- 房式采空区下特殊岩梁结构支架工作阻力分析被引量：15
- 2015年
- 通过改进台阶岩梁结构,提出"单回转岩块"结构,并得到该结构中支架工作阻力计算公式。对神东矿区石圪台煤矿31201工作面在实体煤下、房式采空区下和过上覆房式采空区集中煤柱3种不同条件下回采时,分别提出"砌体梁–单回转岩块"、"小错位砌体梁–单回转岩块"和"严重错位砌体梁–单回转岩块"3种覆岩错位砌体梁结构,并利用单回转岩块结构的支架工作阻力计算公式得到3种覆岩错位砌体梁结构下支架合理工作阻力。结果表明:理论计算结果与现场实测数据较吻合;工作面过上覆房式采空区集中煤柱期间,无法单纯通过提高支架阻力来避免压架灾害的发生。
- 魏立科张彬付兴玉王寅李宏杰
- 关键词：采矿工程支架工作阻力
- 房式采空区失稳煤柱下回采异常矿压发生机理被引量：4
- 2016年
- 针对神东矿区石圪台煤矿31201工作面在上覆房式采空区失稳煤柱下回采期间矿压显现异常问题,利用现场实测和理论分析方法,对失稳煤柱下回采矿压显现异常的机理进行了研究。结果表明:失稳煤柱下回采期间,上煤层失稳煤柱冒落覆岩断裂岩块间不能形成铰接结构,且工作面上方冒落覆岩上覆岩层断裂岩块与其前方岩层共同向下运动,从而增加了下煤层顶板受力,使工作面呈现来压步距减小、来压强度增大的特征;由于失稳煤柱覆岩对煤层间岩层的作用力相比出集中煤柱期间小,因此未发生动载矿压灾害;煤层间岩层厚度的增加将减小下煤层顶板受力,进而减小失稳煤柱下回采矿压显现强度;提出在上煤层房式采空区失稳煤柱覆岩运动较充分后再进行下煤层开采的控制措施。
- 王寅付兴玉李凤明刘文玉张彬李少刚
- 动静载作用下逆冲断层力学失稳机制研究被引量：17
- 2019年
- 冲击地压往往发生在逆冲断层等地质构造附近,并且煤矿井下集中静载荷、顶板断裂等动载荷均对逆冲断层失稳具有重要的影响。基于典型逆冲断层工程实例的冲击显现特征分析,研究了静载荷作用下逆冲断层的活化过程以及采动应力场、位移场动态演化规律,通过施加动载应力波分析了逆冲断层的动力学响应特征,结合动静载作用下逆冲断层的力学特点,建立了断层失稳的多滑块-弹簧力学模型,并提出了逆冲断层冲击地压防治技术。研究结果表明:开采引起覆岩裂隙扩展并与断层带贯通是断层活化的直接原因;开采活动对断层的扰动呈现明显的分区性,扰动顺序是先上部、再中部、最后下部,且应力要先于位移受影响;动载对断层的扰动也是分区域的,将导致上部先失稳;采动并不是直接导致整个断层的滑移,而是优先引起某个或连续几个子系统的"局部失稳";基于动静载失稳理论的逆冲断层冲击地压防治技术主要包括深孔断顶爆破、煤层卸压技术、断底爆破等。
- 张宁博张宁博邓志刚赵善坤王寅邓志刚
- 关键词：逆冲断层断层活化力学模型
- 卸载条件下逆冲断层滑移实验研究被引量：4
- 2021年
- 煤矿开采活动对断层系统的卸荷效应,往往诱发逆冲断层失稳进而导致冲击地压灾害。以义马F16逆冲断层为工程背景,采用实验室实验研究了卸载条件下逆冲断层的差应力变化特征,分析了逆冲断层卸载过程中的位移场、变形场演化规律,阐述了逆冲断层失稳瞬态的滑移位移及声发射特性,探讨了逆冲断层的失稳过程。研究结果表明:逆冲断层卸载失稳时发生多次差应力"突跳"现象,以首次"突跳"变化量最大,差应力"突跳"量为0.36 MPa;断层不同部位滑移情况具有显著差异,其中下部滑移量大于中部和上部、下盘远场滑移量大于近场和上盘;断层岩体的法向应变和剪切应变呈"降低—突增—波动—稳定"的变化趋势,且变形场受位置影响较大,如下部法向应变"突跳"量大于中部和下部,两端剪切应变"突跳"量大于中部;断层失稳瞬间可分为启滑、主震、后震3个阶段,主震将释放大部分能量,为断层冲击地压的主要能量来源;卸载导致逆冲断层滑移的过程分为线性稳态、非线性稳态、亚失稳及失稳4个阶段,失稳瞬间剪应变的变化趋势为"突降—回弹—稳定";开采扰动引起的卸荷作用,造成F16断层不同位置呈不同的滑移模式,即浅部逆时针滑移、深部顺时针错动。
