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构造应力影响下巷道支护技术研究

煤炭科技 2024年第3期45卷 178-182页

作者：姬东陶可进康萌张奇陕西陕煤韩城矿业有限公司下峪口煤矿陕西渭南715400 中国矿业大学江苏徐州221116

针对下峪口煤矿2-2采区辅助运输巷受高水平构造应力影响难维护的状况,对巷道原支护和不同角度下施加的水平构造应力进行了数值模拟,分析了巷道失稳原因以及变形特征,提出了巷道支护的对策,确定了高强稳定性锚杆索联合支护方式,并对现场... 详细信息

针对下峪口煤矿2-2采区辅助运输巷受高水平构造应力影响难维护的状况,对巷道原支护和不同角度下施加的水平构造应力进行了数值模拟,分析了巷道失稳原因以及变形特征,提出了巷道支护的对策,确定了高强稳定性锚杆索联合支护方式,并对现场锚杆、锚索受力和巷道围岩位移进行了监测分析,实践表明巷道围岩变形得到了有效控制。

关键词：软岩巷道构造应力锚杆索联合支护

王庄煤矿构造应力扰动下大断面巷道围岩控制技术研究

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山东煤炭科技 2024年第1期42卷 1-5页

作者：杜晓刚山西潞安环保能源开发股份有限公司王庄煤矿山西长治046000

针对王庄煤矿9105工作面受构造应力影响导致的大断面巷道变形严重问题,采用数值模拟与现场监测相结合的方法,研究了大断面巷道变形特征及其围岩控制技术。分析表明,巷道断面尺寸效应在4.5 m×4.5 m以上时表现更加突出,不利于巷道稳定;... 详细信息

针对王庄煤矿9105工作面受构造应力影响导致的大断面巷道变形严重问题,采用数值模拟与现场监测相结合的方法,研究了大断面巷道变形特征及其围岩控制技术。分析表明,巷道断面尺寸效应在4.5 m×4.5 m以上时表现更加突出,不利于巷道稳定;随着侧压系数的增加,巷道顶底板及两帮移近量均呈现增加趋势,侧压系数越大,巷道变形增加越剧烈;9105工作面巷道由于宽度较大,导致巷道顶板及两帮变形严重。据此设计了大断面巷道采用“高强度螺纹钢锚杆+预应力锚索+金属网+工字钢棚”联合支护技术。通过工程实践,顶底板移近量降低48.1%,两帮移近量降低55.4%,实现了构造巷道的有效控制。

关键词：构造应力大断面巷道变形特征围岩控制支护

构造应力场对冲击地压影响研究及岩体应力分析系统开发与应用

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构造应力场对冲击地压影响研究及岩体应力分析系统开发与应用

作者：贾伟东辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

冲击地压是煤矿开采最为严重的灾害之一,而地应力是导致冲击地压等灾害的根本驱动力,因此应力场研究是地下空间安全作业的前提。东荣三矿为冲击地压矿井,其30煤层在生产活动中发生过多次冲击地压,严重威胁人员生命安全,制约矿井安全生... 详细信息

冲击地压是煤矿开采最为严重的灾害之一,而地应力是导致冲击地压等灾害的根本驱动力,因此应力场研究是地下空间安全作业的前提。东荣三矿为冲击地压矿井,其30煤层在生产活动中发生过多次冲击地压,严重威胁人员生命安全,制约矿井安全生产。因此,查明东荣三矿地应力分布规律,探明应力特征对冲击的控制作用已成为东荣三矿亟待解决的安全问题。论文以东荣三矿为背景,通过对东荣三矿构造应力场进行分析,确定了所处区域构造运动和构造形式,明确了地应力分布特征;将有限单元法用于地应力反演,建立了井田范围内煤岩层的力学模型,确定了有限单元法的应力平衡方程;讨论了井田应力计算的外部载荷和边界条件,采用MATLAB语言开发了“岩体应力有限元分析系统”,实现了井田内应力分布可视化。在东荣三矿进行实际应用,确定了东荣三矿的应力分布规律,揭示了构造应力对矿井冲击地压的影响作用。论文研究结果表明:东荣三矿最大主应力方向为NE或NEE向,与双鸭山矿区所在的区域板块应力场方向具有较好的一致性,冲击地压发生在断裂构造交汇处和地质构造复杂区域,位于多条断裂交汇处,对井田内冲击地压有重要影响;对东荣三矿30煤层进行应力区划分,30煤层发生的14次冲击地压均位于高应力区;进一步分析发生冲击地压所在巷道东十里部九片下料道,其应力值达到30MPa～32MPa,表明在高应力的作用下,该巷道容易发生冲击地压灾害。构造应力对于冲击地压等灾害发生有显著的影响。该论文有图39幅,表10个,参考文献52篇。

