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Stability analysis of subgrade cave roofs in karst region 被引量:5
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作者 蒋冲 赵明华 曹文贵 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2008年第S2期38-44,共7页
According to the engineering features of subgrade cave roof in karst region, the clamped beam model of subgrade cave roof in karst region was set up. Based on the catastrophe theory, the cusp catastrophe model for bea... According to the engineering features of subgrade cave roof in karst region, the clamped beam model of subgrade cave roof in karst region was set up. Based on the catastrophe theory, the cusp catastrophe model for bearing capacity of subgrade cave roof and safe thickness of subgrade cave roof in karst region was established. The necessary instability conditions of subgrade cave roof were deduced, and then the methods to determine safe thickness of cave roofs under piles and bearing capacity of subgrade cave roof were proposed. At the same time, a practical engineering project was applied to verifying this method, which has been proved successfu1ly. At last, the major factors that affect the stability on cave roof under pile in karst region were deeply discussed and some results in quality were acquired. 展开更多
关键词 pile foundation KARST SUBGRADE CAVE roof CUSP CATASTROPHE model stability
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深井切顶留巷底鼓机制及其防控 被引量:1
2
作者 华心祝 李琛 +3 位作者 刘啸 杨朋 陈登红 祁亚宝 《岩土力学》 北大核心 2025年第3期955-968,共14页
沿空切顶巷道所处应力环境复杂、留巷服务期长,一次采动及留巷期间底鼓问题突出。以淮南丁集煤矿1462(1)轨顺切顶留巷条件为工程研究背景,建立离散元数值计算模型,分析得到一次采动至留巷稳定阶段底板非对称变形特征及其受力状态。构建... 沿空切顶巷道所处应力环境复杂、留巷服务期长,一次采动及留巷期间底鼓问题突出。以淮南丁集煤矿1462(1)轨顺切顶留巷条件为工程研究背景,建立离散元数值计算模型,分析得到一次采动至留巷稳定阶段底板非对称变形特征及其受力状态。构建一次采动至留巷稳定阶段两端固支二次超静定底板梁力学模型,并引入等效载荷概念求解得到了各分布力作用下底板挠度数学表达式,运用叠加原理推导出切顶留巷底板变形表达式。结合留巷条件,求得该巷道平均底鼓量为0.74 m,最大底鼓量为0.77 m,最大鼓起位置偏向采空区侧,距巷中1.15 m,计算结果与现场实测和数值计算结果较为吻合。依据所求得的底板变形表达式,分析了留巷底鼓影响因素,底鼓量与底板刚度的增加呈负指数减小,底板刚度在5~13 MN·m^(2)之间内变化时,巷道底鼓对其变化较为敏感;与底板载荷、支架载荷、煤帮载荷及应力集中系数λ均呈线性正相关,增长率分别为0.0826、0.0349、0.0272 m/MPa和0.007 m。基于对留巷底板受力变形及其影响因素的分析,提出了“顶底互控、帮角加固、底板强化”的防控对策。工程实践表明,相较于留巷初期底板变形得以有效控制,底鼓降幅明显,所留巷道能够满足复用要求。 展开更多
