弱胶结地层条件下垮落带岩层破碎冒落特征与压实变形规律试验研究 被引量：32

1

作者 孙利辉 纪洪广 +2 位作者 蒋华 曾鹏 杨本生 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期2565-2572,共8页

采空区顶板岩层的破碎、冒落、压实、类固结等性能是影响垮落带高度变化的重要因素。通过破碎岩石压缩实验和岩石崩解实验,研究了不同类型岩石的破碎、崩解性能,分析了岩石膨胀变形—破碎冒落—充填压实—蠕变固结的变形过程及特征,揭... 采空区顶板岩层的破碎、冒落、压实、类固结等性能是影响垮落带高度变化的重要因素。通过破碎岩石压缩实验和岩石崩解实验,研究了不同类型岩石的破碎、崩解性能,分析了岩石膨胀变形—破碎冒落—充填压实—蠕变固结的变形过程及特征,揭示了我国东部和西部矿区岩石变形破坏的差异性。研究结果表明:弱胶结岩石具有强碎胀、易崩解的特性,西部弱胶结岩石较中东部岩石更易破碎,耐崩解指数较中东部岩石偏小,岩石耐崩解指数随崩解循环次数增加呈线性递减关系;相同采高条件下,西部弱胶结地层工作面初始垮落带高度较中东部岩层工作面小,弱胶结地层工作面垮落带趋于稳定后垮落带高度的变化量大,弱胶结岩石的胶结性越差这种特性越强。相似模拟试验结果证明了理论分析的可靠性。 展开更多

关键词 弱胶结地层 垮落带 岩层破碎 压实变形 时变规律

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弱胶结地层立井井筒变形监测研究 被引量：7

2

作者 吕显州 王渭明 +2 位作者 贾海宾 潘格林 赵增辉 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2018年第3期122-128,共7页

针对弱胶结深厚松散地层立井井筒的灾变防控问题,基于双向受压混凝土强度破坏准则和厚壁圆筒空间轴对称问题位移解,研究新巨龙煤矿立井井壁的变形破裂极限值。采用深井多层位自动变形监测系统,在新巨龙煤矿副井井筒深度范围内选择了3个... 针对弱胶结深厚松散地层立井井筒的灾变防控问题,基于双向受压混凝土强度破坏准则和厚壁圆筒空间轴对称问题位移解,研究新巨龙煤矿立井井壁的变形破裂极限值。采用深井多层位自动变形监测系统,在新巨龙煤矿副井井筒深度范围内选择了3个层位进行井筒变形连续动态监测,并评估了其井壁状态。结果表明:极限破坏状态下井筒内壁变形值为2.369 mm;在弱胶结地层底部含水层与基岩段交界处立井井壁变形量最大,约为井壁变形极限值的82.5%;井壁变形增量在一定范围内波动,其变形属于弹性变形。最后,根据监测得到的变形量反演了井筒的受力状态,所得井壁最大变形量区域的附加应力值小于井壁极限抗压强度。工程实践表明变形监测结果能够真实地反映井壁的受力状态,监测系统能够实现井壁安全状态的实时动态评估。 展开更多

