检索结果-南通市图书馆

碱水作用下弱胶结粉砂岩孔隙结构分形特征与非线性劣化机制

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中国矿业大学学报 2024年第1期53卷 34-45页

作者：范钢伟骆韬张东升张世忠范张磊中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116

弱胶结岩石遇水发生强度劣化是我国西部地区煤矿开采过程中矿压显现异常、顶板事故频发的重要原因.以我国新疆哈密地区弱胶结粉砂岩和地下水赋存环境为工程背景,通过SEM电镜扫描结合数字图像处理技术,研究了不同pH值碱性溶液、不同浸泡... 详细信息

弱胶结岩石遇水发生强度劣化是我国西部地区煤矿开采过程中矿压显现异常、顶板事故频发的重要原因.以我国新疆哈密地区弱胶结粉砂岩和地下水赋存环境为工程背景,通过SEM电镜扫描结合数字图像处理技术,研究了不同pH值碱性溶液、不同浸泡时间对弱胶结粉砂岩微观结构和孔隙分形维数的影响规律,确定了孔隙分形维数、孔隙率与单轴抗压强度、抗拉强度之间的函数关系,建立了碱水侵蚀条件下弱胶结粉砂岩劣化非线性动力学模型.研究结果表明:1)浸泡溶液碱性越强,弱胶结粉砂岩矿物颗粒形态越趋于圆润,且颗粒间接触形式变得疏松多孔;浸泡初期孔隙率与孔隙分形维数增幅相对较大而后期趋缓.2)碱水侵蚀作用下孔隙结构复杂程度及分布形态对力学强度影响显著,弱胶结粉砂岩单轴抗压强度、抗拉强度与孔隙分形维数、孔隙率之间均具有较强的负线性相关关系;单轴抗压强度、抗拉强度与孔隙分形维数的相关性大于孔隙率;碱水侵蚀降低了弱胶结粉砂岩的脆性.3)选取孔隙分形维数、孔隙率和单轴抗压强度为描述水化学反应系统的变量,以相应参量的时间序列值为非线性动力学方程的特解,通过反演建立了碱水化学作用弱胶结粉砂岩劣化的非线性动力学模型;采用建立的模型计算的孔隙分形维数值、孔隙率和单轴抗压强度与试验值的误差范围分别为2.37%~2.64%,2.38%~4.57%,3.48%~8.12%,可用于弱胶结岩石碱水侵蚀不同时间后孔隙分形维数、孔隙率以及单轴抗压强度等参数的预测评估.

关键词：碱水侵蚀弱胶结粉砂岩孔隙率孔隙分形维数非线性模型

煤矿斜井过动水砂层帷幕注浆扩散封堵机理及应用

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中国矿业 2024年第5期33卷 187-195页

作者：雷亚军范钢伟杨建辉任闯难牛鸿波范张磊陕西陕煤曹家滩矿业有限公司陕西榆林719000 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 陕西省煤层气开发利用有限公司陕西西安710000

我国西部煤矿斜井井筒在富水松散层段大多发生渗漏水现象,有时甚至存在涌水溃砂风险,影响煤矿安全生产。为科学指导斜井过动水砂层防治水工作,以曹家滩煤矿主副斜井过动水砂层帷幕注浆为工程背景,借助有限元数值模拟软件建立了动水砂层... 详细信息

我国西部煤矿斜井井筒在富水松散层段大多发生渗漏水现象,有时甚至存在涌水溃砂风险,影响煤矿安全生产。为科学指导斜井过动水砂层防治水工作,以曹家滩煤矿主副斜井过动水砂层帷幕注浆为工程背景,借助有限元数值模拟软件建立了动水砂层帷幕注浆扩散封堵模型,探究了煤矿斜井过动水砂层帷幕注浆扩散封堵机理,结合具体治理区域,优化了动水砂层帷幕注浆参数及工艺,并进行了现场效果检验。研究结果表明:随着动水流速和注浆压力的增大,浆液顺水流方向扩散特征明显;注浆压力0.5MPa,动水流速0.3m/s时,顺水流方向浆液扩散半径增至1.83m;随着帷幕内壁与井筒外壁间距的增大,井筒围岩变形破坏范围逐渐远离井筒外壁,治理区域间距设置应不小于12.5m;注浆参数及工艺优化后,主副斜井治理段水量分别衰减85.6%和82.7%,治理效果显著。本文研究成果有助于解决动水砂层斜井井筒渗漏水问题,保障斜井井筒安全运营,保护矿山地下水资源。