关键词 底鼓机制 沿空留巷 切顶卸压 底鼓防控
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近距离分岔煤层底板破坏深度及规律研究
3
作者 梁冰 陈昕涛 《工矿自动化》 北大核心 2025年第6期34-43,104,共11页
目前的底板破坏深度计算公式多针对特定底板结构。由于分岔煤层的地质特征复杂,上下煤层间的相对倾角及煤层间距的变化特性导致其底板结构与已有研究情形存在显著差异,难以直接套用现有公式进行底板破坏深度计算。针对上述问题,以霍洛... 目前的底板破坏深度计算公式多针对特定底板结构。由于分岔煤层的地质特征复杂,上下煤层间的相对倾角及煤层间距的变化特性导致其底板结构与已有研究情形存在显著差异,难以直接套用现有公式进行底板破坏深度计算。针对上述问题,以霍洛湾煤矿3−1分岔煤层为工程背景,基于单一岩层塑性滑移线场理论,得到近距离分岔煤层3种破坏情况下的最大破坏深度理论解,采用数值模拟得到开采过程中底板塑性区演化规律及破坏深度,采用压水试验实测工作面底板破坏深度。理论分析结果表明:塑性滑移线旋转中心位置因底板岩性差异而变化,致使底板破坏深度先陡增后渐降,计算得到底板破坏深度为13.30~17.62 m。数值模拟结果表明:底板以剪切破坏形式为主,破坏范围由泥岩层逐渐向3−1下煤层及砂质泥岩层发育,底板煤岩结构变动导致破坏深度在12.36~16.53 m间变化,与理论分析呈现同样趋势。现场实测结果表明:工作面回采前后底板钻孔的注水漏失量出现显著变化,底板岩层裂隙发育充分,破坏深度为13.52~17.20 m。根据3−1上煤层底板破坏情况对3−1下煤层顶板进行分类并提出顶板预控对策,以保证煤层安全开采。现场实测结果验证了分岔煤层底板塑性滑移线场的实用性。 展开更多
关键词 近距离分岔煤层 底板破坏深度 单一岩层塑性滑移线场 压水试验 顶板稳定性 钻孔注水漏失量
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厚硬顶板采场诱发逆断层失稳的力学机制研究 被引量:2
4
作者 余伟健 郭涵潇 +3 位作者 李可 廖泽 吴根水 潘豹 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期1-11,共11页
为了研究厚硬顶板条件下工作面逆断层的失稳力学机制,通过断层边界煤柱尺寸、断层倾角及岩层移动角三者关系,确立了采场覆岩移动区与断层面之间的空间关系模型。通过采场覆岩各岩层移动角建立了覆岩岩层移动线方程,结合断层倾角得出了... 为了研究厚硬顶板条件下工作面逆断层的失稳力学机制,通过断层边界煤柱尺寸、断层倾角及岩层移动角三者关系,确立了采场覆岩移动区与断层面之间的空间关系模型。通过采场覆岩各岩层移动角建立了覆岩岩层移动线方程,结合断层倾角得出了不同层位岩层移动线与断层面之间的距离函数公式,精确划定了断层面与岩层移动线的边界过渡区范围。基于岩层抗拉强度建立了断层边界岩块的极限平衡方程,给出了断层倾角小于岩层移动角情况下,边界岩块力学失稳判据,并通过力矩平衡方程建立边界岩块的偏转失稳判据。以现场案例为基础,采用双判据确定了断层倾角小于岩层移动角情况下的逆断层的活化岩层区域,确定了断层面的活化规律与离层空间分布情况。理论分析了逆断层边界条件的围岩变形破坏机理,试验模拟了断层区域采场岩层的整体运移规律,全面计算探究了厚硬顶板条件下逆断层区域采场围岩的力学与位移变化模式。结果表明:逆断层在厚硬顶板破断前发生活化;断层小于岩层倾角情况下,断层面离层空间主要分布在厚硬顶板区域的弯曲下沉带;与断层面产生离层空间的岩层竖向裂隙空间显著减少;与断层面产生离层空间的岩层对采空区空间的向上传递效率显著提高;可以通过优化断层保护煤柱尺寸来维持断层围岩的稳定;双判据模型从理论层面给出了断层边界保护煤柱的尺寸取值依据,为现场的保护煤柱宽度提供最优解。 展开更多
关键词 断层活化 厚硬顶板 岩层移动线 非连续边界条件 极限拉应力 失稳判据
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大规模逆断层采空区顶板稳定性研究
5
作者 周琳 江成玉 +3 位作者 王沉 夏勋鹏 梁正伟 龙在云 《有色金属(中英文)》 北大核心 2025年第8期1421-1429,共9页
