裂隙演化

摘要： 为了探索微波的加载路径对微波致裂煤体效果的影响,利用自主研制的微波辐射试验装置开展了不同微波加载路径下的煤体致裂试验,研究了微波辐射前后煤样的P波波速、抗压强度、弹性模量、煤样表面裂隙演化及煤体微结构损伤因子的变化特征,揭示了不同微波加载路径对煤体致裂效果的影响规律。结果表明:微波辐射后煤样P波波速平均降幅为40.13%,其中微波连续加载条件下降幅高达56.47%;煤体抗压强度、弹性模量受微波辐射影响较明显,平均抗压强度降幅高达74.91%,弹性模量降幅均超过65.01%,其中连续加载下高达80.11%;煤体累积损伤因子与加载路径有关,不同微波加载路径对煤体内部微结构造成不同程度的损伤;微波连续加载与间歇加载均促进煤体表面裂隙的发育,在连续加载下,煤样表面裂隙更发育,破坏更显著。因此,煤体微波加载路径的改变能有效致裂煤体,在微波能量为216 kJ的试验条件下,通过微波连续辐射煤样,可最大程度对煤体进行致裂,煤体的致裂效果达到最优。

摘要： 位于我国西北地区高寒区的供水渠道大多数面对极端寒冷、异常干旱、复杂地质环境等恶劣自然条件,为了防止冻胀往往冬季不供水,渠道每年经历湿干−冻融循环过程。为了研究膨胀土渠道在反复湿干−冻融循环过程中的劣化机理,分别从湿干−冻融循环下膨胀土的裂隙损伤、强度衰减及渠道劣化演变3个方面阐述高寒区膨胀土渠道边坡破坏情况,具体包括:揭示湿干−冻融循环下膨胀土的裂隙空间演化规律,提出基于三维裂隙分布特征的膨胀土裂隙网络结构评价方法及相应的细观结构劣化模型;阐明湿干−冻融循环作用对膨胀土有效抗剪强度指标的影响规律,建立湿干−冻融循环下的渠基土强度衰减方程;研发能够模拟冻融及湿干−冻融循环过程的超重力场大型模拟试验平台,揭示高寒区膨胀土渠道在湿干−冻融反复循环下的长期性能演变规律。该研究成果可为我国高寒区膨胀土渠道工程的设计及长期安全运行提供参考。

摘要： 为探究大气作用下膨胀土边坡裂隙的演化规律,以南阳地区膨胀土为研究对象,首先,通过室内单元试验测定南阳膨胀土的胀缩系数;其次,采用有限元法分析不同大气条件下膨胀土边坡的非饱和土渗流问题;最后,基于室内试验与有限元计算结果,采用离散元法模拟蒸发−降雨作用下膨胀土边坡裂隙的演化过程。研究结果表明:表层土体的含水率受气候影响较大,随着深度增加,土体含水率变化受大气的影响逐渐减弱,且边坡内部土体含水率变化存在滞后性;在蒸发作用下土体失水收缩,裂隙首先出现在坡肩位置处的表层土体中,随着蒸发过程的持续,边坡各个位置均逐渐出现裂隙;边坡各部位裂隙数量、发育深度、增长速率与坡体含水率变化趋势一致,即在蒸发早期变化较快,随着蒸发时间增加,增长速率趋于稳定;边坡各部位裂隙发育的方向均垂直于边坡表面,裂隙的形态呈现出上宽下窄的“V”字形;受临空面的影响,坡面处裂隙的发育深度大于边坡其余部位的深度,且随着边坡高度增加而增加;降雨时边坡土体吸水膨胀,边坡各部位裂隙逐渐收缩、闭合,裂隙数量以及裂隙发育深度均减小。

摘要： 我国众多矿井面临水害和瓦斯灾害的威胁。工作面回采后裂隙演化特征是矿山防治水及瓦斯治理的技术基础,对于煤矿安全生产具有重要意义。在叙述煤层开采覆岩破坏和开采覆岩裂隙演化理论的基础上,较系统地梳理相似模拟、数值模拟、钻孔电视、分段注水试验、微震监测技术五种测试方法的工艺技术及装备、测试结果、存在问题及适用条件,并对工作面覆岩裂隙演化测试技术发展趋势进行展望,指出未来数值模拟应引入新的思维和数学方法;相似模拟引入数字岩心和3D打印技术高保真进行还原;现场测试技术向动态化、实时化、智能化方向发展。

