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Analysis on damage causes of built-in corridor in core rock-fill dam on thick overburden:A case study 被引量:1
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作者 Jia’ao YU Zhenzhong SHEN Zhangxin HUANG 《Frontiers of Structural and Civil Engineering》 SCIE EI CSCD 2022年第6期762-780,共19页
The stress state of the built-in corridor in core rock-fill dam on thick overburden is extremely complex,which may produce cracking and damage.The purpose of this paper was to investigate the effect of thick overburde... The stress state of the built-in corridor in core rock-fill dam on thick overburden is extremely complex,which may produce cracking and damage.The purpose of this paper was to investigate the effect of thick overburden on the stress and deformation of the built-in corridor in a rock-fill dam,and ascertain the damage causes of the corridor.The rationality of the analysis method for corridor with similar structure is another focus.The approach is based on finiteelement method and the calculation result accuracy is verified by the field monitoring data.The improved analysis method for corridors with similar structure is proposed by comparing various corridor load calculation methods and concrete constitutive models.Results demonstrate that the damage causes of the corridor are the deformability difference between the overburden and concrete and the special structural form.And the calculation model considering dam construction process,contact between concrete and surrounding soil,and concrete damage plasticity can reasonably reflect the mechanical behavior of the corridor.The research conclusions may have a reference significance for the analysis of tunnels similar to built-in corridors. 展开更多
关键词 thick overburden built-in corridor stress deformation causes for damage concrete damaged plasticity
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注浆影响下隧道渗流场及最小覆土厚度修正研究
2
作者 贾宝新 袁庆雷 《岩土力学》 北大核心 2026年第1期255-266,共12页
