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基于Hoek-Brown准则的冻融循环条件下露天煤矿边坡岩体力学系数修正

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煤田地质与勘探 2018年第6期46卷 150-156页

作者：田延哲中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

在露天矿边坡稳定性计算和评价过程中,边坡稳定性评价结果与岩体力学参数的选取密切相关。而在冻融循环条件下,岩石的物理力学参数随着冻融次数的变化而变化。首先通过室内模拟的方法对粗砂岩和细砂岩进行不同次数的冻融循环试验,然后... 详细信息

在露天矿边坡稳定性计算和评价过程中,边坡稳定性评价结果与岩体力学参数的选取密切相关。而在冻融循环条件下,岩石的物理力学参数随着冻融次数的变化而变化。首先通过室内模拟的方法对粗砂岩和细砂岩进行不同次数的冻融循环试验,然后进行一系列的单轴和三轴压缩试验,得到冻融循环条件下完整粗砂岩和细砂岩的物理力学参数;基于Hoek-Brown强度准则中的爆破扰动参数D,提出冻融循环劣化参数Df,利用修正的Hoek-Brown准则得到冻融循环条件下岩体力学参数,并分析了边坡岩体的破坏模式。结果表明:随着冻融循环次数的增加,粗砂岩和细砂岩的单轴抗压强度、弹性模量和黏聚力降低减小,内摩擦角变化较小;而岩体的单轴抗压强度、整体抗压强度、抗拉强度、变形模量、黏聚力和内摩擦角均减小,这说明岩体在冻融循环环境中是不断损伤的,质量逐渐变差;随着冻融循环次数不断增加,岩体的抗剪强度劣化在不断加速,边坡的破坏形式主要为剪切破坏。修正的岩体力学参数为露天矿边坡稳定性分析提供更为准确的数据。

关键词：冻融循环条件 Hoek-brown准则岩体力学参数冻融循环劣化参数

高陡山体下煤层重复采动诱发岩质斜坡变形破坏过程分析

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煤矿安全 2021年第3期52卷 222-227页

作者：田延哲中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

为研究高陡山体下煤层重复采动诱发岩质斜坡变形破坏过程,采用离散元数值模拟的方法,建立了高陡地形条件下煤层采动数值计算模型,从水平位移云图和纵向位移云图来分析煤层重复采动诱发岩质斜坡变形的渐进破坏过程。得出高陡山体下重复... 详细信息

为研究高陡山体下煤层重复采动诱发岩质斜坡变形破坏过程,采用离散元数值模拟的方法,建立了高陡地形条件下煤层采动数值计算模型,从水平位移云图和纵向位移云图来分析煤层重复采动诱发岩质斜坡变形的渐进破坏过程。得出高陡山体下重复采动诱发坡体崩塌经历了3个阶段,即煤层初始变形阶段、重复采动导致坡体不均匀沉陷开裂阶段,坡体整体失稳垮塌阶段;同时得出坡体的不均匀变形引起整个坡体不同位置产生不同形式的破坏,坡表的最终失稳形式有滑坡和崩塌2种,主要由坡体的原始地形坡度和地层岩性决定。

关键词：高陡山体重复采动岩质边坡变形破坏数值模拟

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多煤层开采条件下高陡山体变形控制

煤炭科学技术 2021年第11期49卷 180-190页

作者：刘小平田延哲曹晓毅刘元均西安理工大学岩土工程研究所陕西西安710048 中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077 贵州发耳煤业有限公司贵州六盘水553017

采矿活动诱发高陡山体发生大范围高位远程滑坡,贯穿我国西南矿区规划、开发及闭矿整个阶段,前期规划时矿区采动坡体稳定性控制至关重要。为提高矿区防灾减灾水平,从西南地区地形地质及采矿条件出发,系统归纳了控制高陡山体稳定性致灾因... 详细信息

采矿活动诱发高陡山体发生大范围高位远程滑坡,贯穿我国西南矿区规划、开发及闭矿整个阶段,前期规划时矿区采动坡体稳定性控制至关重要。为提高矿区防灾减灾水平,从西南地区地形地质及采矿条件出发,系统归纳了控制高陡山体稳定性致灾因素,提出了适宜于该矿区高陡山体稳定性控制的多煤层协调开采方法,采用离散单元法对山体变形特征及稳定性控制效果进行了模拟分析。研究结果表明:地下开采是坡体变形之诱因,重力场与采动应力场叠加引起应力集中,是引起岩体破裂及坡体失稳之本质。多煤层协调开采,可以将开采活动对覆岩变形及破坏速率降低,逐步释放总变形量,利用地表变形符号的变化,动态调整水平变形及倾斜等坡体稳定性敏感指标,提高采动坡体的稳定性。利用该方法,模拟计算某矿区采动高陡山体最大水平变形降低了67%~85%,最大倾斜值降低了41%~67%,梯子崖(永宁组灰岩)稳定性得到控制。多煤层协调开采技术是解决西南高陡山体下煤炭资源安全高效开采的有效途径。