关键词：斜井井筒动水砂层帷幕注浆工艺参数涌水量

破碎颗粒堆积方式对渗透率应力敏感性的影响机制

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科学技术与工程 2024年第27期24卷 11648-11654页

作者：熊鹏辉范张磊马壮张东升李强吕扬蒋超孔梓涵陕西省煤层气开发利用有限公司西安710000 中国矿业大学矿业工程学院徐州221116 陕西陕煤曹家滩矿业有限公司榆林719000

颗粒堆积下的渗透性量化对采空区冒落带、断层破碎带阻水性能、低渗煤层应力敏感性评估具有重要意义。基于Hertz变形假设,构建了不同颗粒堆积方式的渗透率演化模型,分析了不同颗粒排列结构下应力敏感性及主控因素,探讨了本体变形与结构... 详细信息

颗粒堆积下的渗透性量化对采空区冒落带、断层破碎带阻水性能、低渗煤层应力敏感性评估具有重要意义。基于Hertz变形假设,构建了不同颗粒堆积方式的渗透率演化模型,分析了不同颗粒排列结构下应力敏感性及主控因素,探讨了本体变形与结构变形的应力敏感性作用机制。研究表明:若仅考虑本体变形,渗透率应力敏感性和组合颗粒数呈反比,颗粒弹性模量是加卸载试验中应力敏感性主导因素;颗粒发生结构变形的应力敏感性远高于本体变形,和结构变形程度呈正比(颗粒组合结构调整);颗粒结构应力敏感性是结构变形、等效弹模、结构调整综合作用的结果;数值验证了不同颗粒结构应力敏感性的合理性,不同位置渗透率的调整是导致孔压非均匀分布、渗透性变化的主要因素;研究结果表明低渗储层(煤层)存在强应力敏感性,与岩石、流体性质密切相关。

关键词：颗粒堆积应力敏感性结构变形主控因素

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浅埋房式采空区下长壁采场动载矿压发生机制

岩土工程学报 2019年第6期41卷 1116-1123页

作者：霍丙杰荆雪冬范张磊谢伟段志华解振华辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000 神东天隆集团有限责任公司内蒙古鄂尔多斯017000

为了揭示浅埋房式采空区对下位煤层开采矿压显现的控制机制,降低工作面过房式采空区的动压显现强度和压架风险,以神东矿区霍洛湾煤矿2-2煤层房式采空区下3-1煤层长壁开采工作面动压特征为研究对象,将3-1煤层覆岩结构分为四类,利用理论... 详细信息

为了揭示浅埋房式采空区对下位煤层开采矿压显现的控制机制,降低工作面过房式采空区的动压显现强度和压架风险,以神东矿区霍洛湾煤矿2-2煤层房式采空区下3-1煤层长壁开采工作面动压特征为研究对象,将3-1煤层覆岩结构分为四类,利用理论分析和相似材料模拟等方法,系统研究了不同覆岩结构类型运动特征、力学模型及对3-1煤层长壁工作面的动压控制机制。结果表明:房式采空区稳定房柱下易形成上下位关键层双悬臂梁结构,双悬臂梁结构协同失稳是形成动载矿压的主要原因;房柱失稳区主关键层形成的不稳定砌体梁结构及靠近大煤柱未失稳的房柱随下位煤层开采滑落失稳是导致长壁工作面动载矿压发生的原因;当3-1煤层工作面上覆前方为房柱失稳区时,工作面推出集中煤柱时的动载矿压是由于大煤柱两侧关键块已提前滑落失稳,两关键块间无作用力,倒梯形岩柱与亚关键层联合失稳作用结果;当3-1煤层工作面上覆前方为房柱稳定区时,工作面推出集中煤柱时,动载矿压是由房柱失稳所致。

关键词：浅埋煤层房式采空区覆岩结构动载机制覆岩运动

倾斜煤层长壁开采承压底板力学结构及渗流稳定性分析

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Journal of Central South University 2023年第9期30卷 2948-2965页

作者：梁帅帅张东升范钢伟 KOVALSKY Evgeny 范张磊张磊韩学森 School of Mines China University of Mining and TechnologyXuzhou 221116China State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining China University of Mining and TechnologyXuzhou 221116China Department of Mining Engineering Saint Petersburg Mining UniversitySaint Petersburg 199106Russia

倾斜煤层开采底板破坏易造成水资源流失甚至突水灾害问题,倾斜煤层产量在中国总产量中占有一定比例,因此,开展关于地面结构对地下开采响应稳定性的研究有重要意义。首先,通过分析底板应力状态与变形破坏规律,建立了双向线性载荷作用下... 详细信息

