大断层采动“活化”导水特性研究

煤层回采引起的断层“活化”导水是矿井突水的一种重要形式,具有很高的危险性和隐敝性。依托具体的工程背景,建立简化的力学模型和数值模型,根据弹塑性力学和裂隙介质水动力学理论分析不同推进距离时断层面上的主应力和法向应力变化情况,并通过模拟计算得出回采过程中应力变化与塑性破坏特征。研究结果表明,新集矿区F10大型断层在煤层推进至距断层20 m位置时开始有“活化”趋势,断层带岩体位移值陡增到005 m,距10 m时断层面主应力急剧增大,峰值应力向浅部转移,断层带发生明显位移,孔裂隙扩张。为保证生产安全,需预设30 m防水煤柱,避免煤岩体突水通道沟通主干断层及承压含水层,该研究成果可为矿井生产提供一定的参考价值。     

筑牢第一道安全防线——记中铁十五局成贵铁路项目部安全培训实践

<正>中铁十五局集团成贵铁路项目部(以下简称项目部)承建的成贵铁路13标段工程地处云贵高原的乌蒙山区,为高原溶蚀低丘地貌,地势起伏很大,沿线地质条件极为复杂。不良地质主要有岩溶、煤层瓦斯、采空区、断层破碎带及危岩落石等,隧道围岩条件差,桥隧比例高达75.3%,施工中存在塌方、突水、突泥、高空坠落、瓦斯爆炸等风险。其中,大方隧道岩     

松软破碎围岩掘进防冒顶技术措施

苏桥煤矿于2005年12月开始基建,矿井设计年产量21万吨,开采二迭系童子岩组含煤地层。由于区域推覆构造的作用,复盖在童子岩组地层上面的是地质时代较老的栖霞灰岩和石炭系林地组砂砾岩。破坏性巨大的推覆构造导致矿区内断裂极发育,缓断层、高角度断层互相交错叠加,构造的破坏表现为多期次活动及活动的强烈性,特别是复盖在童子岩组之上的林地组砂砾岩与栖霞灰岩受F0断层(F0断层破碎带宽0.2￣50m不等,断面两翼破坏波及面广,断层局部导水性较强,靠近灰岩且形成溶洞)切割的影响,导致砂砾岩极其破裂,原生的结构整体性、稳定性遭到严重破坏,裂缝…     

平行导洞压入式通风对特长隧道污染物分布的影响

为探究横通道开启方式对平行导洞压入式通风的特长隧道内污染物分布规律的影响,研究了不同横通道开启方式下的隧道内纵向风速、风压损失及污染物分布规律。所建立的隧道模型包含17个横通道,其中5个为车行横通道,12个为人行横通道,横通道均匀布置。考虑了5种不同的车行横通道开启方式进行研究。结果表明,在平导压入式通风时,主隧道内的纵向风速呈分段式分布,隧道中心风速最小,越靠近隧道出口的风速越大。当对称开启偶数个横通道时,由于风压平衡,隧道中心两个横通道之间的纵向风速几乎为0,无法有效稀释CO;当对称开启奇数个横通道时,隧道内风速为从隧道中心往两侧洞口方向,当平导通风风量足够大时,可将隧道内CO体积比稀释到符合规范的要求。此外,当对称开启奇数个横通道时,在相同的平导通风量下,横通道开启个数较多反而不利于降低隧道中心区域的CO体积比。所研究隧道模型中对称开启3个横通道的临界通风量最小,临界通风风量为631 m³/s,与根据规范计算得到的所需通风量相差不大。因此,在进行此类隧道通风设计时,可参考规范进行通风量的计算。研究结果可为此类隧道的通风设计提供参考。     

