾害和冲击倾向性判定是基于现场实验进行的宏观研究,对于真三轴不同卸荷应力路径下煤样的破坏特性机理研究较少。针对上述问题,以陕西彬长胡家河煤矿工程地质为研究背景,利用高频振动采集及孔内成像三轴动静载实验系统设计了3种不同卸荷应力路径下煤样真三轴实验,对煤样破坏特征、峰值强度特性、声发射响应特征和分形规律进行研究。结果表明:①3种不同卸荷应力路径下煤样破坏模式均为拉-剪复合破坏,煤样宏观裂纹的起裂破坏大多发生在强度相对较低的煤样中;各煤样均为轴向应力不断增加,各水平应力在逐渐降低的过程中为煤样提供了拉应力,导致不同卸荷应力路径下煤样各表面破坏形态显著不同。②3种不同卸荷应力路径下,峰值破坏阶段的应力存在明显差异,标准差达4.35 MPa,占峰值强度平均值的29.25%,当应力载荷超出3种应力路径峰值强度平均值14.87 MPa时,煤样均发生破坏。③在高静载作用下,煤样初始受载后孔隙压密,内部结构较均匀,无裂隙扩展使得在初始阶段损伤变量为0;在损伤稳定发展阶段,煤样内部孔隙达到极限状态发生破裂形成微裂隙,损伤变量为0.04~0.17;在加载过程中微裂隙迅速发育、扩展并汇集成裂隙网,煤样出现宏观破坏,煤样承载能力迅速下降,在损伤加速发展阶段损伤变量呈先急剧增加后平稳的趋势,最大损伤变量达1.0。当煤样受力失稳发生拉-剪破坏后,声发射能量出现突增现象;当声发射能量与损伤变量曲线交汇时煤样开始破裂,声发射能量与煤样破坏具有良好的耦合性。④在不同卸荷应力路径下,煤样分形维数越大,破碎程度越高。 展开更多

关键词 煤炭开采 冲击地压 卸荷应力路径 煤样破坏特征 变形强度 声发射信号 分形维数 力学损伤机理

下载PDF 职称材料

大倾角煤层覆岩应力非对称传递时空演化特征

6

作者 朱开鹏 李志林 +5 位作者 罗生虎 解盘石 樊娟 王同 田程阳 闫壮壮 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期129-140,共12页

【目的】大倾角煤层安全高效开采的关键是对围岩的有效控制,而发现并揭示覆岩应力传递路径的时空演化特征是围岩稳定性控制的基础。【方法】以新疆某矿25221工作面为例,采用现场实测、物理相似模拟实验和数值计算相结合的研究方法,在综... 【目的】大倾角煤层安全高效开采的关键是对围岩的有效控制,而发现并揭示覆岩应力传递路径的时空演化特征是围岩稳定性控制的基础。【方法】以新疆某矿25221工作面为例,采用现场实测、物理相似模拟实验和数值计算相结合的研究方法,在综合厘定工作面矿压显现特征、覆岩变形破坏规律基础之上,构建以切应力与正应力为主的应力特征量,研究覆岩应力传递路径时空演化特征。【结果和结论】结果显示:工作面回采过程中,顶板倾向围岩结构呈中上部垮落高度较大、下部垮落高度较小的非对称分布特征,顶板走向围岩结构则随工作面推进呈周期性演化规律。受此影响,顶板采动应力随工作面推进呈现倾向非对称、走向对称的传递演化特征。在工作面倾向与走向剖面内,顶板应力特征量以切应力分界线为界沿采空区四周煤体传递,其传递路径呈现出“m”形分布特征。随着工作面推进距离的增加,应力传递路径由“m”形向中部相连的双“n”形转变,采空区两侧煤体支承压力峰值呈现增大→稳定的演化趋势。在平行煤层剖面内,顶板应力分界线为“w”形分布特征,应力分界线至采空区中心处,顶板应力呈单向传递特征,分界线至煤壁处,顶板应力呈双向传递特征。且随着顶板层位的增加,应力分界线演化至“v”形,研究结果揭示了大倾角煤层顶板应力非对称传递时空演化特征,对丰富大倾角煤层岩层控制理论具有重要意义。 展开更多

关键词 大倾角煤层 采动应力 切应力 应力方向 传递路径

下载PDF 职称材料

基于主应力状态转换的采场底板突水机理分析 被引量：2

7

作者 董书宁 柳昭星 王皓 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第4期691-703,共13页

为揭示采场底板突水过程中主应力状态转换与水压共同作用机理,笔者采用理论分析、室内试验和数值计算等手段,研究了煤层底板采动应力扰动突水判据、饱和岩层损伤试验特征、主应力转换特征。结果表明:基于采动底板岩层扰动程度判别指标... 为揭示采场底板突水过程中主应力状态转换与水压共同作用机理,笔者采用理论分析、室内试验和数值计算等手段,研究了煤层底板采动应力扰动突水判据、饱和岩层损伤试验特征、主应力转换特征。结果表明:基于采动底板岩层扰动程度判别指标、底板起裂压力阈值判别指标和底板含水层失稳判别指标得到的采动底板突水判据阈值为1;底板灰岩试样损伤在卸压后存在明显的延迟效应,而在失稳时产生应力跌落现象;采空区前后底板最大主应力由水平应力转换为垂直应力。底板卸荷后,最大主应力又从垂直应力转换为水平应力。采动底板最大与最小主应力差值在不同深度呈现不同分布特征,但总体均增大,且集中在采空区前后煤壁附近。 展开更多