倾斜煤层开采底板破坏易造成水资源流失甚至突水灾害问题,倾斜煤层产量在中国总产量中占有一定比例,因此,开展关于地面结构对地下开采响应稳定性的研究有重要意义。首先,通过分析底板应力状态与变形破坏规律,建立了双向线性载荷作用下四边固支倾斜层合板模型;然后,通过研究渗透系数与变形之间的关系得到渗流稳定性判别方法及条件,并通过工程案例确定了倾斜煤层保水开采的影响因素及其敏感性。倾斜煤层底板最大挠度工作面方向位于工作面中下部0.5864倍的工作面长度处,推进方向上位于0.5864倍的工作面推进距离处。通过正交试验分析得出底板挠度影响因素的显著性大小排序为:工作面长度>水压>推进度>地层倾角。层合板中上层层位边界为压应力区域,中部为拉应力区域,中下层层位则相反,剪应力分区域集中分布。工作面下侧区域各应力最大值均大于上侧区域的,表现出明显的非对称性。最后,确定了渗流稳定性评价指标及稳定条件:极限渗透系数(K_(li))与等效渗透系数(K_(eq))之比不小于1,即K_(li)/K_(eq)≥1。渗流稳定性影响因素的显著性大小为:水压>工作面长度>地层倾角,可为类似矿井的保水开采提供建议。

关键词：层合板模型倾斜煤层结构稳定性渗流稳定性等效渗透系数正交分析显著性分析

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陷落柱渗流突水机理及强度主控因素模拟

煤田地质与勘探 2019年第6期47卷 84-91页

作者：霍丙杰解振华范张磊荆雪冬辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221000

为了研究陷落柱影响区域内巷道渗流突水机制及其主控因素,采用Darcy、Brinkman、N-S方程对含水层、陷落柱、突水巷道内流场进行联动系统刻画,选取不同参数、不同边界等变量,分析影响陷落柱渗流突水强度的主要因素。结果表明:定压、定流... 详细信息

为了研究陷落柱影响区域内巷道渗流突水机制及其主控因素,采用Darcy、Brinkman、N-S方程对含水层、陷落柱、突水巷道内流场进行联动系统刻画,选取不同参数、不同边界等变量,分析影响陷落柱渗流突水强度的主要因素。结果表明:定压、定流量条件下,含水层渗透率增大会引起含水层和陷落柱交界处区域流速增大,但定流量条件下增幅较小,且会降低巷道突水流速;陷落柱渗透率的增大对突水压力和突水流速作用显著,定压条件下,随着陷落柱渗透率的增大,巷道突水流速骤增;含水层压力增高,陷落柱区域和巷道区域流速明显增大;在定流量边界下,随着陷落柱渗透率的增大,巷道突水流速仅发生微小波动;将研究结论与现有相关成果进行了对比验证分析,获得了与本文较一致的研究规律。总体分析,陷落柱影响区域巷道突水机理是含水层水压高、足量补水、陷落柱破碎区域渗透率较大且联通了含水层和巷道;其中,含水层压力、陷落柱渗透率是陷落柱渗流突水强度的主控因素。

关键词：渗流突水陷落柱渗流模型主控因素渗透率

浅埋近距离房式采空区下应力场分析及动压机理研究

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煤炭科学技术 2019年第1期47卷 179-186页

作者：霍丙杰范张磊谢伟段志华路洋波荆雪冬辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000 神东天隆集团有限责任公司内蒙古鄂尔多斯017000

针对因房式采空区煤柱留设情况复杂,煤柱底板应力传递相互叠加,周期来压异常,霍洛湾煤矿3-1煤层过上覆2-2煤层房式采空区强矿压及动压现象的问题,应用理论分析、数值计算、相似材料模拟等方法,建立了2-2煤层房式采空区复合煤柱底板传递... 详细信息

针对因房式采空区煤柱留设情况复杂,煤柱底板应力传递相互叠加,周期来压异常,霍洛湾煤矿3-1煤层过上覆2-2煤层房式采空区强矿压及动压现象的问题,应用理论分析、数值计算、相似材料模拟等方法,建立了2-2煤层房式采空区复合煤柱底板传递规律模型,探讨了出煤柱时顶板覆岩结构,揭示了煤柱影响条件下3-1工作面"高应力-煤柱-覆岩运动"联合作用动压机理。研究结果表明:2-2煤层房式采空区大煤柱下的水平与垂直应力较高,达9.7～15.3 MPa;垂直应力影响深度为42～58 m,水平应力影响深度为10～23 m,剪应力波及范围25～50 m;当3-1煤层工作面在20 m或50 m宽煤柱下开采时,超前支承应力较大,应力集中系数高达4.44～5.00; 3-1煤层工作面出大煤柱时的动压现象是由上下煤层应力叠加、煤柱上方倒梯形岩柱失稳与顶板垮裂运动联合作用的结果,可指导霍洛湾矿3-1煤层安全开采。