- 张宁博张宁博单仁亮李一哲赵善坤王寅秦凯
- 关键词：逆冲断层失稳过程冲击地压应变场声发射
- 浅埋煤层“主控层-软弱层”组合结构的形成机理及应用被引量：4
- 2021年
- 通过分析组合承载结构的形成条件、冲击载荷作用下组合承载结构破坏情况判定方法,对浅埋煤层覆岩主控岩层及其所控软弱岩层协调运动过程进行了深入研究。结果表明:在一定的条件下,主控岩层及其所控软弱岩层断裂岩块将形成协同承载的“主控层-软弱层”组合结构,上覆冲击载荷将影响“主控层-软弱层”组合结构的稳定性;基于此,提出了神东矿区浅埋采空区下回采时煤层间3种结构形态,基于“主控层-软弱层”组合结构定量化地分析了煤层群开采期间层间结构的破坏过程。
- 宋桂军宋桂军付兴玉杜锋张彬王寅杜锋
- 关键词：浅埋煤层冲击载荷
- P波、S波扰动下逆冲断层卸载滑移实验研究被引量：1
- 2022年
- 基于P波、S波扰动条件下逆冲断层卸载实验,研究了逆冲断层滑移过程中差应力、位移场、变形场和声信号的演化特征,提出了断层滑移的截齿“爬坡”模型,分析了P波、S波的扰动机制。研究结果表明:P波、S波对断层滑移的扰动效应不同。应力波扰动引起断层滑移时的差应力“突变”次数增加,且P波引起“突变”次数大于S波;P波扰动时断层各测点位移“突变”现象明显,而S波则引起测点位移的震荡;S波扰动引起剪切应变“突变”量略大于P波,S波对法向应变扰动影响大于剪切应变;主滑移声信号包含启滑、主震、尾波3个部分;断层面可视为上下盘无数微小截齿的相互咬合,断层滑移是微截齿从一个齿缝爬到邻近齿缝的过程;P波主要对法向应力和摩擦系数产生影响,而S波主要对剪切应力形成扰动。
- 张宁博张宁博单仁亮郭彦双赵善坤郭彦双
- 关键词：逆冲断层P波S波
- 不同尺寸煤体失稳破坏的前兆声发射特征研究被引量：4
- 2017年
- 利用岩石力学试验机和AMSY-6发射信号采集系统对不同尺寸强冲击倾向性煤样进行了单轴压缩的声发射测试,研究了其变形破坏过程中的声发射能量计数、振铃计数、定位事件的动态演化规律。实验结果表明:强冲击倾向性煤样声发射统计参量曲线均可以表征煤岩体失稳破坏过程,可将煤样失稳破坏过程划分为4个阶段,与应力应变曲线的压密、弹性、塑形、破坏阶段基本对应;表征煤岩失稳破坏的前兆特征包括:能量计数及振铃计数破坏前的大幅度增加,能量计数、振铃计数以及定位事件计数破坏前的声发射平静期,单位应力增量内声发射定位事件的大幅增加;试样尺寸的变化,对声发射统计参量曲线前期影响较大,对于失稳破坏的前兆特征无明显影响,尺寸效应不明显。
- 蒋军军蒋军军欧阳振华邓志刚王寅欧阳振华
- 关键词：平静期前兆特征尺寸效应
- 逆冲断层卸载失稳机理研究被引量：12
- 2020年
- 逆冲断层失稳诱发的冲击地压严重威胁着煤矿的安全,但目前采动条件下逆冲断层的失稳机理仍不清楚,使得断层冲击地压防治工作缺乏科学指导。为探索逆冲断层卸载失稳机理,基于典型逆冲断层控制型矿区的工程地质概况,分析了逆冲断层冲击地压的显现特征;采用相似模拟和数值模拟手段,研究了开采扰动引起的逆冲断层卸荷效应,阐明了义马矿区逆冲断层卸载失稳的模式及过程;通过实验室实验方法,揭示了单侧卸载过程中逆冲断层失稳瞬态的位移场时空演化规律,建立了断层卸载失稳的力学模型,阐释了断层失稳瞬间的黏滑过程。研究结果表明:随着开采范围与F16断层距离的减小,断层冲击地压危险性显著增大,冲击地压所释放能量急剧增高;采动引起逆冲断层产生卸荷效应,即开采扰动使得断层带新裂纹萌生并局部离层,断层带上交错出现应力集中区和应力减弱区,断层上段出现逆时针滑移,而下段顺时针滑移;卸荷效应导致断层失稳的过程可分为线性稳态(I)、非线性稳态(II)、亚失稳(III)和失稳(IV)4个阶段;断层卸载失稳瞬间正应变和剪应变总体上呈突降-突增-降低至稳定的变化趋势,且相对于中部和下部,断层上部滑移位移受卸载扰动影响较大;断层卸载失稳瞬间的能量传递过程为:震源单元-围岩杆单元-相邻围岩杆单元-相邻断层带单元等,其黏滑失稳是一系列单元连锁失稳构成的综合结果。通过本文研究,对逆冲断层卸载失稳的机理形成了新的认识,包括卸载失稳模式、失稳过程、失稳瞬态的能量传递等。