为了探究含断层磷矿体顶板的稳定性,以贵州某矿为工程背景,基于FLAC3D数值模拟,通过构建含断层磷矿体力学模型推导了含断层磷矿体顶板最大下沉量公式,并使用数学分析方法优选出拟合效果最佳的下沉量公式相关系数为a=3.4823、b=0.6023,... 为了探究含断层磷矿体顶板的稳定性,以贵州某矿为工程背景,基于FLAC3D数值模拟,通过构建含断层磷矿体力学模型推导了含断层磷矿体顶板最大下沉量公式,并使用数学分析方法优选出拟合效果最佳的下沉量公式相关系数为a=3.4823、b=0.6023,最后结合现场工程试验验证含断层磷矿体顶板最大下沉量公式的准确性。数值模拟结果显示,三个矿房的顶板最大下沉量分别为25、14、10 mm;公式计算结果显示,三个矿房采空区顶板最大下沉量分别为25 21、15 43、10 67 mm,公式计算结果与数值模拟结果高度一致,且与现场实测结果误差范围在±2 mm内,验证了公式的准确性。研究表明:断层的存在会使得磷矿体采空区上覆岩层的下沉量增大,其最大下沉量与矿房到断层的铅锤距离呈现负相关,越靠近断层的矿房,直接顶下沉量越高。 展开更多
关键词 断层 磷矿体 顶板稳定性 力学模型 数值模拟
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坚硬顶板下沿空掘巷煤柱宽度及稳定控制研究 被引量:1
6
作者 陈云 《工矿自动化》 北大核心 2025年第5期23-31,40,共10页
坚硬顶板下沿空掘巷围岩大变形控制是目前煤炭地下安全高效开采的技术难题。目前针对厚硬顶板下沿空掘巷煤柱宽度确定及围岩稳定控制的研究未能充分探讨煤柱稳定性影响因素,尤其忽略了基本顶关键块B回转变形压力的传递效应。针对该问题... 坚硬顶板下沿空掘巷围岩大变形控制是目前煤炭地下安全高效开采的技术难题。目前针对厚硬顶板下沿空掘巷煤柱宽度确定及围岩稳定控制的研究未能充分探讨煤柱稳定性影响因素,尤其忽略了基本顶关键块B回转变形压力的传递效应。针对该问题,以利民煤矿90302工作面运输巷为工程背景,建立了厚硬顶板下煤柱宽度力学模型,推导得出煤柱合理宽度为6.93 m,考虑工程地质条件及施工因素,确定90302运输巷沿空掘巷煤柱宽度为7 m。分析了基本顶关键块B长度,直接顶稳定系数、厚度、回转角度等对煤柱稳定性的影响规律:煤柱稳定性系数随基本顶关键块B长度的增大而减小,随直接顶稳定性系数及其厚度的增大而增大,随煤层内摩擦角和黏聚力的增大而增大。建立UDEC数值计算模型,进一步分析基本顶关键块B长度对7 m煤柱变形、裂隙损伤程度及巷道破坏特征的影响规律:当基本顶关键块B长度为16 m时,90302运输巷两帮及顶板近似呈现对称变形,两帮无明显裂隙产生,围岩稳定程度高。为确保90302运输巷围岩稳定及安全使用,对基本顶关键块B采空区侧悬顶采取水压致裂切顶卸压控制技术,实际应用结果表明:巷道掘进完成28 d后围岩变形趋于稳定,回采期间顶底板移近量最大值为148 mm,两帮收敛量最大值为196 mm,确保了工作面安全高效回采。 展开更多
关键词 小煤柱沿空掘巷 坚硬顶板 煤柱宽度 围岩稳定控制 水压致裂切顶卸压 基本顶关键块
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“三软”厚煤层大采高工作面覆岩破断及应力运移规律实验研究 被引量:1
7
作者 康志鹏 任波 +2 位作者 罗勇 段昌瑞 任帅 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期158-164,共7页
针对“三软”厚煤层大采高工作面开采覆岩非线性、非对称破坏问题以及保护煤柱宽度不合理造成的资源浪费、巷道围岩稳定性差等问题,以新景煤矿15028工作面为工程背景,通过物理相似模拟实验对“三软”厚煤层大采高工作面覆岩破断及应力... 针对“三软”厚煤层大采高工作面开采覆岩非线性、非对称破坏问题以及保护煤柱宽度不合理造成的资源浪费、巷道围岩稳定性差等问题,以新景煤矿15028工作面为工程背景,通过物理相似模拟实验对“三软”厚煤层大采高工作面覆岩破断及应力运移规律进行实验研究。结果表明:“三软”厚煤层大采高工作面在回采开始时,顶板未发生大面积垮落,但产生较多水平裂隙;初次垮落时,塌落岩体与上部形成较大自由空间;当继续回采达到关键层极限破断距时,上覆岩层迅速大面积垮落,形成类似冲击地压的顶板“强烈垮塌”,采空区边缘悬臂梁结构发生“裂隙孕育快速发育回转下沉”变化,顶板垮落岩石由于碎胀充填作用,并未完全冒落;随着煤层持续开采,只在上覆岩层作用力的情况下,采空区底板未产生明显变形,即底板变形的主要原因为水平应力因素,采空区上覆岩层整体发生下沉,其中靠近煤层顶板越近,下沉量越大,最大下沉量为750 mm;采空区中部岩层位移最大,向两侧实煤体帮逐渐减小到0,整体位移曲线呈“V”字形;厚煤层大采高工作面侧向支承压力具有“双峰”特性,先小幅增加,达到第1个峰值点后小幅回落,应力降低区距离采空区10 m左右,而后到达第2个峰值点,此时距离采空区边缘19.2 m,应力最大值为27.5 MPa,随后持续回落,在72 m处趋于稳定,即采动侧向支承压力影响范围在60 m左右。 展开更多