隧道最小覆土厚度是水下隧道施工中的关键参数。为了计算考虑注浆影响的隧道最小覆土厚度,基于镜像法和渗流力学理论,推导了水下隧道渗流场在注浆影响下的解析解,并结合日本最小渗流法对隧道最小覆土厚度的计算进行修正。通过公式退化... 隧道最小覆土厚度是水下隧道施工中的关键参数。为了计算考虑注浆影响的隧道最小覆土厚度,基于镜像法和渗流力学理论,推导了水下隧道渗流场在注浆影响下的解析解,并结合日本最小渗流法对隧道最小覆土厚度的计算进行修正。通过公式退化和室内相似模拟试验,验证了理论解析解的正确性。基于此解,探讨了注浆相对渗透系数、注浆范围、水深等参数对解的影响。研究表明:在不同埋深比条件下,衬砌外水压力随水深增加呈线性增长;埋深比越小,水深变化对衬砌外水压力的敏感性越高;提高注浆圈的抗渗性比单纯增大其注浆范围更能有效降低隧道渗流量,特别是在1~3 m注浆范围内控制效果尤为显著;未实施注浆时,隧道覆土厚度对水深变化更为敏感,提升注浆材料抗渗性可有效减少水深的影响;对于高风险隧道,建议采用高抗渗性注浆材料,注浆厚度可扩展至5 m以上。而常规工程中,1~3 m的注浆范围为优选,以实现安全性与成本的平衡。 展开更多
关键词 隧道工程 渗流场 覆土厚度 注浆圈 室内模型试验
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“三软”厚煤层开采覆岩多层位离层注浆减沉技术及应用 被引量:5
3
作者 郭文兵 吴东涛 +3 位作者 郭明杰 胡玉杭 杨伟强 王比比 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期1-12,共12页
采动覆岩离层注浆中注浆层位精准识别及保护层厚度合理确定,对防治地表沉陷、保护地表建(构)筑物具有重要意义。为了实现覆岩多层位离层精准注浆减沉,基于组合梁理论改进了离层位置判别方法,确定了覆岩多层位离层注浆充填位置;通过弹性... 采动覆岩离层注浆中注浆层位精准识别及保护层厚度合理确定,对防治地表沉陷、保护地表建(构)筑物具有重要意义。为了实现覆岩多层位离层精准注浆减沉,基于组合梁理论改进了离层位置判别方法,确定了覆岩多层位离层注浆充填位置;通过弹性薄板理论,建立了覆岩离层注浆保护层采动岩体结构力学模型;构建了覆岩多层位离层注浆充填空间的等效模型,并根据注浆空间上位岩层和下位岩层破断规律,给出了充填空间的最小和最大总体积;采用概率积分法并结合地表实际监测结果,评价了“三软”厚煤层覆岩多层位离层注浆效果,并对郑州矿区裴沟煤矿22151工作面开展了实例分析。结果表明:钻孔窥视验证了多层位离层注浆位置的准确性,在距煤层152.6 m中粒砂岩底部和距煤层168.6 m处细粒砂岩下方之间成功实施覆岩多层位离层注浆;工作面在开采厚度为7.1 m时,保护层厚度为25.2 m能够实现覆岩离层注浆工作的安全实施;理论计算注浆量为9.5×10^(4)~14.7×10^(4)t,实际工程注浆量约为13.3×10^(4)t,注采比约为0.41;采用覆岩多层位离层注浆开采后,地表最大下沉量为649.8 mm,大部分民房处地表最大水平变形值处于Ⅰ级损害程度内;覆岩多层位离层注浆开采地表沉陷控制效果显著,减沉率约77.91%。 展开更多
关键词 “三软”厚煤层 软硬交互覆岩 覆岩离层 多层位注浆 保护层 沉陷控制
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尼日利亚伟晶岩型稀有金属找矿方法研究与应用
4
作者 王建青 洪文武 +5 位作者 赵振华 王鹏飞 李松彬 杨召鹏 黄小军 吴晓飞 《中国矿业》 北大核心 2025年第S2期832-838,共7页
尼日利亚拥有丰富的伟晶岩型稀有金属矿产资源,然而矿床通常规模较小、形态复杂、覆盖厚,找矿难度大,是研究区找矿需要突破的重要难题。研究突破单一找矿方法局限,利用有效地物化综合信息的找矿组合来实现找矿突破,为区域伟晶岩型稀有... 尼日利亚拥有丰富的伟晶岩型稀有金属矿产资源,然而矿床通常规模较小、形态复杂、覆盖厚,找矿难度大,是研究区找矿需要突破的重要难题。研究突破单一找矿方法局限,利用有效地物化综合信息的找矿组合来实现找矿突破,为区域伟晶岩型稀有金属找矿提供参考。收集研究区域资料完成选区选片,通过路线地质调查来发现伟晶岩脉线索,辅以土壤地球化学剖面测量和激电中梯测量、音频大地电磁测深等方法进一步确定伟晶岩脉的形态与规模等,为钻探工程部署提供依据,钻探验证深部发现工业锂、铌钽矿体。综合找矿方法的成功应用对区域找矿方向具有一定指示意义,为今后在尼日利亚寻找伟晶岩型矿床具有重要的借鉴作用和推广意义。 展开更多
关键词 尼日利亚 伟晶岩 稀有金属矿 厚覆盖区 综合找矿
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厚硬覆岩层裂隙-能量链式致灾机制与推进速度阈值优化
5
作者 单鹏飞 李根 +6 位作者 来兴平 段红飞 许慧聪 李杰宇 杨珂 惠聪 蔡咏航 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第9期292-307,共16页