- 张宁博张宁博赵阳赵善坤秦凯李云鹏王寅
- 关键词：逆冲断层力学模型冲击地压
- 井间高位岩层联动诱冲机制及防冲方法初探被引量：5
- 2020年
- 相邻矿井开采过程中相互扰动明显,冲击地压灾害频发。为研究巨厚砾岩和逆冲断层控制作用下,相邻矿井之间的相邻工作面开采互扰诱发冲击机理以及两工作面冲击地压协同防控方法,以义马矿区耿村煤矿13230工作面和千秋煤矿21121工作面为实际工程背景,对13230工作面回采期间地表沉降变化、冲击显现特征和支架压力特征、21121东部缆车下山钻孔应力特征以及井间区域微震事件高度变化特征和地应力特征展开现场实测分析。研究表明,井间相邻工作面非同时期开采形成非对称“T”形覆岩空间结构,井间宽煤柱留设和高位巨厚砾岩条件下,该空间结构发生类似杠杆运动的“撬动”现象,即井间率先采空侧高位岩层下沉运动诱发滞后回采工作面高位岩层整体抬升运动;联动效应对滞后回采工作面垂直应力环境产生扰动且扰动范围有限,13230工作面回采初期垂直应力相对较低,断层活化的高水平应力导致煤体发生典型水平滑移式冲击事故,随13230工作面推进距离增大,水平方向冲击的强度与频度明显降低而垂直方向的冲击占比增加;基于工程实测和室内试验结果,提出井间以阻断高位砂砾互层为核心的弱链增耗防冲方法和采空区高强度充填为核心的吸能稳构防冲方法,实现井间工作面冲击地压的协同防控。随着我国煤矿逐渐转入高强度集约型开采和深部开采,由高位覆岩联动造成的多工作面之间的应力互扰现象将长期存在,旨在弱化覆岩结构体联动效应的防冲方法与技术是未来单一矿井乃至大型矿区大范围多工作面联合防冲的发展趋势。
- 李一哲赵善坤赵善坤齐庆新潘鹏志李海涛李海涛
- 关键词：冲击地压
- 不同煤岩介质弯载作用下的断裂特征被引量：4
- 2020年
- 煤矿覆岩破坏主要为弯载作用下发生的断裂,而煤岩介质的断裂特征对于冲击地压、煤与瓦斯突出等煤矿灾害密切相关。采用煤、泥岩、砂岩等不同介质的三点弯曲实验,研究了弯载作用下煤岩介质的强度特征、裂纹扩展规律、宏细观断口形貌特征及声发射变化特性,基于弹性断裂力学与均匀化方法对煤岩断裂机制进行了分析。研究结果表明:煤、泥岩样品的断裂峰值载荷、断裂能、断裂长度等断裂参数分布较离散,而砂岩样各参数分布则相对集中,该特征与煤岩介质内部结构密切相关,主要是由于煤及泥岩样品内部发育的微裂隙、微孔洞使得其均质度比砂岩样品高;宏观断口形貌方面,煤的宏观断口清晰可见原生裂隙,泥岩的宏观断口以微裂纹、微孔洞及层理为主,砂岩的宏观断口则仅包含少量杂质;细观断口形貌方面,煤的细观形貌表现为拉、剪断面和微裂隙,泥岩细观断口表面上分布有较多晶间断裂、微孔洞、黏土矿物及解理断裂,砂岩细观断口则仅为晶间断裂和少量微孔洞;煤样断裂声发射波形远比岩石要复杂,主波峰不明显,小断裂激发的声发射事件持续发生,而泥岩和砂岩的主断裂事件较显著,且在主断裂事件发生前通常有明显的起裂事件;弯载作用下煤岩介质尖端断裂扩展的临界应变能释放率主要受其弹性模量E控制,而介质的弹性模量与细观结构有关,且结构方向性对煤岩介质断裂特征具有重要影响。介质断裂的力学属性与宏细观断口特征之间具有密切的关系,对不同煤岩介质的断裂特征进行了初步的研究,认识到不同煤岩介质的细观结构对于其宏观断裂的重要影响,对于更科学严谨的结论,仍需要大量的实验数据支撑才能得以验证;煤岩介质的非均质性、各向异性使得其断裂机理十分复杂,探讨宏细观断裂的跨尺度问题、建立细观结构特性与宏观�
- 张宁博张宁博单仁亮孙中学赵善坤王寅
- 关键词：声发射扫描电镜均匀化方法