摘要： 为研究干湿条件下红黏土裂隙发展规律,分析斜坡变形破坏机制,进行红黏土边坡室内干湿循环模拟试验。结果表明:(1)红黏土斜坡在干湿条件下裂隙率呈阶梯状增加,坡面和坡顶裂隙发展存在一定差距,4次循环期间坡面裂隙率逐渐由3%增加至14%,而坡顶最终裂隙率仅7%;(2)红黏土斜坡初始阶段渗透性极低,基本不透水,干湿循环过程中土体裂隙极大地增强了斜坡渗透性;(3)干湿循环使斜坡土体反复胀缩,土壤含水率变化量由5%增至20%,基质吸力增至350 kPa,胶结物质的流失及结构的破坏造成土体强度不可逆性降低;(4)裂隙的产生破坏了斜坡的整体性,降雨期间随着土壤含水率的增加,基质吸力减小,强度迅速降低,在雨水浸润下斜坡裂隙逐渐软化形成潜在滑面,从而引发局部失稳破坏。

摘要： 基于薄煤层开采及煤岩体巷道变形特点,探究煤岩体变形规律,根据不同岩层组合的力学性质,系统分析了岩和煤组合体的不均匀变形特征。通过不同高度比“岩-煤-岩”组合体的单轴加载试验,分析不同高度比煤岩组合体加载破坏规律,结果表明:组合体强度受中间煤体高度影响,试件单轴抗压强度随煤体高度的增加而减小,且试件的破坏形态随着煤体高度的增加由拉伸破坏转变成斜面剪切破坏,最终表现为煤体被挤出破坏。组合体试件破坏受煤体部分主导,两端砂岩对中间煤体起约束作用从而提高煤体强度,煤体中部受到其约束最小,且随着煤体高度的增加,所受影响迅速衰减。通过室内单轴加载与颗粒流等方式分析组合体裂隙发育全过程,结果表明,组合体裂隙发育的过程可分为4个阶段:裂隙孔隙压密阶段、裂隙产生并稳定发育阶段、裂隙加速发育并贯通阶段和破坏后阶段。煤体内部缺陷的存在与其自身较低的强度,导致组合体微裂隙最初于煤体内部生成(在煤体高度非常小时,裂隙自砂岩内部产生);随着试件荷载增大,随机分布在煤体的裂隙相互贯通并向砂岩部分延伸最终造成破坏;且最初的裂隙主要是轴压与端面效应产生的剪切裂纹,在加载至试件单轴抗压强度的80%左右时,试件内部张拉裂隙开始快速发育,组合体开始丧失强度。

摘要： 为了准确掌握单一煤层和煤层群开采覆岩裂隙演化规律及分布形态特征,通过物理相似模拟实验、现场钻孔勘探、理论计算等方法分析煤层开采过程中覆岩运移破断特征及采动裂隙的分布形态。结果表明:在重复采动条件下,覆岩出现离层裂隙和纵向裂隙并伴随超前裂隙的产生,形成“采空区-工作面”和“采空区-采空区-工作面”结构时,覆岩裂隙经历产生、扩张、闭合、再产生、贯通、再闭合等6个动态循环变化阶段;煤层群在一次采动时形成“梯形”裂隙区,二次及多次采动下,覆岩受上覆载荷作用,裂隙区向工作面两侧煤柱扩展,上煤层受本煤层边界煤柱和下煤层开采形成的“悬臂岩梁”支撑影响,使工作面两侧裂隙明显高于工作面中部,覆岩形成“M”形裂隙分布形态;覆岩受采动影响产生周期性破断,以单岩层或多岩层同时产生变形、运移、破断垮落,由此可见,覆岩中存在控制上部岩层的硬岩层和其控制岩层以组合梁的形式同步运移、破断。根据覆岩破断特征建立了基于Winkler弹性地基煤层群重复采动覆岩破断特征的组合岩梁力学模型,由模型计算得到覆岩裂隙演化高度和相似模拟实验及现场所测高度相近,由此表明,该模型可作为浅埋煤层群重复采动覆岩裂隙演化高度计算的依据。