关键词：冲击地压构造应力有限元原理 MATLAB 应力区划分

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构造应力影响下软岩硐室底鼓机理及控制研究

煤炭技术 2022年第10期41卷 5-9页

作者：桑培淼孙小岩于洋陈定超韩城市枣庄实业有限公司陕西渭南715400 徐州工程学院土木工程学院江苏徐州221111 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

针对桑北煤矿采区水泵房强烈底鼓难题,通过现场调研、理论计算及数值模拟等方法,总结了水泵房底鼓特征,揭示了底鼓诱发机理,确定了底鼓控制的基本原则,以锚注支护为核心,提出了“浅层开挖+分层疏水+底板锚注+浇筑回填”的底鼓控制技术,... 详细信息

针对桑北煤矿采区水泵房强烈底鼓难题,通过现场调研、理论计算及数值模拟等方法,总结了水泵房底鼓特征,揭示了底鼓诱发机理,确定了底鼓控制的基本原则,以锚注支护为核心,提出了“浅层开挖+分层疏水+底板锚注+浇筑回填”的底鼓控制技术,并解析了底鼓控制关键参数,在此基础上开发了“硐室断面扩修+底板锚注支护+顶帮补强支护”底鼓控制方案。工业性试验结果显示:硐室围岩变形在20 d内趋于稳定,最大底鼓量仅为28 mm,顶板下沉量与两帮移近量均小于100 mm,满足了矿井的生产要求,为类似条件下硐室治理提供了参考。

关键词：构造应力硐室诱发机理底鼓治理注浆锚索

基于密集流动地震台网资料研究古冶—滦县地区上地壳各向异性

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地球物理学报 2024年第3期67卷 1053-1068页

作者：李枭万永革王晓山吴鹏张小涛余海琳防灾科技学院河北三河065201 河北省地震动力学重点实验室河北三河065201 河北红山巨厚沉积与地震灾害国家野外科学观测研究站河北隆尧055350 河北省地震局石家庄050021 邯郸地震监测中心站河北邯郸056001

自唐山地区发生7.8级地震以来,古冶—滦县地区一直为唐山地震的余震频发区.该地区断裂和地质构造十分复杂,这些断裂的破碎程度有哪些差异?这是地震学家所关心的问题.本文使用在古冶—滦县地区布设的密集流动地震台网2020年8月—2021年7... 详细信息

自唐山地区发生7.8级地震以来,古冶—滦县地区一直为唐山地震的余震频发区.该地区断裂和地质构造十分复杂,这些断裂的破碎程度有哪些差异?这是地震学家所关心的问题.本文使用在古冶—滦县地区布设的密集流动地震台网2020年8月—2021年7月近一年的波形记录,采用剪切波分裂原理通过对古冶—滦县地区上地壳各向异性研究来揭示这些问题.得到以下结论:(1)古冶—滦县地区快剪切波平均偏振方向为NE86.2°±27.8°,慢剪切波平均时间延迟为2.37±1.25 ms·km^(-1).快剪切波偏振第一优势方向为ENE向,与区域背景主压应力方向一致;第二优势方向为NE向,该方向揭示了研究区域断裂主要以NE向为发育的构造意义.(2)唐山断裂带附近台站快剪切波偏振方向均显示出NE向的第二优势方向,与断裂走向一致.断裂附近台站慢剪切波时间延迟较高,各台站时间延迟差异较小,表明区域各向异性程度较强,断裂沿NE向破碎程度较强且破碎均匀.(3)滦县—乐亭断裂和卢龙断裂附近台站快剪切波偏振方向显示出复杂性,表明两条活动断裂的交汇在地壳内部产生了复杂的地壳破裂裂隙结构.断裂附近台站慢剪切波时间延迟较高,各台站时间延迟差异较大,表明区域各向异性和断裂破碎程度较强,且破碎不均匀.(4)丰台—野鸡坨断裂和榛子镇断裂附近台站快剪切波偏振方向与区域主压应力方向接近,慢剪切波时间延迟最小,表明断裂对其附近台站快剪切波偏振方向影响大不,区域各向异性和断裂破碎程度较弱,断裂内部裂隙可能存在愈合的现象.另外,本文还针对1976年唐山M_S7.8地震后在唐山断裂带上出现的尖端效应是否对唐山断裂带北段应力场产生了影响做出了讨论.本研究结果不仅反映了断裂分布的复杂程度与地壳各向异性的关系,还揭示了地壳各向异性在不同破碎程度断裂上的差异.