关键词 底板突水 采动应力状态 应力路径 突水判据

原文传递

综放开采顶煤采动应力场演化路径 被引量：2

8

作者 秦海初 邵斌 +1 位作者 程海星 霍昱名 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2021年第5期175-181,187,共8页

为得到综放开采工作面顶煤采动应力场演化路径,以王家岭煤矿12309工作面为背景,在地应力场实测基础上,运用数值计算的方法展开了相关研究。研究结果表明:王家岭矿区地应力场特征为最大水平应力>垂直应力>最小水平应力,其中最大水... 为得到综放开采工作面顶煤采动应力场演化路径,以王家岭煤矿12309工作面为背景,在地应力场实测基础上,运用数值计算的方法展开了相关研究。研究结果表明:王家岭矿区地应力场特征为最大水平应力>垂直应力>最小水平应力,其中最大水平应力方向为南北向,最小水平应力方向为东西向,南北向侧压系数为1.52,东西向侧压系数为0.45;顶煤主应力值都存在应力集中现象,应力集中系数分别为1.90、2.13、1.87;根据主应力场演化特征,将顶煤分为原岩应力区、应力升高区、应力峰后降低区、液压支架控顶区4个区域,并在各个区域分别选取了特征点,得出了12309工作面顶煤主应力演化路径。 展开更多

关键词 综放开采 采动应力 主应力场 演化路径 顶煤

下载PDF 职称材料

开采扰动土体微观结构变异规律 被引量：2

9

作者 于广云 朱旦育 盛平 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期2363-2368,共6页

以开采扰动土体作为研究对象,进行室内模拟试验。采用KH-3000VD数字式三维视频显微系统,采集不同扰动状态下土体的微观图像,研究开采扰动对地基土体微观结构参数的影响规律。研究结果表明:土体在侧向卸载扰动条件下,颗粒分布分维随着侧... 以开采扰动土体作为研究对象,进行室内模拟试验。采用KH-3000VD数字式三维视频显微系统,采集不同扰动状态下土体的微观图像,研究开采扰动对地基土体微观结构参数的影响规律。研究结果表明:土体在侧向卸载扰动条件下,颗粒分布分维随着侧向卸载扰动程度的不断增大而有所减小,并且颗粒分布分维数变化程度并不大;孔隙比随着侧向卸载扰动程度的增加有所增大,且孔隙比变化较小;土体在侧向加载扰动条件下,颗粒分布分维随着侧向加载扰动程度增大而减小;孔隙比随着侧向加载扰动程度的增大有所增大,且孔隙比变化程度较大。 展开更多

关键词 开采扰动 粉质黏土 应力路径 微观结构 变异规律

下载PDF 职称材料

掘进应力扰动下细砂岩破裂规律及其强度损伤的实验研究 被引量：2

10

作者 李竹 冯国瑞 崔家庆 《太原理工大学学报》 CAS 北大核心 2021年第3期327-334,共8页

采用数值模拟和实验相结合的方法,以西铭矿回风大巷细砂岩为例,通过FLAC~(3D)精细化模拟,还原了巷道掘进过程中围岩应力加卸载路径,通过声发射探测仪掌握了未经历掘进应力扰动的单轴压缩和经历掘进应力扰动后单轴压缩的砂岩破裂过程声... 采用数值模拟和实验相结合的方法,以西铭矿回风大巷细砂岩为例,通过FLAC~(3D)精细化模拟,还原了巷道掘进过程中围岩应力加卸载路径,通过声发射探测仪掌握了未经历掘进应力扰动的单轴压缩和经历掘进应力扰动后单轴压缩的砂岩破裂过程声发射信号分布特征,揭示掘进应力扰动作用对岩石强度的削减效应以及对破裂发育的影响规律。结果表明:掘进应力扰动对岩石极限强度存在显著的削减效应,强度削减幅度约为11.43%;掘进应力扰动改变了试件主裂隙发育及扩展方向,单轴加载路径下试件裂隙自下部萌生并上行发育直至形成贯通断裂带,而经历掘进应力路径后试件裂隙亦自下部萌生,但主裂隙起裂位置调整至岩石上部,并下行发育直至试件中形成完全贯通的宏观断裂面。掌握掘进应力扰动作用下围岩破裂初期规律及其后期围岩变形、破坏特征的影响规律,对确定合理的采动围岩支护方法具有重要意义。 展开更多