关键词 “三软”厚煤层 大采高工作面 破断失稳 应力运移规律
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阶段空场嗣后充填法凿岩硐室矿柱对顶板稳定性的影响
8
作者 向伟华 路燕泽 +5 位作者 刘志义 王社光 王立杰 甘德清 陈彦亭 杨志强 《矿冶工程》 北大核心 2025年第3期69-76,共8页
以河北钢铁集团沙河中关铁矿南区为研究对象,基于普氏地压理论和卡斯特纳方程构建凿岩硐室矿柱稳定性计算模型,探讨阶段空场嗣后充填法凿岩硐室各因素对顶板稳定性的影响,采用数值模拟分析了凿岩硐室内不留矿柱(方案1)与先留设矿柱后与... 以河北钢铁集团沙河中关铁矿南区为研究对象,基于普氏地压理论和卡斯特纳方程构建凿岩硐室矿柱稳定性计算模型,探讨阶段空场嗣后充填法凿岩硐室各因素对顶板稳定性的影响,采用数值模拟分析了凿岩硐室内不留矿柱(方案1)与先留设矿柱后与矿体一起崩落(方案2)条件下的顶板稳定性。结果表明:采场开采长度27~45 m时,方案2的凿岩硐室顶板失稳风险较大;采场开采长度大于45 m时,2种方案顶板均存在失稳风险;方案2会使凿岩硐室内应力集中,顶板和侧帮出现应力加速释放现象;方案1的凿岩硐室应力释放和分布较为稳定,破坏时间相对滞后;矿岩稳固性较差时,选择方案1更利于顶板稳定。 展开更多
关键词 阶段空场嗣后充填法 凿岩硐室 矿柱 顶板稳定性 敏感性分析 采场结构 顶板应力
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超大断面切眼掘进顶板稳定性管控技术研究
9
作者 刘兆祥 卞涛 《中国矿业》 北大核心 2025年第S1期398-401,共4页
以补连塔煤矿22煤层四盘区22411大采高综采工作面8.0 m大采高切眼掘进为例,掘进前运用经验公式测算了大断面巷道掘进顶板锚杆、锚索支护参数,同时利用形似地质条件对比法,论证了该支护参数的安全性。掘进时通过矿压实时监测,木点信号全... 以补连塔煤矿22煤层四盘区22411大采高综采工作面8.0 m大采高切眼掘进为例,掘进前运用经验公式测算了大断面巷道掘进顶板锚杆、锚索支护参数,同时利用形似地质条件对比法,论证了该支护参数的安全性。掘进时通过矿压实时监测,木点信号全过程跟踪观测,实现对顶板稳定性的全过程管控,确保超大断面巷道的安全掘进。 展开更多
关键词 超大断面 掘进 顶板稳定性 矿压监测 跟踪观测
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煤矿大采高综采工作面过断层开采关键技术探析
10
作者 宋成鹏 《中国矿业》 北大核心 2025年第S1期349-352,共4页
大采高综采工作面过断层开采是煤矿开采中的关键难题,断层的存在使得开采过程面临复杂应力变化和顶板稳定性问题。本文结合最新研究成果,深入分析大采高综采工作面过断层开采的关键技术,包括断层加固技术、应力演化规律、开采工艺优化... 大采高综采工作面过断层开采是煤矿开采中的关键难题,断层的存在使得开采过程面临复杂应力变化和顶板稳定性问题。本文结合最新研究成果,深入分析大采高综采工作面过断层开采的关键技术,包括断层加固技术、应力演化规律、开采工艺优化。研究表明,通过注浆加固、卧底法等技术手段,可以有效控制断层附近应力集中,确保顶板稳定性,提高开采效率。研究成果为大采高综采工作面过断层开采提供了科学依据和技术支持。 展开更多
关键词 大采高 综采工作面 断层 应力演化 顶板稳定性
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倾斜煤层面间煤柱留设及顶底板变化规律
11
作者 郝业 杨惟博 +2 位作者 王鲜 赵璠 李方典 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第2期419-428,共10页
为研究倾斜煤层面间煤柱留设不同形式下煤层顶底板位移变化规律,对四川盆地代池坝煤矿倾斜煤层面间煤柱的稳定性及顶底板变形规律进行研究。结果表明:建立倾斜多工作面开采面间煤柱上窄下宽、上下等宽和上宽下窄共3种形式,面间煤柱主应... 为研究倾斜煤层面间煤柱留设不同形式下煤层顶底板位移变化规律,对四川盆地代池坝煤矿倾斜煤层面间煤柱的稳定性及顶底板变形规律进行研究。结果表明:建立倾斜多工作面开采面间煤柱上窄下宽、上下等宽和上宽下窄共3种形式,面间煤柱主应力差峰值分别达到了14.5,13.1 MPa和12.3 MPa;面间煤柱受到煤层倾角的影响,导致主应力呈现非对称性破坏,呈现不规则的驼峰形;当面间工作面采用上窄下宽的煤柱形式时,最大塑性区范围相对较小,上部煤柱的应力分布呈现“平台形”,主应力差相对降低;上窄下宽的煤柱形式在保持稳定性和减小应力传递方面具有优势。揭示了上窄下宽、上下等宽和上宽下窄共3种面间煤柱留设形式下的顶底板变化规律,其中上窄下宽的留设方案稳定性最好,面间煤柱尺寸优化方案既保证开采的安全性又能降低顶板导水裂隙带的发育高度。 展开更多