摘要： 综放开采覆岩破坏高度及裂隙演化规律对于煤矿安全生产具有重要意义,以山西某矿为试验矿井,采用分段注水、钻孔电视对覆岩破坏高度进行探测,对裂隙变化特征进行定量化分析,并对工作面回采过程中裂隙及应力演化进行数值模拟研究。研究结果表明:采动后冒落带破坏垂直高度为29.8~34.3 m,裂隙带破坏垂直高度为83.8~88.2 m;回采前覆岩裂隙以低角度、小宽度为主,裂隙数量发育程度低,随着工作面的回采覆岩裂隙数量明显增加,增加的裂隙以低角度、中宽度为主;覆岩的整个运动是一个动态的、连续的发育过程;应力呈现增加—减小—稳定的变化特征;采动过程中,近煤层区域覆岩裂隙数量一直处于较高水平。

摘要： 水力压裂作为煤层强化增透技术的一种,其应力演化特征及裂隙形态与扩展范围的判断尤为重要。采用离散元数值方法,以导向压裂为背景,建立水力压裂流固耦合模型;通过应力路径、裂纹热点图等手段,探究水力压裂过程中压裂排量、泊松比、天然裂隙密度对应力演化和裂隙演化的影响及其细观规律。结果表明:不同压裂排量下的应力演化方向及最终应力路径曲线形状有着明显的不同,低排量下裂隙附近的应力比值逐渐增大,而在高排量下先增大后减小;煤层泊松比越大,平均压裂半径越低,但对起裂时间及裂隙的扩展形态影响不明显;天然裂隙的发育情况对水力裂隙的扩展起着关键性作用,高裂隙发育煤层水力裂隙扩展的方向性无法预测,应力演化方向会出现反转现象;压裂过程中不同区域的应力演化特征能够反映出裂隙的扩展状态,现场可通过监测压裂区域附近应力变化,判断水力压裂缝网的扩展范围。

摘要： 针对在上煤层开采条件下,被保护层开采时,采动覆岩经历二次缷压后瓦斯涌出量大、上煤层采空区高浓瓦斯下渗等关键问题,以铜川下石节煤矿为工程背景,采用理论计算及实验室相似模拟研究。研究在上煤层开采条件下,被保护层开采时覆岩裂隙演化规律、裂隙带发育高度、二次充分缷压后工作面瓦斯大量涌出规律、瓦斯治理方案设计及效果考察分析;在综合分析工作面瓦斯参数后,创新性的提出了近距离下煤层开采缷压瓦斯治理措施:由于保护层和被保护层夹层间距过小以及巷道局限性,本文创新性地提出利用回风顺槽70 m宽度的煤柱,在煤柱里面开设钻场,施工大直径定向钻孔到复合采空区进行缷压瓦斯抽采。考察缷压瓦斯治理效果分析表明,工作面回风流及支架间瓦斯浓度均在0.3%以下,保证了工作面的安全高效回采。

摘要： 针对煤层群开采瓦斯易突出问题,以贺西煤矿采为工程背景,采用理论分析手段计算了3、4号煤层开采后覆岩“两带”高度,通过建立3DEC数值模型,分析了3、4号煤层开采覆岩破坏过程及裂隙演化规律,验证了理论计算“两带”高度,确定了“O”形圈分布范围,提出了钻孔最佳布置位置,保障了矿井的安全生产.