关键词：古冶—滦县地区地壳各向异性剪切波分裂构造应力断裂破碎程度

构造应力对工作面覆岩结构演化及围岩应力分布影响规律研究

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构造应力对工作面覆岩结构演化及围岩应力分布影响规律研究

作者：洪寅辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

根据我国煤矿地应力测试数据,大多数煤层的最大水平应力都超过了垂直应力,而构造应力显著的煤矿更易发生强矿压显现,由高构造应力导致的强矿压显现已经严重影响了煤矿的安全开采。因此,研究构造应力对工作面覆岩结构演化及围岩应力分布... 详细信息

根据我国煤矿地应力测试数据,大多数煤层的最大水平应力都超过了垂直应力,而构造应力显著的煤矿更易发生强矿压显现,由高构造应力导致的强矿压显现已经严重影响了煤矿的安全开采。因此,研究构造应力对工作面覆岩结构演化及围岩应力分布的影响,对构造应力显著煤矿的矿压显现控制具有重要意义。本文基于关键层理论,将构造应力水平以侧向水平压力的均布荷载方式代入关键层判定的各项公式,完成基于构造应力的关键层理论;通过采用不同侧压系数进行数值模拟,达到研究不同构造应力情况下工作面覆岩结构演化以及围岩应力分布规律,分析了不同构造应力情况下,各关键层的初次破断距离、各关键层破断时对应的覆岩垮落高度、巷道围岩破坏形态、巷道围岩应力分布规律,并结合现场探测资料进行分析验证,结果发现:(1)构造应力对关键层的破断有着重要影响,本文基于构造应力的关键层理论,建立了构造应力影响下的固支梁力学模型,对关键层的破断进行分析,得出构造应力越大,关键层的破断距离越大,并且构造应力的增加使得关键层的初次破断距有较为明显的增加趋势。(2)通过FLAC数值模拟,在覆岩结构演化上,得出随着构造应力的增加,覆岩结构的形状向拱形转变,并且在同一推进距离下,上覆岩层垮落的高度逐渐变小,导致各关键层初次垮落的步距增大,使得由各关键层所控制的“板-壳”大结构在横向尺度上增大,一旦这种结构失稳,将释放出更为庞大的能量,易发生剧烈的冲击地压等动力灾害;在采动应力分布规律上,得出随着构造应力的增加,工作面两侧的应力峰值与峰值点距煤壁的距离逐渐增加,工作面超前影响范围也得到相应增加,但卸压区高度逐渐减小,在坚硬岩层位置形成了高应力集中,一旦此坚硬岩层垮落,释放能量巨大,易发生强矿压显现。(3)通过数值模拟同忻矿实际构造应力影响下8105工作面工况得出,8105工作面回采80～100 m时,亚关键层Ⅰ垮落,工作面上覆岩层破坏至11～34 m;工作面回采140～160 m时,亚关键层Ⅱ垮落,工作面上覆岩层破坏至40～134 m;工作面回采280～300 m时,亚关键层Ⅲ垮落,工作面上覆岩层破坏至154～197 m。对比EH-4采空区两带高度的探测结果、8105工作面来压统计以及前文理论计算各关键层初次破断距离可知,8105工作面上覆岩层破坏高度在理论计算以及模拟结果上,基本与实际相符,破坏高度均在170 m左右,进一步验证了基于构造应力的关键层理论的正确性;基于钻孔应力监测结果,分析了围岩应力的上升突变和下降突变的原因,进一步验证了覆岩大结构的存在。(4)基于同忻煤矿8105工作面坚硬顶板和临空巷道的影响,提出坚硬顶板预裂爆破切顶技术及钻孔卸压方案两种控制措施。坚硬顶板预裂技术选择4个炮孔对称分布,水平错距为20 m,切顶长度为两侧各80 m,总切顶长160 m的方式进行爆破。经过切顶后,应力峰值由34.9 MPa下降至25.6 MPa,降低了25.8%,临空巷道和煤柱的应力明显降低,顶板预裂爆破卸压效果明显;钻孔卸压方案通过数值模拟对比钻孔间距为600 mm、800 mm以及1000 mm的3排孔卸压效果,得出钻孔间距为600 mm时卸压效果最好。本文包含图56幅,表32个,参考文献66篇。

关键词：构造应力覆岩结构垮落步距初次来压矿压显现

深部高构造应力巷道冲击地压发生临界应力及影响因素研究

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中国安全生产科学技术 2023年第9期19卷 83-88页