关键词 倾斜煤层 面间煤柱 顶板稳定性 主应力差 数值模拟
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基于非线性Baker准则的深埋硐室拱顶稳定性分析
12
作者 覃长兵 李跃阳 +2 位作者 戴辰宇 石雨沙 仉文岗 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第2期296-304,共9页
针对Hoek-Brown和Mohr-Coulomb准则主要分别适用于岩体和土体的情形,采用更具适用性的广义非线性Baker准则,并结合极限分析上限方法,旨在研究深埋硐室拱顶岩土体的动力稳定性。通过构建满足Baker准则下拱顶塌落的曲线型破坏机构,考虑竖... 针对Hoek-Brown和Mohr-Coulomb准则主要分别适用于岩体和土体的情形,采用更具适用性的广义非线性Baker准则,并结合极限分析上限方法,旨在研究深埋硐室拱顶岩土体的动力稳定性。通过构建满足Baker准则下拱顶塌落的曲线型破坏机构,考虑竖向地震荷载的影响,计算内外力功率并建立功率平衡方程,基于变分原理推导在有无竖向地震力作用时拱顶破坏机制的上限表达式,从而求解得到破坏面形状、塌落拱高度和宽度的解析解。同时采用ABAQUS数值模拟验证解析解的有效性及合理性,研究分析不同参数下拱顶破坏机制的变化规律。结果表明除岩土体特性参数外,尤其是向上的竖向地震力对拱顶破坏范围有显著影响。 展开更多
关键词 深埋硐室 拱顶稳定性 非线性Baker准则 竖向地震力 上限分析
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厚硬顶板工作面过断层“裂-注-排-支”协同防控技术研究
13
作者 徐东 郑锐 李迎龙 《煤炭工程》 北大核心 2025年第6期24-33,共10页
针对厚硬覆岩顶板工作面回采过断层期间围岩稳定性控制难度大、动力灾害频发的工程难题,通过理论分析、数值模拟与现场试验相结合的方法,系统研究了工作面过断层过程中覆岩运移特征及围岩应力动态演化规律,提出了“裂-注-排-支”协同防... 针对厚硬覆岩顶板工作面回采过断层期间围岩稳定性控制难度大、动力灾害频发的工程难题,通过理论分析、数值模拟与现场试验相结合的方法,系统研究了工作面过断层过程中覆岩运移特征及围岩应力动态演化规律,提出了“裂-注-排-支”协同防控技术体系。研究表明:随着工作面与断层面间煤体尺寸减小,厚硬顶板沿断层面滑移失稳风险增大;断层面具有显著应力阻隔效应,导致上盘区域形成应力增高区(峰值应力达33.96 MPa)、下盘区域形成应力降低区;工作面过断层围岩应力演化可划分为断层静止期、活化期、运动期、应力释放期和稳定期5个阶段;通过在断层运动期前分阶段实施围岩卸压-加固协同防控措施(如水力压裂切顶、煤层注水软化、大直径钻孔卸压及锚杆索补强支护),可有效改善围岩应力分布状态,降低工作面周期来压强度35.8%~57.6%,减少冲击动载能量释放量,将巷道围岩变形量控制在388~589 mm范围内,显著提升断层区域围岩稳定性,实现了厚硬覆岩顶板综放工作面安全高效过断层的工程目标。 展开更多
关键词 厚硬顶板 断层构造 滑移失稳 应力演化 协同防控 断层活化 围岩稳定性
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厚煤层大断面巷道切顶锚索补强支护技术研究
14
作者 周文峰 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第2期121-127,共7页
针对厚煤层大断面巷道围岩变形量大的问题,以陕煤集团韩城矿业有限公司桑树坪二号井3309运输巷为工程背景,通过理论分析、数值模拟与现场试验相结合的方法,提出了“爆破预裂切顶卸压+巷道锚索补强支护”(简称“切顶锚索补强支护”)技术... 针对厚煤层大断面巷道围岩变形量大的问题,以陕煤集团韩城矿业有限公司桑树坪二号井3309运输巷为工程背景,通过理论分析、数值模拟与现场试验相结合的方法,提出了“爆破预裂切顶卸压+巷道锚索补强支护”(简称“切顶锚索补强支护”)技术。试验结果表明:3309运输巷煤柱帮围岩侧向支承应力呈“马鞍状”分布特征,煤柱两侧垂直应力分布不对称。采用“切顶锚索补强支护”技术方案时,顶板、煤壁帮和煤柱帮的表面平均最大收敛量对比采用原锚杆支护方案的表面平均最大收敛量均显著降低,降幅超过20%。在3309运输巷邻近工作面回采过程中,无论是原锚杆支护方案还是“切顶锚索补强支护”技术方案,巷道围岩变形均依次经历了无明显变形、缓慢变形、快速变形、再缓慢变形,并最终趋于稳定的变化过程。现场监测结果表明,采用“切顶锚索补强支护”技术方案后,大断面巷道围岩变形得到了有效控制。 展开更多