摘要： 在远距离保护层开采条件下，当处于弯曲下沉带的被保护层顶板存在巨厚坚硬岩层(数十至百米以上)时，巨厚岩层控制着其上覆岩层的全部运动，成为矿井主关键层，受采动影响能长期保持不断裂，其下覆煤岩层的裂隙与离层能长期不闭合，裂隙成为瓦斯运移的通道，离层成为瓦斯的富集区。通过对该特殊地质条件下被保护层裂隙演化及瓦斯运移规律的研究，提出了在保护层的高位巷(或高位钻场)施工穿透被保护层的远距离穿层钻孔抽采卸压瓦斯的方法。通过在海孜矿的运用实践，中煤组瓦斯抽采率达到73﹪以上，抽采半径在100 m以上，取得了显著的效果。

摘要： 基于Kachanov连续损伤变量及Fredlund非饱和土有效应力理论,提出了结构性损伤膨胀土的强度表征方法.以南水北调中线工程南阳膨胀土为研究对象,利用改进型非饱和土三轴仪对不同损伤程度的三组15个重塑试样进行控制净围压分别为50,100,150kPa的三轴压缩试验,定量分析荷载作用下初始孔洞损伤基元及裂隙演化形式对膨胀土力学特性的影响.实验表明:考虑结构性及损伤的非饱和土力学表征能够很好地描述土体的力学行为;孔洞损伤对膨胀土强度没有一致的强化或弱化效果,而裂隙发育形态、演化形式对土体结构及强度起主导作用;围压能够一定程度上抑制裂隙的开展,通过裂隙面咬合产生强度.根据破坏机制将该力学关系表示为裂隙发育及残余强度两个阶段,线性硬化破坏、弹塑性破坏、脆塑性破坏、线性软化破坏四种破坏模式.研究可为揭示膨胀土边坡破坏的力学机制及预测提供新的参考.

摘要： 利用FLAC软件对中兴矿1205工作面上覆岩层的破坏过程进行了数值模拟,再现了工作面回采过程中上覆岩层垮落破断和应力应变场动态发展全过程.结果表明:竖向位移场均呈现不均匀沉降状态分布;采前不同倍采高处的位移下沉基本一致,采后不同倍采高的位移下沉不均匀性加剧.工作面顶板以上10倍采高处,横向裂隙发育最剧烈,属于高瓦斯富集区域.比较走向不同位置的位移,随工作面推进,不同倍采高时,得出累计开采200m时,距切眼沿走向方向的100m以内属卸压范围.随着采高增加裂隙发育程度也逐渐变小,在采动上部至少15倍采高(顶板以上60m)以内属垂向卸压范围.

摘要： 瓦斯抽放作为治理瓦斯的有效手段发挥着越来越重要的作用,选择恰当的抽放方法和合理参数对于能否达到预期的抽放效果至关重要。本文首先对采场围岩裂隙演化和卸压瓦斯运移等进行研究,分析了裂隙发育区和卸压瓦斯储集区动态变化规律,然后针对采动裂隙"O"形圈的分布情况,对顶板覆岩卸压抽放钻孔孔位以及平距布置进行了探讨;并结合四川省筠连县钓鱼台煤矿的低透气性煤层的特点,优化了抽放参数,提出符合实际情况的瓦斯抽放技术方法,取得较好的瓦斯治理效果。

摘要： 本文从示范工程"采动影响区地面抽采技术"的项目立项背景展开对本项技术的分析与研究,指出采动影响区地面抽采技术两个重要指标:煤层气(煤矿瓦斯)抽采量和井筒及地面抽采设施完整性是建立在采动岩体裂隙演化与渗流和采动岩体层状移动与地表沉陷理论之上的应用性技术.说明了采动影响区地面抽采技术两个重要实施内容:采中抽采(采动影响区地面抽采技术)和采后抽采(采动稳定区地面抽采技术)两个重要实施内容与煤炭采掘生产区紧密衔接、与煤炭采空区矿井治理工艺相结合.通过设计、工程、数据分析过程,提出了"十一五"示范工程"采动影响区地面抽采技术"的结论和"十二五"示范工程"采动影响区地面抽采技术"的建议.

