摘要：为研究深部煤炭回采过程中底板岩体能量变化特征及卸荷劣化机制,开展了不同围压卸载速率下岩石力学试验,综合理论分析和实验室试验分析了不同卸载阶段的岩石损伤断裂能量、弹性模量的变化特征。研究表明:卸围压过程中的岩石变形破坏可划分为围压卸载起始点至失稳破坏、失稳破坏到加速破坏、进入加速破坏3个阶段。在围压卸载起始点至失稳破坏阶段和失稳破坏到加速破坏阶段,相同轴压下,不同围压卸载速率对岩石弹性模量劣化程度产生的影响较小;在围压卸载起始点至失稳破坏阶段,损伤断裂能量消耗较少,但岩石弹性模量劣化程度较为明显;在失稳破坏到加速破坏阶段,弹性模量的劣化程度相比于围压卸载起始点至失稳破坏阶段趋缓,但损伤断裂能量消耗呈现增长变化趋势。在岩石进入加速破坏阶段,卸载速率越快,岩石卸围压过程中释放的损伤断裂能量越大,越易形成宏观贯穿式裂纹,煤层底板突水危险性随之增大。

摘要：为获取不同岩性的煤层底板采动破坏特征,建立了不同内摩擦角对岩体强度影响的莫尔圆解,构建了采场端部最大底板破坏深度/采空区最大底板破坏深度的比值与内摩擦角的关联公式;运用FLAC3D数值模拟软件,分析了不同岩性条件下的煤层底板塑性区、最大剪应力、弹性应变能分布特征;从能量积聚与耗散的角度,建立了煤层底板采动破坏形态的概化模型;最后,结合平朔19110工作面底板实测数据进行验证。研究结果表明,超前支承压力作用下底板岩性为软弱岩体易发生剪切破坏,而未发生剪切破坏的中硬岩或硬岩,在应力卸荷作用下仍存在进一步破坏的可能性;随着煤层底板岩体内摩擦角的不断增大,煤层底板采动破坏范围的最大值将逐渐由采场端部向采空区后方转移;与煤层底板岩性为中硬岩或硬岩相比,岩性为极软岩或软岩的煤层底板岩体在煤壁附近剪应力和弹性应变能存在明显的衰减,并向深部转移,导致采场端部塑性区范围较明显;将煤层底板采动破坏区域划分为能量释放区、能量承载区、能量平衡区,与煤层底板岩性为软弱或极软弱类型相比,中硬岩或硬岩类型下的煤层底板能量释放区分布范围较小甚至缺失,主要通过能量承载区和能量平衡区实现采动扰动能量的平衡。现场实测发现煤层底板岩性为细砂岩、灰岩等、未发生剪切破坏的坚硬岩体,采动卸荷作用下进一步发生破坏,并呈现出由剪切破坏转变为剪切-拉伸变形复合破坏的特征。

摘要：为研究深部煤层底板卸荷劣化破坏机理,开展了轴压不变卸围压、加轴压卸围压、卸轴压卸围压不同加卸载应力路径下的假三轴力学试验,分析并拟合了不同应力路径下岩石弹性模量、广义泊松比与围压的变化关系;构建了岩石断裂力学模型,分析了不同加卸载路径下,分支裂纹端部应力集中程度;从偏应力、能量、声发射事件等方面剖析了卸荷过程中岩石力学参数劣化机制。研究表明:①不同轴压加载方式下岩样的弹性模量劣化程度和泊松比变化幅度依次为加轴压>轴压保持不变>卸轴压;相同轴压不同围压卸载速率下,岩样的弹性模量劣化程度和泊松比变化幅度与卸荷速率呈正相关变化。②围压卸荷过程中,轴向加载或保持不变的应力路径相比于轴向卸载的应力路径,岩石积聚的能量增长幅度较大;在围压卸载至一定程度时,内部闭合的微裂隙和原生裂隙重新被打开,用于裂纹扩展的能量迅速增加,泊松比和弹性模量变化比例明显增大,声发射事件振铃数呈现出非线性增长的特点。③不同加卸载路径下,偏应力是诱发岩石失稳破坏的根本原因,偏应力增长越快,岩石弹性模量劣化程度和泊松比变化程度越明显。工作面附近处于压剪破坏区偏应力相对较大,岩体劣化程度相对较为严重,这与工作面底板突水事故多发生在工作面附近相一致。

摘要：为全面获取采动煤层底板破坏演化及层次性特征,采用钻孔注水试验法(点)、钻孔窥视法(点)、钻孔分布式光纤监测法(线)、瞬变电磁法(面)4种方法,构建了煤层底板全空间点-线-面协同监测模式;根据煤层底板采动破坏程度,从裂隙导水性、拉伸剪切应变、采动岩层物性多参量角度,将将传统的“下三带”中的煤层底板采动导水破坏带划分为导水裂隙带、应力应变带、物性差异带;以平朔矿区9煤工作面为实测对象,监测获取了采动煤层底板全空间、动静态、多层次变形破坏特征。研究结果表明:点-线-面多参量协同监测方法在监测空间上可实现点线面动静结合监测,在监测内容上可满足直接或间接获取裂隙发育特征、导水性、应变变形以及物性等多参量的要求。钻孔注水试验法和钻孔窥视法为直接监测裂隙发育特征的方法,获取的导水破坏带高度为21.75 m;采用钻孔分布式光纤监测法可动态监测裂隙发育特征,分析得出在工作面推进至钻孔附近,底板局部岩体出现拉伸破坏,工作面推过钻孔一段距离,底板岩体拉伸程度继续增大、但破坏深度基本保持稳定,实测得出应力应变带高度为25.15 m;采用瞬变电磁法可对比获取采前、采后底板岩体物性变化特征,分析得出物性差异带高度为22~27 m,较好地验证了底板采动破坏层次性划分特征。