隧道含水断层破碎带的探测

以泉三高速公路某隧道含水断层为例,对比瑞利波和地质雷达两种探测技术,论述其优缺点,阐明瑞利波探测技术探测公路施工隧道含水断层破碎带的优点。     

影响断层活化的破碎带特征参数敏感性分析北大核心CSCD

为研究破碎带对断层活化的影响,选取破碎带宽度、岩石内摩擦角、粘结系数及抗拉强度作为破碎带的特征参数,采用FLAC3D模拟工作面推进对断层的影响,借助正交表确定模拟方案,通过对正交试验结果进行方差分析,以此研究影响断层活化的破碎带特征参数敏感性。结果表明:破碎带特征参数对断层活化的敏感性主次顺序为破碎带宽度﹥岩石内摩擦角﹥岩石粘结系数﹥岩石抗拉强度,且断层破碎带宽度越大,岩石内摩擦角越小,断层活化可能性也就越高,而岩石粘结系数与抗拉强度对断层活化影响较小。     

浅议综采工作面漏顶事故原因与防治对策——基于长春羊草煤业股份有限公司顶板事故的分析

在煤炭的开采过程中,不可避免地会遇到断层和褶皱构造,给煤矿的生产和安全带来很大影响。因为断层带岩石破碎,地表水和含水层中的水会沿着断层带涌入井下,断层破碎带又是瓦斯良好的通道,常常在此处积聚很多瓦斯;而褶皱构造,特别是在背斜的轴部,因岩层受到拉伸应力的作用,裂隙比较发育,若再遇到煤层顶板岩性为粉砂质泥岩、高岭石泥岩、条带细沙岩等,围岩的破碎情况将更为严重,易发生大块矸石冒落。当采掘工作面通过这些地质单元时,对顶板的稳定性、整体性将有较大影响。给采掘和支护工作带来很大的困扰,不仅要防水、防瓦     

影响断层活化的破碎带特征参数敏感性分析

为研究破碎带对断层活化的影响,选取破碎带宽度、岩石内摩擦角、粘结系数及抗拉强度作为破碎带的特征参数,采用FLAC3D模拟工作面推进对断层的影响,借助正交表确定模拟方案,通过对正交试验结果进行方差分析,以此研究影响断层活化的破碎带特征参数敏感性。结果表明:破碎带特征参数对断层活化的敏感性主次顺序为破碎带宽度﹥岩石内摩擦角﹥岩石粘结系数﹥岩石抗拉强度,且断层破碎带宽度越大,岩石内摩擦角越小,断层活化可能性也就越高,而岩石粘结系数与抗拉强度对断层活化影响较小。     

封闭不良钻孔侧壁突水机理研究

为研究封闭不良钻孔侧壁突水机理,预防水害事故的发生,以采煤工作面和封闭不良钻孔作为研究对象,探讨了封闭不良钻孔侧壁引发突水的潜在位置,利用摩尔库仑准则和厚壁圆筒理论,建立了封闭不良钻孔侧壁突水力学模型和突水判据。结果表明,煤层顶板导水裂隙带超前发育部位容易引发封闭不良钻孔侧壁突水,影响突水的主要因素有保安煤柱宽度、导水裂隙带超前发育距离、顶板的内聚力、内摩擦角、封闭不良钻孔的孔径以及孔内水压,当煤柱宽度等于或小于导水裂隙带超前发育距离与封闭不良钻孔塑性区半径之和时,将引发突水事故。     

公路隧道施工特大涌水的防治技术探讨

隧道特大涌水如果没有预先查明导水通道和水量,靠隧道施工过程中单纯地质超前预报发现地质异常,并采取传统的超前小导管沣浆进行治理,效果不佳.以三阳隧道特大涌水为例,分析涌水原因,并提出查明导水通道,"以堵为主"的环保型技术措施.     