作者：宋义敏邓文良张苑玉赵亚周许海亮安栋张军徽韩大永北方工业大学土木工程学院北京100144 沈阳焦煤股份有限公司红阳三矿辽宁辽阳111300

为研究深部高构造应力巷道中构造应力对冲击地压发生的影响,采用层滑结构失稳力学模型,获得冲击地压发生临界条件,分析巷道尺寸、煤性质、构造应力等因素对冲击地压发生的影响。研究结果表明:冲击地压受巷道尺寸、煤性质、构造应力、煤... 详细信息

为研究深部高构造应力巷道中构造应力对冲击地压发生的影响,采用层滑结构失稳力学模型,获得冲击地压发生临界条件,分析巷道尺寸、煤性质、构造应力等因素对冲击地压发生的影响。研究结果表明:冲击地压受巷道尺寸、煤性质、构造应力、煤岩厚度和煤岩界面摩擦影响,临界载荷随巷道宽度、构造应力和煤岩界面摩擦系数增大而减小,随煤峰值前后模量比、煤层厚度和顶板厚度增大而增大;临界塑性活动区长度随巷道宽度、煤峰值前后模量比、构造应力、煤层厚度和顶板厚度增大而增大,随煤岩界面摩擦系数增大而减小。研究结果可为高水平构造应力巷道冲击地压发生临界条件及冲击地压发生影响因素的研究提供理论参考。

关键词：冲击地压构造应力层滑结构失稳

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构造应力超压机制的定量分析

地球物理学报 2004年第6期47卷 1086-1093页

作者：罗晓容西北大学地质学系

构造应力一直被认为是超压形成的重要机制 ,但对其研究还处于定性的分析阶段 .本文利用以有限元方法为基础的盆地数值模型 ,在一维的剖面上考虑构造应力强度、构造作用时间及方式、地层的物理成岩特征及其岩石渗透率等因素的变化 ,对构... 详细信息

构造应力一直被认为是超压形成的重要机制 ,但对其研究还处于定性的分析阶段 .本文利用以有限元方法为基础的盆地数值模型 ,在一维的剖面上考虑构造应力强度、构造作用时间及方式、地层的物理成岩特征及其岩石渗透率等因素的变化 ,对构造应力在地层压力演化中的作用进行了模拟分析 .获得了一些构造应力作为超压形成机制的新认识 :(1)构造应力在水平方向上增加了地层的压实作用 ;(2 )在极端条件下 ,构造应力所引起的超压增量可达构造应力的一半 ;(3)上覆地层因构造应力的作用而发生的更为强烈的压实结果对其下伏地层内压力的演化也很重要 ,其增加的超压增量可达构造应力的 15 %～ 2 0 % .

关键词：构造应力异常压力超压机制数值模拟定量分析

构造应力场煤巷掘进冲击地压能量分区演化机制

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煤炭学报 2019年第7期44卷 2000-2010页

作者：王书文鞠文君潘俊锋陆闯中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013

在新建深部矿井,原岩应力区煤巷掘进冲击地压问题日益突出,且现场破坏具有区间性和方位性特征,为揭示这一机制,针对深部构造应力场条件下的煤层掘巷,基于数值模拟和理论分析研究,建立不同掘进速度下围岩弹性能空间分区演化模型,划定能... 详细信息

在新建深部矿井,原岩应力区煤巷掘进冲击地压问题日益突出,且现场破坏具有区间性和方位性特征,为揭示这一机制,针对深部构造应力场条件下的煤层掘巷,基于数值模拟和理论分析研究,建立不同掘进速度下围岩弹性能空间分区演化模型,划定能量非稳态释放边界,分析其分布形态与能量特征,结论与现场实际破坏情况较为吻合。研究结果表明:依据弹性能所处状态及变化特征的不同,构造应力场煤巷掘进围岩在空间上可划分为6类区间,顶底板内同时分布能量积聚区和释放区,而巷帮仅存在能量释放区,这与最大主应力的做功特征密切相关。掘进速度增大时,围岩弹性能释放区的走向范围将同时向两端扩展,非稳态释能边界沿走向不断拉长,具有冲击风险的范围不断扩大。构造应力场中,巷帮潜在冲击启动区位于工作面附近,其冲击发生必要条件包括高原岩应力和快速掘进。巷帮和工作面潜在冲击启动区均位于围岩浅部。由于滞后区顶底板能量非稳态释放前积聚水平更高,加上顶板和帮部支护作用,导致底板滞后区冲击破坏强度要大于工作面附近顶底板和巷帮冲击破坏强度。研究结论与构造应力场现实冲击案例较为吻合,对构造应力场煤巷掘进冲击地压监测预警及解危方法的研究具有参考意义。

关键词：冲击地压掘进巷道能量分区演化构造应力