关键词 厚煤层 大断面巷道 围岩应力 切顶卸压 锚索补强支护 围岩稳定 数值模拟
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Safety thickness analysis of tunnel floor in karst region based on catastrophe theory 被引量:14
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作者 YANG Xiao-li XIAO Hai-bo 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第9期2364-2372,共9页
Based on the tunnel shape, span and depth, the previous elliptical plate model and clamped beam model were modified.The modified model was applied to different situations. For the elliptical plate model, the water eff... Based on the tunnel shape, span and depth, the previous elliptical plate model and clamped beam model were modified.The modified model was applied to different situations. For the elliptical plate model, the water effects were considered. For the clamped beam model, water and horizontal stress were considered. Corresponding potential functions and cusp catastrophe models of rock system were established based on the catastrophe theory. The expressions of critical safety thickness were derived with necessary and sufficient conditions. The method was applied to the practical engineering. Some parameters related to the stability were discussed. The results show that elastic modulus and thickness are advantageous to the floor stability, and that the load, span,horizontal stress and water are disadvantageous to the floor stability. 展开更多
关键词 KARST catastrophe theory safety thickness tunnel floor stability WATER
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特厚煤层底板断层破坏与顶板垮断联动效应的CFDEM模拟研究 被引量:2
16
作者 李浩 唐世斌 +2 位作者 康志勤 杨栋 马立强 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2615-2629,共15页