摘要： 从细观尺度对煤岩体裂隙演化进行研究是揭示煤岩体失稳破坏本质的有效手段，通过对煤岩体微裂隙细观观测，深入分析煤岩体细观损伤机制，以细观力学基本理论为基础，推导出含微裂隙煤岩各向异性损伤演化方程。通过深入研究损伤对煤岩体渗透性的影响，以渗流理论为基础，推导出煤岩体特征体积单元的渗透系数演化方程，通过情景分析讨论了开度对煤岩渗透率的影响，同时也验证了模型的有效性。

摘要： 通过五阳矿软煤综放面大煤样的压裂实验，运用现代分形几何理论，研究了综放开采过程中软煤顶煤在强度、变形方面的基本力学特性，探讨了软煤的裂隙演化特征，其裂隙演化经历扩展、加密、再扩展与再加密等过程，结论对综放理论研究和工程实践具有现实指导意义。

摘要： 本发明公开了一种大尺寸含裂隙岩石矩形空洞突水多场前兆信息演化试验装置与测试方法，涉及岩石力学与承压渗透试验领域，其包括试验架，加载板，试样存放腔，侧压加载系统，垂直加载系统，水压加载系统，水温调节系统，信号采集与处理系统；通过制备大尺寸含矩形空洞和单一裂隙岩石试样，该试验装置与测试方法可以研究水‑力耦合下矩形空洞不同开挖深度突水过程中单一裂隙围岩应力、位移、裂隙、渗流、温度等多场前兆信息的演化规律、耦合特性及影响因素；该试验装置的水压加载系统、水温调节系统和侧压加载系统，能较好模拟承压水上含断层煤系地层的地质力学环境，反演分析深部承压水上回采工作面内采动断层突水机理，更好监测预警采动断层突水。

摘要： 本发明涉及煤矿开采技术领域，提供一种基于裂隙和能量演化的锚杆支护效果评价方法，研究施加不同预紧力时锚固体在加载过程中的能量演化特征；根据锚固体模型模拟结果分析不同预紧力下锚固体的裂隙发育情况和变形破坏特征；并根据锚固体加载过程中的能量演化特征、裂隙发育情况、变形破坏特征建立预紧力‑能量‑锚固效果之间的关系评价锚杆支护效果。本发明从能量和微观角度对锚固体破坏进行分析，提出一种新的锚杆支护效果评价方法，解决了采用应力‑应变来描述锚固体变形破坏过程不能真实反应出锚固体的变形破坏规律的问题。

摘要： 本发明公开了一种模拟巷道围岩裂隙演化的离散元方法，包括现场煤岩层取芯并记录RQD值，观测巷道变形并统计煤层裂隙分布特征；室内测试煤岩试样的力学参数，根据RQD值计算出岩体的强度；利用UDEC‑Trigon模块建立数值模型调整参数与岩体强度相匹配校正模型参数；建立工程尺度的数值模型调整参数与现场变形特征匹配，最终模拟巷道围岩裂隙演化。本发明为离散元数值模拟巷道变形提供准确的基础力学参数，可确保模拟结果真实可靠。

摘要： 本发明公开了一种地质裂隙演化模拟试验系统，包括：箱体，第一试验装置，第一试验装置置于箱体内部，箱体内壁上具有第一支撑件，第一试验装置包括支撑板，支撑板安装在第一支撑件上，支撑板上具有支撑体，支撑体上铰接一转动板，转动板上铰接一支撑杆，支撑杆下端置于支撑板上，支撑板上具有第一挡块，第一挡块设置在转动板的前端。第一试验装置具有：限位机构，限位机构中具有第一空心杆和第二空心杆，弹射机构，弹射机构中具有套管、安装台和弹射杆。第二试验装置。本发明还公开了一种地质裂隙演化模拟试验系统的使用方法。该试验系统结构简单，能够重复使用，节约资源，节省制造的时间，减少资金的投入。

摘要： 模拟煤矿回采巷道裂隙演化的可视化试验装置，包括真空桶、透明模型箱和颗粒均布箱，真空桶包括上盖和桶体，上盖上安装有压力测试仪和抽气管道，抽气管道的上端连接有真空泵，透明模型箱安装在桶体内底部中心，颗粒均布箱位于透明模型箱的正上方，透明模型箱的上侧敞口，透明模型箱的前侧面开设有圆形排水孔，透明模型箱内设有矩形水囊，矩形水囊连接有排水管，排水管的出水端穿过圆形排水孔，排水管的出水端设有排水阀，颗粒均布箱的上侧和下侧均敞口，颗粒均布箱的下侧固定连接有颗粒投放板组，颗粒投放板组的前后两侧分别固定连接在桶体的前后两侧内壁上。本发明具有设计科学、结构合理、方便制作煤矿回采巷道围岩结构的模型的优点。