关键词 弱胶结地层 立井井筒 井壁变形 监测系统 状态评估

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西部鄂尔多斯矿区强矿压显现及顶板运动规律 被引量：4

3

作者 高学鹏 于凤海 +3 位作者 任强 张闯 张远志 罗波远 《金属矿山》 CAS 北大核心 2020年第6期191-197,共7页

矿山压力显现研究对于围岩控制与动力灾害防治必不可少。为研究西部鄂尔多斯矿区矿压显现及顶板运动规律,基于红庆梁矿现场调研,分析了强矿压显现演化规律及其原因,建立了"软岩基本顶+砾岩关键层"的覆岩结构及相应的计算模型... 矿山压力显现研究对于围岩控制与动力灾害防治必不可少。为研究西部鄂尔多斯矿区矿压显现及顶板运动规律,基于红庆梁矿现场调研,分析了强矿压显现演化规律及其原因,建立了"软岩基本顶+砾岩关键层"的覆岩结构及相应的计算模型。基于采空区矸石压缩变形理论,确定了下部垮落岩体对砾岩层的支承荷载参数并推导了砾岩层破断步距表达式。研究结果表明:受上覆硬厚砾岩层运动影响,300~340 m推采范围为工作面强矿压显现区域,支架大面积泄液与煤壁大面积片帮为强矿压主要显现形式,最大片帮深度达1.5 m。采空区垮落岩体对砾岩层有一定的支承作用,影响砾岩层的弯曲下沉及其破断步距,在此条件下的砾岩层运动过程可分为3个阶段,分别为未触矸阶段、持续弯曲下沉阶段、砾岩层破断阶段。模型计算的砾岩层破断步距为306.9 m,现场验证为320m。上述研究可为相似地质条件下的超前支护设计和矿压显现控制提供参考。 展开更多

关键词 强矿压 顶板下沉 矸石压缩 弱胶结岩层 岩层运动

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构造应力作用下弱胶结巷道围岩控制技术研究

4

作者 夏阳 刘洪林 +2 位作者 亓建 于海军 张明村 《矿业研究与开发》 CAS 北大核心 2024年第7期156-164,共9页

新疆弱胶结煤系地层巷道普遍存在掘进与维护难度大、安全性差等问题,掌握矿山地应力分布特征对矿井建设及安全生产具有重要意义。采用空心包体应力解除法测量了苇子沟煤矿三维地应力分布的大小及方向,基于地应力测量结果建立了数值模型... 新疆弱胶结煤系地层巷道普遍存在掘进与维护难度大、安全性差等问题,掌握矿山地应力分布特征对矿井建设及安全生产具有重要意义。采用空心包体应力解除法测量了苇子沟煤矿三维地应力分布的大小及方向,基于地应力测量结果建立了数值模型,分析了巷道实际变形破坏情况,提出了相应的支护方案。研究结果表明:(1)苇子沟煤矿地应力场类型为σ_(HV)型,最大水平主应力对巷道变形破坏与矿压显现影响显著;(2)巷道围岩变形受构造应力影响的程度不同,整体表现为:顶板>右帮>底板>左帮;(3)针对性提出“非对称锚网索喷+泥质底板注浆锚杆”支护方案,该方案对构造应力作用下弱胶结巷道围岩变形起到很好的控制作用,并取得了良好的巷道围岩控制效果。 展开更多

关键词 地应力测量 构造应力 弱胶结地层 围岩变形 支护方案

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弱胶结地层重复采动条件下地表最大沉降模型研究及应用 被引量：3

5

作者 郭文兵 韩明振 +1 位作者 杨伟强 马志宝 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1-10,共10页

弱胶结地层重复采动条件下的地表沉降特征对西部弱胶结矿区煤炭资源安全高效开采与生态修复具有十分重要的意义。采用理论分析、相似模拟、数值模拟及现场监测等方法,对弱胶结地层矿区重复采动条件下的覆岩运移规律及地表沉降模型进行... 弱胶结地层重复采动条件下的地表沉降特征对西部弱胶结矿区煤炭资源安全高效开采与生态修复具有十分重要的意义。采用理论分析、相似模拟、数值模拟及现场监测等方法,对弱胶结地层矿区重复采动条件下的覆岩运移规律及地表沉降模型进行了研究,并进行了工程应用。通过理论分析探讨了弱胶结岩石的碎胀性特征及重复采动覆岩运移对地表沉降的影响机制,建立了“弱胶结地层重复采动条件下地表最大沉降模型”,其中弱胶结岩石的碎胀系数、下层煤的采厚均与弱胶结地层重复采动地表最大下沉值之间呈线性关系。通过相似模拟、数值模拟分析了弱胶结地层重复采动覆岩与地表沉降特征。研究结果表明:弱胶结地层初次采动和重复采动覆岩离层高度发育规律基本一致,均呈现阶梯状上升;重复采动地表下沉曲线呈非对称性分布,最大下沉值偏于开切眼侧的规律;并给出了初次采动和重复采动后的覆岩最高发育高度、地表最大下沉值和地表下沉系数。采用已建立的地表最大沉降模型对现场地表最大下沉值进行预测,地表最大沉降模型预计值与工作面回采过程中现场实测值相近,验证了“弱胶结地层重复采动条件下地表最大沉降模型”的合理性,同时工作面回采结束后的地表最大下沉预计值可为现场实际工作提供参考依据。 展开更多