关键词 掘进应力 加卸载路径 破裂演化 强度损伤 声发射特征

下载PDF 职称材料

煤层开采土体应力路径分析 被引量：1

11

作者 周灵芝 龙国庆 魏新力 《能源技术与管理》 2008年第6期31-33,共3页

煤层开采随着工作面的推进,覆岩变形引起上部土体的变形和移动,上部土体的应力路径随之改变。使用弹塑性有限元方法分析了煤层开采其土体应力变化的特征,进行不同的应力路径分区,通过对六个代表性的分区分析得到:两侧煤柱上方土体的应... 煤层开采随着工作面的推进,覆岩变形引起上部土体的变形和移动,上部土体的应力路径随之改变。使用弹塑性有限元方法分析了煤层开采其土体应力变化的特征,进行不同的应力路径分区,通过对六个代表性的分区分析得到:两侧煤柱上方土体的应力路径变化的区域基本在K0线以上,处于压缩变形状态;采空区上方土体的应力路径变化的区域则在K0线以下,且在某些部位可能位于p轴以下,处于拉伸状态。 展开更多

关键词 煤层开采 有限单元法 应力路径

下载PDF 职称材料

上保护层开采下煤岩强扰动力学行为与渗透特性 被引量：25

12

作者 任伟光 周宏伟 +3 位作者 薛东杰 王路军 荣腾龙 刘建锋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1473-1481,共9页

保护层开采在低渗透高瓦斯近距离煤层中得到广泛应用,研究保护层开采扰动下的煤岩强扰动力学行为与渗透特性为进一步更加高效安全的开采被保护层煤层提供了理论支持。选取平煤集团十二矿上保护层己14煤层工作面己14-31010和被保护层己1... 保护层开采在低渗透高瓦斯近距离煤层中得到广泛应用,研究保护层开采扰动下的煤岩强扰动力学行为与渗透特性为进一步更加高效安全的开采被保护层煤层提供了理论支持。选取平煤集团十二矿上保护层己14煤层工作面己14-31010和被保护层己15煤层工作面己15-31030为研究对象,进行相似模拟试验和保护层开采过后被保护煤层受力分析。通过相似材料模拟试验获取保护层开采方式下被保护层的受力情况,上保护层开采过程中,煤层压力先增大后减小,采空区重新压实稳定后,应力状态近似恢复到原岩应力状态。通过对保护层开采后的被保护煤层受力分析获取煤层变形后的应力状态,上保护层开采过后,被保护层煤层产生变形,煤层上部分膨胀变形,应力小于原岩应力;下部分煤层压缩,应力大于原岩应力。结合二者的结果获取保护层开采方式下室内试验中被保护层煤层应力加载路径。依据被保护层煤层应力加载路径,设计进行采动耦合应力路径下的煤样渗流试验。试验结果表明:上保护层煤层开采过程中,同等试验条件下,被保护层煤层可承受的上保护层开采扰动应力越大,被保护层煤层开采过程中的煤体破坏应力峰值越大,体积应变越大;被保护层煤层开采过程中,M组煤样和N组煤样应力应变曲线与常规保护层卸荷三轴试验相比,扩容点出现位置明显提前;同等应力状态下,水压越大,煤样的体积应变越大;被保护层煤层开采过程中,M组煤样初始围压为35MPa,围压对渗透率的影响大于轴压的影响,N组煤样初始围压为20MPa,围压、轴压交替对渗透率产生主要影响,渗透率曲线呈现“W”型。两组试验中,扰动应力最大的试样破坏前的渗透率普遍大于其他试样的渗透率。 展开更多

关键词 保护层开采 低渗透高瓦斯近距离煤层 采动耦合应力路径 扰动应力 渗透率

下载PDF 职称材料

大采高工作面煤壁片帮的多因素敏感性分析 被引量：13

13

作者 庞义辉 王国法 任怀伟 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期736-745,共10页

以西部矿区大采高工作面煤壁片帮现场监测为基础,将煤壁片帮过程细分为煤壁发生破坏与煤壁破坏体发生失稳2个阶段。通过对煤壁片帮的应力路径效应分析,研究得出了煤壁发生破坏与煤壁破坏体发生失稳的内部与外部影响因素。研究了各主要... 以西部矿区大采高工作面煤壁片帮现场监测为基础,将煤壁片帮过程细分为煤壁发生破坏与煤壁破坏体发生失稳2个阶段。通过对煤壁片帮的应力路径效应分析,研究得出了煤壁发生破坏与煤壁破坏体发生失稳的内部与外部影响因素。研究了各主要影响因素与煤壁破坏深度、超前支承压力峰值大小及超前距离之间的关系,并通过引入正交试验方法,进行了各主要影响因素对煤壁片帮不同阶段的单目标多因素敏感性分析。确定了煤壁发生破坏的影响因素敏感性排序依次为煤体的内摩擦角>内聚力>抗拉强度>采高>埋深>支护强度;煤壁破坏体发生失稳的影响因素敏感性排序依次为煤壁破坏面的内摩擦角>内聚力>抗拉强度>护帮强度>埋深>支护强度。基于大采高工作面煤壁片帮影响因素的敏感性分析结果,提出了基于内因与外因相结合的大采高工作面煤壁片帮防治措施。 展开更多

关键词 大采高工作面 煤壁片帮 应力路径 多因素敏感性分析 煤壁片帮防治措施

原文传递