摘要： 本发明涉及地下工程灾害模型实验技术领域，具体为近隐伏溶洞隧道开挖围岩裂隙演化及突水灾变实验系统；包括底座、上横梁、立柱、实验舱、导轨、隧道开挖装置、实验控制系统；通过设置隧道开挖装置，替代传统的人工开挖实验系统，实现隧道的分步开挖；通过3D打印出隐伏溶洞模具，将水注入隐伏溶洞模具中，通过低温处理将隐伏溶洞模具中的水凝结成冰后埋置于物理模型中，对其四周的岩体形成有效支撑，再通过升温将隐伏溶洞内冰块的融化，最后形成与实际形状一致的、具有一定压力水的隐伏溶洞；通过隧道模具内部的摄像头，实现对隧道开挖全程的实时影像采集；通过前侧板与实验舱整体分离，实现对物理模型前侧面变形和破坏的直接观测。

摘要： 本发明提供了一种识别煤矿工程地质力学模型覆岩裂隙演化规律的方法，其包括：电极、导线、N级、B级、煤层、基站、主机和计算机。其中所述电极为横向均匀排列多个，且所述电极均采用各自单独导线与所述基站连接，所述N级和B级同样与所述基站N级、B级连接，所述基站与所述主机连接，所述主机与所述计算机连接。通过在煤矿工程地质力学模型内部埋设电极，在模拟煤层开采过程中观测电极采集的电阻率数据，根据电法理论，可以获取模型全空间电阻率变化及分布情况。由于岩体破坏后不连续，在破坏处电阻发生突变，可以非常敏锐地确定模型裂隙发育高度，识别覆岩裂隙演化规律。

摘要： 本发明属于煤矿安全技术领域，公开了一种煤层采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移可视化系统，包括矿井背景资料收集模块、数据服务器、采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移人机交互模块、采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移可视化模块和系统管理模块。本发明还公开了一种煤层采动覆岩裂隙演化及瓦斯运移可视化方法。本发明基于数值计算，结合数值模拟，重构采空区覆岩移动裂隙动态立体演化过程，并计算覆岩三带高度及来压步距。本发明为矿井后续工作面开采“三带”高度的预计、瓦斯富集区精准探索提供依据，保证矿井安全生产，提高矿井经济效益。

摘要： 本实用新型公开了一种用于土体裂隙发展演化的观测试验装置，包括试验箱；试验箱为中空的箱体结构，试验箱的顶部开设有观测口；土样容器设置在试验箱内，并正对观测口设置；升降平台设置在土样容器的下方，用于带动土样容器竖直上下移动；待观测土样压实设置在土样容器内；扫描仪设置在试验箱的上方，并扣合固定在观测口的上方；扫描仪，用于获取待观测土样上表面的图像信息；恒温加热板设置在试验箱的内表面，用于对试验箱的内部环境温度进行调节；试验箱的外侧粘贴有保温层；试验箱的顶部开设有排气孔；本实用新型实现对土体二维平面裂隙演化过程中裂隙信息的获取，避免了外部环境影响，满足对土体裂隙发展演化过程的观测；装置简单，精度较高。

摘要： 本实用新型涉及矿井瓦斯抽采钻孔技术领域，具体涉及一种模拟瓦斯抽采钻孔孔周表面裂隙演化及其监测的实验装置，包括用于模拟瓦斯抽采钻孔的模拟实验箱，所述模拟实验箱放置在实验桌上，所述模拟实验箱内铺设有模拟煤层和岩层，其特征在于：所述模拟实验箱上连接有注气系统、加载系统和监测系统，所述注气系统为模拟实验箱内通入瓦斯气体，所述加载系统为模拟实验箱提供实验所需的加载压力，所述监测系统用来获取瓦斯抽采钻孔孔周的位移场演化特征及裂纹演化规律；本实用新型的有益效果为：通过在实验模拟箱内铺设模拟煤层和岩层并通入瓦斯气体，上方进行压力加载，可以灵活的控制加载压力，瓦斯压力，模拟不同条件下的瓦斯抽采钻孔的环境。