摘要：为研究厚土层薄基岩高强度开采覆岩破坏特征,以千树塔煤矿12305工作面为研究背景,综合运用UDEC数值模拟、现场实测和理论分析等方法研究了工作面开采后厚土层薄基岩类似地质条件下覆岩移动破坏规律。结果表明:随着工作面不断推进,覆岩破坏高度变化呈现出缓增、突增、稳定3个阶段,缓增和突增阶段主要发生在薄基岩中,而稳定阶段则发生在厚土层中,同时厚土层存在一定的液性指数,导致地表下沉滞后;通过冲洗液漏失量观测和注水试验得到该工作面导水裂缝带发育高度为84.5~86.5 m,裂采比为7.9~8.1,数值模拟及理论计算结果均与实测结果较为接近;阐述了厚土层薄基岩“两带”破坏模式,该模式中薄基岩和厚土层分别起到支撑和施荷的作用,薄基岩易被采动裂缝贯穿,而厚土层对采动裂缝的上向发育具有抑制作用。研究结果可为类似条件下矿井的安全生产提供参考。

摘要：为研究厚煤层综放开采工作面底板破坏特征,运用滑移线场理论,构建了靠近工作面超前支承压力影响的底板破坏深度计算模型,采用数值模拟分析了不同推进度下的覆岩破坏特征,采用瞬变电磁法,开展煤层底板破坏深度探测工作。研究结果表明,在考虑超前支承压力影响下工作面煤层底板最大破坏深度为28.15 m,在工作面达到充分采动时,上覆岩层破坏形态呈现出马鞍形,而煤层底板破坏呈现出勺形,采用瞬变电磁法获取的煤层底板破坏深度为35 m,且工作面回采后未出现异常突水现象,研究结果确保了工作面的安全回采。

摘要：在依据摩尔图解及断裂力学理论对底板卸荷突水破坏分析的基础上,运用损伤断裂力学并结合统一强度理论,建立了考虑渗透水压作用下分支裂纹端部形成的塑性区范围计算方程与岩体发生贯穿破坏时的损伤阀值。将裂纹扩展过程与岩体损伤耦合起来,确定了裂纹的损伤断裂能量计算公式并分析了其影响因素。结果表明:侧压系数λ=0.5时,最大主应力完全卸荷状态下裂纹端部应力强度因子比双轴应力状态下大,岩体易发生破坏。考虑了裂纹端部塑性区的影响,裂纹损伤断裂能量相比于不考虑其影响时偏大,增大了煤层底板突水的危险性。裂纹损伤断裂能量G_1与裂纹半长a、裂纹面连通面积与总面积之比α、裂纹面渗透水压p及最小主应力σ_3呈正相关,与裂纹面摩擦系数f及岩体的弹性模量E呈负相关。分析结果为底板突水破坏机制研究提供了一定的参考依据。

摘要：为分析深部采空区煤层底板滞后破坏特征,运用悬臂梁模型分析裂纹面间锁固段的变形破坏特征,通过试验分析岩样加载至塑性阶段后卸载再加载过程中的体积应变与偏应力的关系,结合煤层底板注水试验实测数据分析深部煤层底板岩体在采空区重新压实过程中的渗透性能变化。研究表明,裂纹面间锁固段变形破坏程度在采动剪切滑移和采动卸荷过程中逐渐增大;处于塑性状态的岩样在轴向应力卸载后再加载至卸载点81 MPa时,体积应变由0.00056增大至0.0011;现场实测发现距煤层底板18.19 m处的岩体在工作面推过测点3.6~15.8 m的过程中出现裂纹扩展、变形破坏,在工作面推过测点20.6~30.9 m过程中,底板岩体再次发生变形破坏,说明深部煤层底板在加载至塑性状态后卸荷并重新承载的过程中仍存在变形破坏可能性。

摘要：针对深部煤层底板变形破坏机制开展研究,构建了考虑原生裂纹面滑移变形和翼状裂纹扩展的断裂力学模型,推导出考虑裂纹滑移扩展变形的损伤因子理论公式,建立损伤劣化影响下有效承载应力相比于名义应力增长幅度表达式,分析其与相关影响因素的关系。研究结果表明,考虑损伤劣化影响情况下有效承载应力相比于名义应力的增长幅度与承压水压力、裂纹连通率、最大主应力、裂纹倾角、裂纹半长度呈正相关关系,与裂纹面摩擦系数、最小主应力、损伤劣化系数呈负相关关系。说明原生裂纹面长度的增加、偏应力的增大,加剧了岩体自身的损伤程度,增大了非损伤岩石的有效承载应力。通过注浆加固改造岩体裂纹面的摩擦系数,减小裂纹连通率和裂隙间水压力,有助于提升岩体的完整性,减小非损伤岩石的有效承载应力,提高煤层底板岩体的稳定性。

摘要：为了提高树脂锚杆无损检测的可靠性,从锚固体波导特征的角度出发,采用数值模拟与现场试验分析相结合的方式,通过建立锚固系统的数值模型,分析了应力波在端锚锚杆的传播过程;研发了锚杆无损检测仪,建立了树脂锚固体的相似试验模型,测试分析了锚杆在端锚和锚固不密实条件下的波系特征。结果表明:应力波在树脂锚固体的传播过程呈现一定的周期规律性,锚固段波速与锚固密实度之间近似呈线性关系,依据波导特性可以反演计算锚杆特征长度和锚固剂密实度。