特厚煤层采场空间大、覆岩扰动范围广,顶板垮断产生的强扰动加卸荷载易导致底板断层破坏加剧。通过数值模拟研究特厚煤层底板断层突水与顶板垮断联动效应机理规律是开展水害防治的基础,关键在于掌握加卸载下岩体渐进破坏与裂隙流耦合特... 特厚煤层采场空间大、覆岩扰动范围广,顶板垮断产生的强扰动加卸荷载易导致底板断层破坏加剧。通过数值模拟研究特厚煤层底板断层突水与顶板垮断联动效应机理规律是开展水害防治的基础,关键在于掌握加卸载下岩体渐进破坏与裂隙流耦合特征。构建加卸载下拉、剪损伤演化方程,结合有效偏/球应力为基本变量的屈服准则与塑性势函数,得到完整岩块的塑性损伤本构;建立拉/剪、混合型加卸载过程中塑性位移与强度劣化关系,以平方拉剪应力与B-K准则为初始、完全断裂准则,形成非贯通裂隙断裂本构;提出岩块分离、压缩、剪切判据,结合实验数据建立离散块体间挤压、剪切摩擦本构与剪胀方程。基于质量/动量守恒、状态方程,并结合流体体积与浸没边界方法,形成裂隙岩体气−水二相流模拟理论。由此形成CFDEM数值计算程序,并将加卸载下塑性损伤、断裂、挤压/摩擦、流体属性分别赋予实体单元(岩块)、黏聚力单元(非贯通裂隙)、接触对(贯通裂隙)、欧拉单元(水和气)。根据宁武煤田北部矿区工程地质条件,建立特厚煤层底板断层突水与顶板垮断联动效应数值计算模型。结果表明:①CFDEM耦合程序及相应的理论模型可数值实现特厚煤层覆岩及底板断层从(准)连续体到离散体转化,以及地下水在裂隙中运移;②模拟条件下特厚煤层含断层底板的采动裂隙包络线呈w形,最深处超过55 m位于断层及其上盘,最浅处23 m位于断层下盘,而无构造底板处的破坏深度为24~36 m,已导通奥灰含水层;③特厚煤层底板普遍出现二次破坏现象。表现为无构造底板在超前工作面处破坏深度为24.0~29.3 m,但在采空区内普遍增加至31.5~36.0 m;断层及其上盘在超前工作面处裂隙总开度为0.34~0.86 m,但在采空区内迅速增加至3.6 m,形成突水优势通道。④底板断层突水与顶板垮断联动效应的根源在于覆岩高位关键岩层垮断失稳、砌体梁下沉与二次断裂,并导致底板二次破坏,突水风险加剧。 展开更多
关键词 特厚煤层 底板断层突水 顶底板联动效应 CFDEM程序 微震实验
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西准噶尔构造带包古图组的岩石组合及其时限
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作者 李永军 李伟 +5 位作者 王绪龙 段丰浩 朱钊 郑孟林 杨高学 张越迁 《地质学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2053-2063,共11页
包古图组是新疆西准噶尔增生造山带西北缘石炭纪密西西比亚纪重要沉积记录。确认其完整的沉积序列、岩石组合及其与上覆和下伏地层的接触关系,对解析本区晚古生代盆地构造演化具有重要意义。本文新实测的白碱滩北红山梁剖面上,出露了岩... 包古图组是新疆西准噶尔增生造山带西北缘石炭纪密西西比亚纪重要沉积记录。确认其完整的沉积序列、岩石组合及其与上覆和下伏地层的接触关系,对解析本区晚古生代盆地构造演化具有重要意义。本文新实测的白碱滩北红山梁剖面上,出露了岩石组合截然有别,色调区分性极强的两大套地层,上部深灰—灰黑色调“(含碳)细碎屑岩”与其下伏鲜红色调的“硅质岩-凝灰质硅质粉砂岩间夹中基性火山岩”为连续沉积(整合接触),分属包古图组和红山梁组。本文于包古图组底部和红山梁组顶部分别获得345.1 Ma和365.9 Ma的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄,限定其时代分别为密西西比亚纪和晚泥盆世。这一新发现,不仅确立了包古图组是区内石炭纪最老地层单位,佐证了包古图组老于希贝库拉斯组这一久争悬疑,而且使得区内密西西比亚系有了完整的地层序列,揭秘了石炭系最底部的沉积建造及其岩石组合,也为完整认识泥盆纪—石炭纪这一重要时期的盆地沉积特征及其构造演化提供了新资料。 展开更多
关键词 密西西比亚系包古图组 岩石组合 顶底时限 锆石U-PB年龄 西准噶尔构造带
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吐哈盆地台北凹陷水西沟群成烃环境演变对煤系烃源岩分布及煤岩气保存的影响
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作者 赵振宇 张华 +3 位作者 林潼 李攀 尤帆 杨润泽 《石油与天然气地质》 CSCD 北大核心 2024年第6期1755-1771,共17页