西部井工矿井具有一次采出厚度大、工作面长度长、回采巷道断面大和工作面推进速度快的特点,持续增加的推进速度不仅波及采动裂隙发育扩展,显著影响矿区水资源赋存环境,更易级联诱发厚硬覆岩层弹性能的“高积—突释”,导致巷道围岩持续... 西部井工矿井具有一次采出厚度大、工作面长度长、回采巷道断面大和工作面推进速度快的特点,持续增加的推进速度不仅波及采动裂隙发育扩展,显著影响矿区水资源赋存环境,更易级联诱发厚硬覆岩层弹性能的“高积—突释”,导致巷道围岩持续性大变形、冲击地压、矿震等复合动力灾害频发,亟待揭示西部矿区复合动力灾害发生演化机制的推进速度效应,确定减损控灾合理推进速度阈值。以陕西榆横矿区小纪汗煤矿为工程背景,采用理论分析、试验研究与数值计算等方法,分析现有推进速度下厚硬覆岩层运移状态、反演厚硬覆岩层能量积释事件;研究不同推进速度下厚硬覆岩层“能量-裂隙”级联机制,揭示不同推进速度下开采全周期裂隙组网规律,量化裂隙发育高度、空间分布密度、覆岩损伤比等指标参数与推进速度关系。结果表明:推进速度是促进区域裂隙发育扩展与诱发厚硬覆岩动力事件的主控因素,12m/d推进速度下裂隙扩展区域较大且厚硬覆岩层能量集中现象显著;随着推进速度的增加,裂隙发育高度降低,应力集中区范围减小,峰值应力向工作面端头迁移,动力灾害发生风险增大;厚硬覆岩层能量积聚区沿应力集中区迹线且滞后应力集中区迁移,采动裂隙在岩体释能影响下快速扩展,裂隙与能量间存在链式关联,裂隙带可进一步细化为中部“压实区”与两端“裂隙集中区”,“压实区”裂隙主要经历萌生—发育—贯通—闭合4个阶段,裂隙密度随工作面推进距离增加呈现先上升后下降的变化趋势;覆岩损伤比随推进速度增加持续降低。综合考虑不同推进速度下岩体积能诱灾风险、裂隙发育和覆岩损伤比,确定小纪汗煤矿减损控灾合理推进速度阈值为12~15m/d。 展开更多
关键词 厚硬覆岩 复合动力灾害 推进速度阈值 采动裂隙 能量积释
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薄基岩工作面覆岩破坏电性响应特征及动态监测技术
6
作者 章俊 刘盛东 +3 位作者 杨彩 陈歌 方金伟 董亚 《煤炭学报》 北大核心 2025年第11期5068-5081,共14页
厚松散层薄基岩开采易导致工作面与松散含水层沟通,造成严重威胁煤矿生产安全的突水溃砂事故,亟需准确获取覆岩破坏发育情况。因此,以河南焦作矿区16041典型薄基岩工作面为研究对象,利用采动力学数值模拟、电法相似物理模拟与现场监测,... 厚松散层薄基岩开采易导致工作面与松散含水层沟通,造成严重威胁煤矿生产安全的突水溃砂事故,亟需准确获取覆岩破坏发育情况。因此,以河南焦作矿区16041典型薄基岩工作面为研究对象,利用采动力学数值模拟、电法相似物理模拟与现场监测,开展薄基岩工作面覆岩破坏电性响应特征及动态监测技术研究。采动力学数值模拟和电法相似物理模拟结果清晰呈现了垮落带、导水裂隙带发育规律及典型响应特征。现场监测首先采用井下三维并行电法技术获取工作面基岩厚度三维空间分布形态,指导监测孔选址于停采线附近;进而利用并行电法远程监测系统,实现激励电场与自然电场的主被动地电参数同步采集。面对监测钻孔在基岩界面附近成孔性差导致监测高度不足的问题,提出融合超前探的视电阻率变化率动态成像技术,将有效监测高度延拓至75 m,突破钻孔物理盲区限制,并通过全空间反演交叉验证可靠性。现场监测结果表明:垮落带于随采监测中期压实稳定,实测高度18.5 m,止于二_1煤层顶板上方砂质泥岩层内;导水裂隙带随开采推进持续向上扩展,后期达最大高度46 m,贯穿整个薄基岩层并延伸至第四系松散黏土层底部,可能形成直接沟通含水层的突水风险通道。厚松散层薄基岩覆岩采动破坏电性演化特征表现为,覆岩破坏的超前损伤可造成电场分布改变,回采位置刚触及电法监测区域时(电法监测区未有明显的覆岩破坏),视电阻率呈现整体升高;强扰动区对应于垮落带,视电阻率变化最大,其呈现出中期稳定的特征;弱扰动区对应于导水裂隙带,视电阻率变化弱于垮落带,其发育范围清晰,发育过程呈现后期稳定的情况,符合采动覆岩破坏中期垮落压实稳定、后期导裂向上扩展的阶段性规律。构建的“采前静态探测(三维电法查明基岩厚度)-采中动态监测(钻孔超前探测延拓盲区)”技术模式,可解决薄基岩工作面覆岩破坏监测现场难题,实践证实该模式能够有效揭示垮落带与导水裂隙带的发育高度、空间形态特征,并有助于评估潜在的突水风险,为华东地区类似水文地质条件煤矿防治水及安全回采提供了关键技术支撑。 展开更多
关键词 厚松散层薄基岩 覆岩破坏 电性响应 动态监测 突水溃砂风险
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古河槽深厚覆盖层渗流-潜蚀耦合试验及3D数值模拟研究
7
作者 周伟 王婷 +2 位作者 张博 何亚宁 杨莹 《西北水电》 2025年第2期94-106,共13页