综合物探技术在矿井工作面底板含水构造探测中的应用

为了查明汾源煤业文明矿5-101首采工作面底板岩层赋水情况和煤层地质异常体情况,并对其进行突水危险性区域划分及评价,采用瞬变电磁法、直流电法和无线电波透视法三种物探方法综合勘探,综合分析三种物探方法探查结果,并结合揭露情况和钻孔验证。结果表明:位于切眼往外(0~250)m范围内,工作面底板相对破碎、裂隙岩溶发育或富水性强,导高大,且煤层内部较不均匀,存在多条5m以上落差含水断裂破碎带,此区域突水危险性最大;切眼往外(300~380)m范围内存在局部富水区域,导高较小,但不存在构造破碎带,突水可能性较小;工作面其他区域都较安全。综合物探比单一物探更具有准确性和可靠性,更符合工程实际情况,为采取针对性的治理措施从而实现安全回采提供了参考依据。     

不同配比下破碎岩体变质量渗透试验研究

为了分析破碎岩体不同骨架-充填物配比条件下的变质量渗透特性,揭示煤矿陷落柱、断层等含破碎岩体地质构造的突水机理,利用自主研制的可考虑颗粒迁移作用的渗透试验系统开展了不同试样配比条件下的变质量渗透试验研究,得到了破碎岩样孔隙率、渗透率、质量流失率等参量随时间的变化规律。并在试验结果的基础上,结合陷落柱突水实例,分析了充填物颗粒迁移作用下的陷落柱突水演化规律。结果表明:1)颗粒迁移作用下破碎岩体的渗透性变化可分为3个阶段,即渗流缓变阶段、渗流突变阶段和渗流稳定阶段;2)试样充填物颗粒在水流冲蚀作用下不断迁移流失,孔隙率快速增大后趋于稳定,质量流失率先快速增加后逐渐减小;3)充填物含量对破碎岩体渗透性具有重要影响,随试样中充填物比例的增加,试样的最大质量流失率不断增加,孔隙率增幅也越大,初始渗透率和渗透率增幅均呈现先增大后减小的变化规律。     

圆梁山毛坝向斜段隧道涌突水灾害及对地下水的影响

深埋隧道涌突水对工程施工及区域环境都有很重要的影响 ,笔者通过圆梁山隧道毛坝向斜段涌突水监测数据 ,结合地表降水资料 ,分析了影响隧道排水量、隧道支护稳定性的主要自然因素及排水工程 ,对地表水环境产生的影响。监测和分析认为 ,隧道揭露的含水溶洞突水对当地水环境影响最大 ,也是地表降水对隧道支护产生影响的主要通道。     

双护盾TBM不良地质段卡机脱困技术研究*

为确保双护盾TBM在不良地质中遭遇卡机事故时能快速安全脱困,依托某引水隧洞工程,研究双护盾TBM在断层破碎带段及软岩大变形段遭遇的卡机事故原因以及采用超前大管棚支护、环形扩挖法的技术难点。结果表明:双护盾TBM在断层破碎带段采用超前大管棚支护及软岩大变形段采用环形扩挖法,均能解决卡机事故问题,使其成功脱困。研究结果可为类似TBM卡机脱困提供工程借鉴。     

断层构造对高地应力隧道初始地应力场影响分析

为减少地下工程区断层等地质构造对局部应力场的影响，以云南省红河州某高速公路隧道工程为例，分析隧道选址区域初始地应力场。首先，建立隧道选址区域三维地质模型，使用空芯包体法采集10处测点的初始地应力数据；然后，根据实测地应力数据，通过多元线性回归反演分析方法反演，得到隧道选址区岩体初始地应力场，同时，在该方法的基础上考虑区域内断层和破碎带的影响，总结断层对地应力分布状态的影响；最后，根据现场勘察所得地质构造条件(主要为断层),对断层带施加挤压力和压扭力模拟断层错动，从而进行局部地应力调整，得到符合实际的地应力场。结果表明：研究区域水平垂直隧道轴线方向的应力最大，表现为σ_y>σ_z>σ_x;应力值在断层内部减小，断层带边缘增大。在高地应力硬岩隧道工程中，应力集中的断层边缘存在岩爆发生概率增大的可能性，应加强防治，以保障施工过程安全。     