吐哈陆相聚煤盆地是中国西部重要的含油气盆地。侏罗系水西沟群发育多套含煤优质烃源岩层,具有多套优质的砂岩储层和煤岩储层,是盆地主要的油气勘探目的层和深层煤岩气战略突破领域。通过研究盆地构造-沉积演化对烃源岩形成的影响以及... 吐哈陆相聚煤盆地是中国西部重要的含油气盆地。侏罗系水西沟群发育多套含煤优质烃源岩层,具有多套优质的砂岩储层和煤岩储层,是盆地主要的油气勘探目的层和深层煤岩气战略突破领域。通过研究盆地构造-沉积演化对烃源岩形成的影响以及微量元素对沉积环境的响应特征,分析了不同类型烃源岩的发育和分布规律,指出了煤岩储层中天然气(煤岩气)保存的有利空间位置。研究认为:①水西沟群沉积时期,构造抬升与沉降作用控制了台北凹陷沉积中心的形成与演化,沉积中心由北向南逐渐迁移;在晚侏罗世末期,北部发生强烈构造抬升,沉积中心继续向腹部迁移并造成东高、西低的地势特征,形成了现今胜北、丘东和小草湖洼陷3个逐渐向东抬升变浅的沉降中心。②沉积中心演化控制凹陷内不同次洼水体深度和盐度的变化。水西沟群八道湾组—三工河组沉积时期水体加深,盐度变小,三工河组—西山窑组沉积时期水体逐渐变浅,盐度增大。泥岩主要位于盆地的北部,具有自西向东加厚的特征。纵向上受古水体盐度的影响,八道湾组—西山窑组有机质类型和丰度具有逐渐变好的趋势。③水西沟群沉积期发生频繁的水体变动,煤形成于水体相对较浅的沉积环境。在八道湾组早期的水进初期阶段、八道湾组晚期和西山窑组早-中期的水退晚期阶段,水体相对较浅,为有利的聚煤环境,是吐哈盆地煤岩发育的主要层段。④在煤的发育区划分了10种不同类型的煤层顶-底板组合,提出了5个有利于煤岩气保存的煤层顶-底板组合类型及其分布位置,这些分布区是下一步煤岩气勘探方向。 展开更多
关键词 成烃环境 微量元素 煤岩顶-底板组合 煤系烃源岩 煤岩气 水西沟群 台北凹陷 吐哈盆地
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深埋矿井沿空留巷切顶卸压底板变形控制 被引量:14
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作者 孙靖康 涂敏 +3 位作者 赵庆冲 党嘉鑫 张欣 李亚勉 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第7期165-172,共8页
目前有关巷道底鼓的研究与实践主要探讨巷道底板的变形机理及控制技术,对沿空留巷切顶卸压前后底板力学分析不全面。针对该问题,基于煤体分区破坏特征构建了切顶前后巷道围岩和底板力学模型,分析实体煤、巷旁支护及采空区对底板的作用,... 目前有关巷道底鼓的研究与实践主要探讨巷道底板的变形机理及控制技术,对沿空留巷切顶卸压前后底板力学分析不全面。针对该问题,基于煤体分区破坏特征构建了切顶前后巷道围岩和底板力学模型,分析实体煤、巷旁支护及采空区对底板的作用,获得切顶前后巷道底鼓解析解,得出巷旁煤帮弹塑性区、巷道支护体及顶板下沉区底板所受载荷共同影响巷道底鼓量大小。采用数值模拟验证切顶卸压前后沿空留巷围岩破坏特征、应力分布及底鼓量变化,结果表明:切顶卸压技术可有效缩小巷道实体煤侧面及顶部的破坏区域,维持巷道围岩结构稳定;巷道底板最大应力、巷旁支护阻力、巷道底鼓量均下降,平均降幅分别为25.78%,56.14%,54.07%。现场应用结果表明,厚硬顶板沿空留巷底鼓量由709.3451 mm降至320.9658 mm,切顶卸压技术可以优化巷道围岩应力结构,抑制巷道底鼓,有效改善底板破坏情况。 展开更多
关键词 底板变形控制 沿空留巷 切顶卸压 力学分析 围岩破坏特征 应力分布 底鼓
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基于数值模拟的充填采矿地表移动规律研究 被引量:11
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作者 徐伟兰 刘毓 +4 位作者 王朝隆 李军 张晨阳 张庆嵩 邱景平 《有色金属工程》 CAS 北大核心 2024年第6期144-151,共8页
通过FLAC3D软件建立的三维数值仿真模型,结合有限元理论,针对某矿露天转地下开采过程中的地表沉降问题进行了研究。结果表明,随着充填率的增加,顶板最大主应力和竖向位移均呈现出降低的趋势。在-40 m首次开采中段回采后及时进行充填的... 通过FLAC3D软件建立的三维数值仿真模型,结合有限元理论,针对某矿露天转地下开采过程中的地表沉降问题进行了研究。结果表明,随着充填率的增加,顶板最大主应力和竖向位移均呈现出降低的趋势。在-40 m首次开采中段回采后及时进行充填的情况下,100%充填率相比于90%充填率,竖向位移最大值降低了45%;当回采至305 m中段时,100%充填率相比于90%充填率,竖向位移值降低了22%。地表监测点的竖向位移和水平位移均随充填率的增加而降低。在保证95%充填率的情况下,地下开采对地表构筑物的影响较小,满足规程允许的地表变形值。研究结果对露天转地下开采地表沉降规律提供了有益参考。 展开更多
关键词 充填率 数值模拟 采空区 顶板稳定性
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