关键词：浅埋煤层房式采空区应力场超前支承应力覆岩结构

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沿空留巷非对称底鼓机理与控制技术研究

矿业研究与开发 2022年第10期42卷 95-100页

作者：王昊张飞范张磊杜广盛郝勇浙内蒙古科技大学矿业研究与煤炭学院内蒙古包头市014010 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州市221116 中铁北京工程局集团北京有限公司北京100070

沿空留巷底鼓控制对维持巷道围岩稳定、提升留巷成功率及安全高效回采具有重要意义。采用理论分析、数值计算、现场实测等方法,构建了底板弹性地基梁力学模型,对底板非对称底鼓机理、决定性因素进行了研究,提出了底鼓控制措施。结果表明... 详细信息

沿空留巷底鼓控制对维持巷道围岩稳定、提升留巷成功率及安全高效回采具有重要意义。采用理论分析、数值计算、现场实测等方法,构建了底板弹性地基梁力学模型,对底板非对称底鼓机理、决定性因素进行了研究,提出了底鼓控制措施。结果表明:巷内正下方底板挠度和弯矩达到最大值且呈非对称分布特征,底鼓值、非对称性和埋深、集中系数呈线性正相关,和底板刚度呈负指数相关;较大的底板抗弯刚度易导致巷内断裂。底板不同区域破坏难易程度依次为:巷道底板上表面、煤柱底板下表面、实体煤底板下表面。揭示了底鼓以垂直应力为根本、水平应力为直接原因角度的机制。基于此,提出卸压切顶及双控锚杆支护控制技术,底鼓快速变形区域及量值分别降低28.6%、63.5%。

关键词：沿空留巷非对称变形弹性地基梁切顶卸压底鼓机理

浅埋房式采空区覆岩结构及对下位煤层开采的影响

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安全与环境学报 2018年第2期18卷 468-473页

作者：霍丙杰范张磊谢伟路洋波段志华辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000 神东天隆集团内蒙古鄂尔多斯017000

房式采空区留设大量不同尺寸煤柱,采场覆岩结构复杂。为了研究霍洛湾矿浅埋2-2煤层房式采空区覆岩结构特征及其对下位3^-1煤层开采的影响,应用理论分析、数值计算、相似材料模拟等方法,确定了2-2煤层房式采空区覆岩结构类型,揭示了不同... 详细信息

房式采空区留设大量不同尺寸煤柱,采场覆岩结构复杂。为了研究霍洛湾矿浅埋2-2煤层房式采空区覆岩结构特征及其对下位3^-1煤层开采的影响,应用理论分析、数值计算、相似材料模拟等方法,确定了2-2煤层房式采空区覆岩结构类型,揭示了不同类型覆岩结构应力场分布特征及其对3^-1煤层矿压显现的影响特征。结果表明：2-2煤层房式采空区覆岩结构分为房柱稳定覆岩结构、房柱失稳覆岩结构、20 m煤柱覆岩结构、50 m煤柱覆岩结构4类;在房柱稳定、房柱失稳覆岩结构下3^-1煤层处于卸压状态,垂直应力降低8%-14.3%,在20 m煤柱、50 m煤柱覆岩结构下3^-1煤层处于应力集中状态,垂直应力增加5%-32%;揭示了3^-1煤层开采时不同覆岩结构下工作面超前支承力分布特征,在20 m煤柱、50 m煤柱、房柱稳定及房柱失稳4类覆岩结构下超前支承应力集中系数分别为4.10、3.85、2.76、3.62;不同类型覆岩结构下3^-1煤采场覆岩运动特征稍有差异,房柱稳定、房柱失稳覆岩结构下3^-1煤层工作面来压步距为12-14m,20 m煤柱、50 m煤柱覆岩结构下来压步距为10-11 m;相似模拟表明,3^-1煤层过20 m和50 m大煤柱时,煤体发生弹射现象,预计实际开采时工作面可能发生动载矿压等动力灾害。

关键词：安全工程浅埋煤层房式采空区覆岩结构超前支承应力来压步距