关键词 弱胶结地层 重复采动 碎胀系数 地表沉降 下沉系数 沉降模型

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弱胶结地层富水巷道围岩变形规律研究

6

作者 朱铖宇 刘洪林 +4 位作者 陈志文 罗文杰 朱俊杰 邹长锋 吴振良 《煤炭技术》 CAS 2024年第6期43-47,共5页

新疆煤系地层以弱胶结地层为主,弱胶结岩石普遍具有胶结松散、力学强度低和水软化作用明显的特点,弱胶结地层给煤炭资源开采带来极大困难。结合新疆弱胶结地层地质条件,采用相似模拟实验方法,分析了膨胀应力在此类巷道围岩变形过程中的... 新疆煤系地层以弱胶结地层为主,弱胶结岩石普遍具有胶结松散、力学强度低和水软化作用明显的特点,弱胶结地层给煤炭资源开采带来极大困难。结合新疆弱胶结地层地质条件,采用相似模拟实验方法,分析了膨胀应力在此类巷道围岩变形过程中的影响,研究了弱胶结地层富水巷道围岩变形规律,为西部矿区类似工程地质条件下巷道变形规律研究与工程支护设计提供有益的参考。 展开更多

关键词 弱胶结地层 富水巷道围岩 膨胀应力 相似模拟实验

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应力-损伤-渗流耦合下采动弱胶结覆岩渗透性演化规律

7

作者 张世忠 范钢伟 +2 位作者 张东升 李文平 范张磊 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期1230-1240,共11页

应力-损伤-渗流耦合作用下弱胶结地层采动覆岩渗透性演化是影响矿井保水开采的重要因素。以新疆伊犁四矿21103工作面弱胶结地层条件为背景,选取侏罗系弱胶结泥岩、砂岩,在分析全应力应变过程中弱胶结岩石渗透率变化规律的基础上,明确了... 应力-损伤-渗流耦合作用下弱胶结地层采动覆岩渗透性演化是影响矿井保水开采的重要因素。以新疆伊犁四矿21103工作面弱胶结地层条件为背景,选取侏罗系弱胶结泥岩、砂岩,在分析全应力应变过程中弱胶结岩石渗透率变化规律的基础上,明确了弱胶结岩石孔隙结构、矿物组成对其渗透性的影响机理,建立了弱胶结岩石应力-损伤-渗流耦合模型,研究了采动弱胶结覆岩渗透性演化规律。结果表明:围压5 MPa内,弱胶结岩石初始渗透率高,压密阶段渗透率大幅下降,最大降幅达91.5%,这与其初始孔隙率高、孔径大直接相关。同时,弱胶结岩石最大渗透率及残余渗透率与初始渗透率相比增幅较小,最大比值分别为4.51和4.17,这与岩石中高岭石、蒙脱石等水敏矿物遇水膨胀泥化造成部分导水裂隙弥合有关;基于弱胶结岩石基质可压缩融合、破裂等假设,定义了损伤变量D,建立了弱胶结岩石应力-损伤-渗流耦合模型,有效表征了弱胶结岩石初始渗透率高而残余渗透率增幅较小的渗透特性;工程尺度下,弱胶结地层采空区在工作面回采后快速压实闭合,出现渗透率恢复区,且该区域渗透率仅为初始地层的1.1~1.2倍。当工作面连续推进长度大于面长时,覆岩渗透率增高区由“马鞍形”演化为“双V形”,并集中分布于开切眼前方及工作面后方25~30 m范围。研究结果可为弱胶结地层保水开采提供指导。 展开更多