关键词：高陡山体多煤层协调开采坡体稳定性变形控制

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冻融循环条件下岩石物理力学指标相关性分析

矿业安全与环保 2017年第4期44卷 24-27页

作者：田延哲徐拴海中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

为了得到冻融循环条件下岩石强度指标与物理指标的关系,在室内实验和理论分析的基础上,建立了冻融循环过程中岩石抗压、抗剪强度力学指标与纵波波速、孔隙率物理指标的关系。试验结果表明:随着冻融循环次数的增加,岩石的孔隙率增大,纵... 详细信息

为了得到冻融循环条件下岩石强度指标与物理指标的关系,在室内实验和理论分析的基础上,建立了冻融循环过程中岩石抗压、抗剪强度力学指标与纵波波速、孔隙率物理指标的关系。试验结果表明:随着冻融循环次数的增加,岩石的孔隙率增大,纵波波速、单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力降低;冻融循环条件下粗砂岩的孔隙率、纵波波速与单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力之间具有良好的相关性。通过测量经历不同冻融次数的岩石的孔隙率和纵波波速,较好地反映出冻融循环过程中岩石强度的衰减关系。

关键词：冻融循环物理指标强度指标强度衰减关联分析

露天煤矿冻岩边坡饱和砂岩冻融损伤试验与劣化模型研究

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岩石力学与工程学报 2016年第12期35卷 2561-2571页

作者：徐拴海李宁王晓东许刚刚袁克阔田延哲王莉平西安理工大学岩土工程研究所陕西西安710048 中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

高海拔多年冻土区露天煤矿岩质边坡常年处于冻融交替环境中,边坡浅部病害显著。为了分析边坡上岩石在冻融环境中的劣化规律,利用采集于木里地区露天矿边坡钻孔中的砂岩试样进行了室内饱和冻融循环试验,并建立了饱和岩石冻融劣化的理论... 详细信息

高海拔多年冻土区露天煤矿岩质边坡常年处于冻融交替环境中,边坡浅部病害显著。为了分析边坡上岩石在冻融环境中的劣化规律,利用采集于木里地区露天矿边坡钻孔中的砂岩试样进行了室内饱和冻融循环试验,并建立了饱和岩石冻融劣化的理论模型。岩样冻融循环试验结果显示随着冻融循环次数的增大,饱和砂岩的微裂隙率逐渐增大,单轴和三轴抗压强度以及表示岩石质量的常见物理参数逐渐降低。基于岩石在冻融循环过程中的微裂隙变化,提出并推导了微裂隙扩展因子,理论建立了岩石强度随冻融循环变化的劣化模型和本构关系,利用劣化理论模型所计算的岩石强度与试验结果吻合较好。分析岩石微裂隙的变化规律,可以获得饱和砂岩在冻融循环环境中的劣化是由于岩石内部的微裂隙在水成冰相变过程中产生的巨大复合应力超过了岩石微裂隙开裂强度,而导致微裂隙逐渐失稳扩展,岩石整体性被削弱等结论。

关键词：岩石力学冻融循环饱和岩石微裂隙扩展因子劣化模型

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冻融循环条件下粗砂岩物理力学性质变化规律

煤田地质与勘探 2016年第5期44卷 102-107页

作者：徐拴海田延哲李宁西安理工大学岩土工程研究所陕西西安710048 中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077 冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730000

岩体经受自然冻融循环过程后,其物理力学性质的劣化是引起岩石工程灾害的主要原因。借助于MTS815液伺服岩石试验系统对经历不同冻融循环次数的粗砂岩进行三轴压缩试验,研究经历不同冻融循环次数后岩石在不同围压下的强度和变形特性,分... 详细信息

岩体经受自然冻融循环过程后,其物理力学性质的劣化是引起岩石工程灾害的主要原因。借助于MTS815液伺服岩石试验系统对经历不同冻融循环次数的粗砂岩进行三轴压缩试验,研究经历不同冻融循环次数后岩石在不同围压下的强度和变形特性,分析冻融循环次数和围压对岩石强度和变形的影响规律。研究结果表明,在冻融循环次数一定的条件下,随着围压的增加,岩石的三轴抗压强度、弹性模量和峰值轴向应变逐渐增加,表明粗砂岩的破坏逐渐由脆性破坏向塑形破坏变化;在围压相同的情况下,随着冻融循环次数的增加,岩石的三轴抗压强度、弹性模量逐渐减小,峰值应力对应的轴向应变逐渐增加;随着冻融循环次数的增加,粗砂岩的黏聚力均呈指数衰减形式降低,内摩擦角变化很小。

关键词：冻融循环物理力学性质变化规律

基于Usher时间函数的采空区地表动态沉陷预测模型研究

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煤炭科学技术 2021年第9期49卷 145-151页

作者：王玉涛刘小平毛旭阁曹晓毅田延哲中煤科工生态环境科技有限公司北京100013 中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077 西安理工大学陕西西安710048