矿井底板突水过程电荷感应规律试验研究

为研究复杂水文地质条件下矿井底板突水导水通道形成及破坏情况的判断问题,基于电荷感应监测技术,通过水压致裂试验对比不同壁厚电荷信号规律,研究导水通道距离采掘空间不同深度下电荷特征,探究电荷前兆信息与底板突水通道形成过程的联系。结果表明:电荷信号和声发射信号均在起裂压力前出现较大脉冲,这2种信号出现的顺序随机,这与岩体的结构以及组成有关;壁越厚,起裂压力越大,释放的电荷量越大,电荷释放与试样变形破坏所需的力存在必然联系;不同壁厚试样电荷感应信号在衰减时间与电荷累积量等方面有差异,通过电荷感应信号探测导水通道形成深度是可行的。     

基于渗流-损伤耦合分析的煤层底板突水过程的数值模拟

根据杨村煤矿17煤的水文地质条件,应用岩石破裂过程渗流与损伤耦合作用分析系统(F-RFPA2D),建立了薄煤层底板采动破坏的数值模型,模拟了采动条件下底板的破断失稳、裂隙扩展和突水过程,探讨了底板突水的机理,并对底板的易发生突水部位进行了预测.结果表明,当回采工作面推进到26.8 m时,在隔水层的两个约束端产生拉剪破坏区.该破坏区和12灰贯通形成突水通道.突水后通道处的位移、流量都发生突变增加,并形成连锁反应,使12灰到13灰及其之间的隔水层依次发生破坏,最大破坏深度达13 m,但未勾通和14灰、奥灰之间的水力联系,在底板没有断层的地段不会发生突水.两个工作面采前和采后压水试验结果表明,采动后底板破坏深度在9.96～12.35 m,同数值模拟结果相吻合.     

高突危险水体上煤层开采下限及带压开采分区研究

确定开采下限,对高突危险水体上煤层的安全开采具有十分重要的意义。本文基于肥城矿区地质条件,用FLAC3D软件,对开采煤层下伏岩层移动变形规律进行了深入研究,对煤层底板三带范围进行了初步确定;同时,从不同方面对煤层底板开采破坏深度进行了理论计算。根据突水系数、导水带深度、导升带高度和经验数据,确定出正常条件下带压开采的下限(-720m)以及安全措施条件下(底板预注浆处理等)的带压开采下限(-850m)。依据开采下限,对带压开采条件进行了分析,初步形成了高突危险水体上煤层带压开采的分区分类,划分了"开采相对安全区(安全开采区、次安全开采区、条件安全开采区)、深部突水危险区、构造突水危险区",为确定安全开采技术与工艺奠定了理论基础。     

乌兰木伦煤矿2-2煤二盘区首采面探放水技术

为提高矿井水害防治效果,降低矿山安全隐患,首先,以乌兰木伦2^-2煤二盘区首采面为研究对象,分析矿区水文地质状况,探究导水裂隙带贯通情况对水害的影响;然后,采取物探、钻探相结合的方式开展探放水现场试验,预测评估工作面突水量,并通过工作面水量计算设计合理的排水系统;最后,提出回采工作面预留保护煤柱和局部区域顶板强排疏放等消除工作面水害隐患的措施。结果表明：2^-2煤回采过程中导水裂隙带贯通上覆采空区,具有较大的突水危险;经物探和钻探法相结合的探放水方式后,底板突水系数最大值为0.001 MPa/m,突水可能性较小;采取局部区域顶板强排疏放可有效降低突水危险。     

高烈度地震区跨断层隧道不同厚度减震层减震效果分析*

为进一步提高高烈度地震区跨断层隧道抗震性能,基于达万高速天坪寨隧道F1断层段,利用有限差分数值软件FLAC3D对跨断层隧道施设不同减震层厚度减震效果进行研究。结果表明:当天坪寨隧道F1断层段施设减震层厚度为150 mm时,减震效果最优,其次为200,100,50 mm;当施设150 mm减震层时,横向与竖向位移分别减小5.88%与8.50%,最大主应力减小36.02%,最小主应力减小12.21%,最大剪应力减小51.61%,最小安全系数提高52.45%～65.32%。研究结果可为高烈度地震区跨断层隧道抗震设计提供参考。