关键词 保水开采 弱胶结地层 应力-损伤-渗流耦合 采动覆岩 岩石渗透率

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特厚弱胶结顶板煤层综放开采覆岩破坏特征与强矿压机理

8

作者 彭宝山 王永乐 杨学孟 《煤炭技术》 CAS 2024年第10期75-80,共6页

针对新疆准东二矿1101工作面,通过分析现场矿压和微震数据,研究了综放工作面矿压显现规律以及顶板破坏特征和矿压显现之间的关系。研究结果表明:(1)准东二矿特厚煤层弱胶结顶板1101首采工作面基本顶初次来压步距为43.37 m,关键层初次来... 针对新疆准东二矿1101工作面,通过分析现场矿压和微震数据,研究了综放工作面矿压显现规律以及顶板破坏特征和矿压显现之间的关系。研究结果表明:(1)准东二矿特厚煤层弱胶结顶板1101首采工作面基本顶初次来压步距为43.37 m,关键层初次来压步距为81 m,基本顶和关键层交替破断形成大小周期来压,大周期来压步距为30~40 m,小周期来压步距为18~22 m。(2)截止到工作面推进至270 m,小能量微震事件主要发生在顶煤中,大能量微震事件主要发生在关键层及以上岩层,微震能量大小呈现周期性变化,顶板裂隙发育高度为距离煤层顶板258 m左右。(3)压架事故发生在基本顶和关键层周期来压阶段,压架事故往往伴随大能量微震事件的发生。(4)综放工作面顶板形成“组合悬臂梁-铰接岩块”平衡结构,组合悬臂梁断裂形成小周期来压,关键层断裂同时压断下方悬臂梁形成大周期来压,然而弱胶结顶板使得关键层破断后不易形成稳定的铰接结构,破断岩块发生滑落失稳,对工作面造成冲击动载荷,造成压架事故的发生。在此基础上,提出了提高液压支架初撑力至31.4 MPa,控制工作面推进速度在5 m/d左右的防治措施。 展开更多

关键词 特厚煤层 弱胶结地层 综放开采 矿压特征 强矿压机理

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富水弱胶结地层大断面隧道施工方案优化与工程应用研究 被引量：17

9

作者 王怀正 宋战平 +2 位作者 张学文 田小旭 潘红伟 《现代隧道技术》 CSCD 北大核心 2022年第2期210-219,共10页

在富水弱胶结地层中,隧道施工极易诱发围岩坍塌或支护结构大变形。以兰渝客运专线桃树坪隧道3#斜井工区正洞段为研究背景,提出了一种适用于富水砂岩地层的“底部双导洞超前”施工工法。同时采用真空轻型井点+集水井的联合降水方案进行... 在富水弱胶结地层中,隧道施工极易诱发围岩坍塌或支护结构大变形。以兰渝客运专线桃树坪隧道3#斜井工区正洞段为研究背景,提出了一种适用于富水砂岩地层的“底部双导洞超前”施工工法。同时采用真空轻型井点+集水井的联合降水方案进行隧道内超前降水,以降低施工难度;采用数值分析和现场监测的方法对方案的合理性和有效性进行分析与评价。结果表明,隧道在采用“底部双导洞超前”施工工法时,拱顶沉降和净空收敛值分别为50 mm、32 mm;其支护结构上的最大接触压力为135.3 kPa;支护结构的变形和受力均在允许范围之内,隧道结构安全、稳定。“底部双导洞超前”的施工工法已成功应用于桃树坪隧道,可为后续富水弱胶结地层或软弱岩层中的超大断面隧道施工提供参考和借鉴。 展开更多

关键词 隧道工程 富水弱胶结地层 底部双导洞超前工法 数值分析 现场监测

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杨家村矿弱胶结软岩煤巷变形机制与围岩控制技术研究 被引量：9