采空区地表动态沉降预测是当前开采沉陷领域研究重点解决的问题之一,对沉陷灾害的预防和控制具有重要的作用。针对目前采空区地表沉降预测模型存在的问题,通过对煤矿开采引起地表沉陷变形规律的系统分析,认为采空区地表沉降是一个先加... 详细信息

采空区地表动态沉降预测是当前开采沉陷领域研究重点解决的问题之一,对沉陷灾害的预防和控制具有重要的作用。针对目前采空区地表沉降预测模型存在的问题,通过对煤矿开采引起地表沉陷变形规律的系统分析,认为采空区地表沉降是一个先加速后减速的S型沉降过程,大致可分为初始沉降、剧烈沉降和衰退沉降3个阶段。总结得出理想的采空区地表沉陷预测模型应具有能较好拟合地表沉降时间关系的沉降曲线,沉降速度和加速度应符合地表沉陷物理过程的基本特征。将用于描述增长信息随时间变化的Usher数学模型引入到采空区地表动态沉降预测中。通过对模型结构及其相关参数的深入分析,认为Logistic模型、Gompertz模型、Knothe模型、Mitscherlich Brody模型和Von Bertalanffy模型均是Usher模型的特例,Usher模型符合理想沉陷预测模型的基本要求,可较好地模拟采空区地表动态沉降过程,其参数可采用遗传算法进行求解。在上述研究基础上,将Usher模型与沉陷稳定后沉陷盆地走向或倾向主断面上的剖面函数相结合,构建了整个沉陷盆地内任意点、任意时刻的沉降量计算模型。研究结果证明,Usher时间函数模型比双参数Knothe模型、正态时间函数模型、Logistic和Gompertz等模型具有更强的适应性、更高的拟合精度和更好的预测效果,可为开采沉陷预测提供一定的借鉴和参考。

关键词：沉降预测 Usher模型采空区动态沉陷

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煤层重复采动对水渠稳定性及渗漏性影响评价

煤田地质与勘探 2018年第4期46卷 93-98页

作者：曹晓毅刘小平田延哲中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

为了科学评价煤层重复采动对拟建水渠工程安全性的影响程度,围绕"采煤安全"、"水渠安全运行"这两条主线,在现场调研的基础上,采用理论分析、数值模拟和概率积分法等手段,对重复采动影响下水渠的变形特征进行了分析评价。首先从地层的工... 详细信息

为了科学评价煤层重复采动对拟建水渠工程安全性的影响程度,围绕"采煤安全"、"水渠安全运行"这两条主线,在现场调研的基础上,采用理论分析、数值模拟和概率积分法等手段,对重复采动影响下水渠的变形特征进行了分析评价。首先从地层的工程地质结构、水文地质结构、力学结构和开采结构4方面分析了岩土体的结构特征,利用FLAC3D对各煤层开采引发的导水裂隙带发育高度的变化规律进行了模拟分析,同时,根据地表移动和变形预计结果,分析了重复开采引发的地表下沉、倾斜变形及水平变形对水渠坝体的影响。结果表明:多煤层开采后导水裂隙带不会波及到水渠内的地表水,不会影响采煤安全;重复采动会引起水渠不同程度的沉降,堤体地面标高由69.34 m沉降至65.50 m,沉降后的堤体顶面比设计水面降低了1.94 m,过水断面由580 m2减少至196 m2,设计流量将损失66%,对水渠安全运行构成影响。

关键词：煤层重复采动采动损害水渠下采煤移动变形

高陡山体下多煤层重复开采沉陷对矿区环境影响的累积效应分析

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中国煤炭地质 2023年第1期35卷 57-63页

作者：田延哲中煤科工生态环境科技有限公司北京100013 中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

为研究高陡山体下多煤层重复开采沉陷对西南矿区地质环境的影响,采用工程地质分析与udec数值模拟等方法,根据组成坡体的岩性、主控结构面、结构面形状及其充填物特征、节理裂隙特征分析了坡体的结构特征。基于离散元法得出多煤层重复开... 详细信息

为研究高陡山体下多煤层重复开采沉陷对西南矿区地质环境的影响,采用工程地质分析与udec数值模拟等方法,根据组成坡体的岩性、主控结构面、结构面形状及其充填物特征、节理裂隙特征分析了坡体的结构特征。基于离散元法得出多煤层重复开采过程中塑性区分布特征、岩体裂隙扩展特征、水平位移特征和纵向位移特征的变化规律,分析了多煤层重复开采沉陷对矿区环境的累积影响。结果表明:高陡山体下多煤层重复开采诱发的岩质斜坡变形破坏经历了一个复杂的时间和空间过程,具有明显的开采累积效应,重复采动引起高陡山体的附加水平移动、水平变形会导致山体变形活动更复杂,得出重复采动坡体的变形破坏演化过程:单一煤层开采扰动—上覆岩体变形—多煤层重复采动—岩质坡体变形加剧—坡体沉陷开裂—岩质坡体局部塌陷和崩塌。

关键词：高陡山体重复采动岩质边坡变形破坏