10

作者 李清 侯健 +3 位作者 韩通 徐文龙 周泽建 董明明 《煤炭工程》 北大核心 2016年第7期40-43,共4页

为解决杨家村矿弱胶结软岩裂隙水影响下煤巷支护难题,综合采用现场调研、室内实验、数值模拟、现场实测研究手段,研究了该巷道围岩水理性质,揭示了巷道围岩变形机制。研究结果表明:1围岩含易吸水粘土矿物,遇水易产生塑性软化变形与体积... 为解决杨家村矿弱胶结软岩裂隙水影响下煤巷支护难题,综合采用现场调研、室内实验、数值模拟、现场实测研究手段,研究了该巷道围岩水理性质,揭示了巷道围岩变形机制。研究结果表明:1围岩含易吸水粘土矿物,遇水易产生塑性软化变形与体积膨胀;2岩石软化系数约为0.17,属于软化岩石;3随着含水量的增加,岩石试件单轴抗压强度、弹性模量、内摩擦角、抗拉强度、凝聚力等物理力学指标值逐渐降低,但泊松比逐渐增加;4受顶板围岩裂隙水影响,围岩物理力学性质劣化较为显著,岩层层间胶结能力差,围岩承载能力降低,致使顶板变形严重;5直墙半圆拱形巷道与锚网索喷支护技术能有效改善围岩物理力学性质,提高围岩承载能力。现场应用表明:顶板最大下沉量为48mm,最大离层量为22mm,满足了矿井安全高效生产要求。 展开更多

关键词 弱胶结软岩 水理性质 直墙半圆拱 锚网索喷耦合支护

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极弱胶结地层中大断面硐室开挖及支护技术研究 被引量：6

11

作者 冯伟 朱江 宋远卓 《矿冶工程》 CAS CSCD 北大核心 2015年第3期9-13,共5页

针对极弱胶结软岩强度低、胶结差、易风化、遇水泥化、难锚固的特性,在分析其变形破坏机理的基础上,提出了初次支护采用网喷+拱形支架、二次支护采用单层钢筋砌碹砼的复合支护方案。采用数值模拟研究了分步开挖对硐室稳定性的影响,并验... 针对极弱胶结软岩强度低、胶结差、易风化、遇水泥化、难锚固的特性,在分析其变形破坏机理的基础上,提出了初次支护采用网喷+拱形支架、二次支护采用单层钢筋砌碹砼的复合支护方案。采用数值模拟研究了分步开挖对硐室稳定性的影响,并验证了该支护方案的可行性。现场监测结果进一步表明,该支护方案能满足极弱胶结地层中硐室支护的要求,对于极弱胶结地层中硐室施工具有一定借鉴意义。 展开更多

关键词 极弱胶结软岩 大断面硐室 开挖 支护技术 数值模拟

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杨家村矿弱胶结软岩大断面煤巷变形特征研究

12

作者 李清 侯健 +1 位作者 曹怀建 杨鸣泽 《中国矿业》 北大核心 2016年第9期82-86,共5页

黏土为分析杨家村矿弱胶结软岩大断面煤巷变形特征,采用现场调研、室内实验、现场实测手段对围岩物理力学性质与围岩位移曲线演化过程进行较深入探究,结果表明:岩石软化系数约为0.23,属于软化岩石;围岩具有易吸水、膨胀、强度低、胶结性... 黏土为分析杨家村矿弱胶结软岩大断面煤巷变形特征,采用现场调研、室内实验、现场实测手段对围岩物理力学性质与围岩位移曲线演化过程进行较深入探究,结果表明:岩石软化系数约为0.23,属于软化岩石;围岩具有易吸水、膨胀、强度低、胶结性差,且易发生塑性变形的物理力学特征;顶板围岩变形整体大于底板与帮部;不同区段顶板围岩位移程度具有差异性;顶板深基点岩层位移大于浅基点岩层位移;岩层位移曲线总体上初期变化速率较快,后期呈"台阶"式演化特征,各基点曲线演化过程在时空上近似同步;缩小巷道宽度,改变支护锚固方式,提高支护强度,适度泄水与排水并及时喷浆封闭围岩,有助于维护该类巷道围岩稳定。 展开更多

关键词 弱胶结软岩 大断面煤巷 软化系数 岩层位移

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