深厚覆盖层内大量的堆积散粒体中渗流-潜蚀问题非常突出,严重限制了水电工程的选址、施工与安全运营。然而,目前对覆盖层土体的渗流-潜蚀演化性态认识不足,对防渗墙局部失效情况下的潜蚀发展机制研究不够充分。为了研究深厚覆盖层土体... 深厚覆盖层内大量的堆积散粒体中渗流-潜蚀问题非常突出,严重限制了水电工程的选址、施工与安全运营。然而,目前对覆盖层土体的渗流-潜蚀演化性态认识不足,对防渗墙局部失效情况下的潜蚀发展机制研究不够充分。为了研究深厚覆盖层土体的渗流-潜蚀问题对实际工程的影响,以位于西藏自治区易贡藏布江下游的某水电站为研究对象,其右岸存在埋藏深厚的冰水堆积物(Q_(3)^(fgl))透水层,对右岸存在绕坝渗漏及潜蚀问题进行研究,基于自行研制的覆盖层大型土体渗流-潜蚀耦合实验仪,揭示了渗流-潜蚀过程中细粒流失的动态演化过程,建立了Q_(3)^(fgl)透水层渗流-潜蚀本构关系,采用有限元方法分析了帷幕有局部缺陷条件下的渗流场、潜蚀范围及渗漏量的发展过程。研究成果对深厚覆盖层坝址区库坝渗漏定量化研究及长期稳定性具有重要意义。 展开更多
关键词 深厚覆盖层 渗流-潜蚀 冰水堆积物 渗漏量
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巨厚覆岩诱导的采动效应及冲击地压发生机制 被引量:5
8
作者 唐忠义 王睿智 +6 位作者 王桂峰 闫立恒 曹安业 张惟昭 李宏维 范志强 冯淦 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2025年第1期117-125,共9页
从高家堡煤矿盘区开采期间微震活动、地表岩移规律、CT反演采动应力等角度,研究巨厚覆岩关键层下的采动效应,分析巨厚关键层采动诱冲的动静载力源。结合数值模拟,分析采动应力和构造对巷道冲击临近条件的影响,研究巨厚覆岩关键层下冲击... 从高家堡煤矿盘区开采期间微震活动、地表岩移规律、CT反演采动应力等角度,研究巨厚覆岩关键层下的采动效应,分析巨厚关键层采动诱冲的动静载力源。结合数值模拟,分析采动应力和构造对巷道冲击临近条件的影响,研究巨厚覆岩关键层下冲击地压发生机制。研究表明:巨厚坚硬岩层长期悬跨是导致工作面冲击地压灾害发生的主导因素;随着开采区域面积的逐渐增大,各个顺序回采工作面的煤体应力逐渐升高,尤其是褶曲附近煤体应力增大更为突出;在高静载应力作用下,回采过程中的矿震对围岩应力环境产生较小动载扰动时,就会存在动静载叠加诱发冲击的可能性;细观模拟发现越高的静载应力水平,巷道发生破坏的动载临界条件越低;垂直应力和构造水平应力增大时,较小的动载强度即可诱发巷道瞬间发生冲击破坏,且冲击破坏程度随着动载强度升高而增大。研究成果对指导类似条件下的冲击地压防治和矿井安全生产具有重要意义。 展开更多
关键词 冲击地压 微震活动 巨厚覆岩 采动效应 动静载力源
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深厚覆盖层压实黄土的渗透与变形特性 被引量:1
9
作者 冯一诺 卢正 +2 位作者 李新平 姚海林 赵阳 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第7期2859-2867,共9页
为了探究甘肃地区深厚覆盖层黄土作为坝基持力层的工程特性,通过室内试验与工程验证相结合的方法分析其渗透与变形特性。首先,开展变水头渗透试验、湿化变形试验和固结试验,获取了不同干密度下黄土的渗透系数、湿化变形系数及压缩模量;... 为了探究甘肃地区深厚覆盖层黄土作为坝基持力层的工程特性,通过室内试验与工程验证相结合的方法分析其渗透与变形特性。首先,开展变水头渗透试验、湿化变形试验和固结试验,获取了不同干密度下黄土的渗透系数、湿化变形系数及压缩模量;其次,建立了考虑干密度-上覆荷载耦合作用的湿化变形和压缩变形的预测模型;最后,通过白银抽水蓄能电站工程案例,提出了满足工程长期稳定性的控制标准及施工技术体系。研究结果表明:压实黄土的渗透系数与干密度之间大致呈指数负相关,当干密度达到1.72 g/cm^(3)时,其渗透系数逐渐趋于稳定;当压实黄土的干密度大于1.77 g/cm^(3)时,其湿化变形系数小于0.015;相比于天然状态和天然含水率下压实的黄土,最优含水率下压实的黄土压缩模量分别提高了近30倍和3倍;当深厚覆盖层黄土干密度提高至1.80 g/cm^(3)时,其湿化变形量和压缩变形量都控制在30 cm以内,满足其作为坝基持力层的长期稳定性要求。建议将深厚覆盖层黄土先进行增湿预处理,并控制其在最优含水率下进行密实,可实现坝基持力层长期稳定。 展开更多
关键词 深厚覆盖层 压实黄土 渗透系数 湿化变形 压缩模量
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厚及特厚煤层开采煤层大巷失稳机理及控制研究 被引量:3
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作者 蒋邦友 李文帅 +2 位作者 张宇 姜良金 任思安 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2025年第2期333-344,共12页
为解决厚及特厚煤层开采煤层大巷稳定性控制难题,采用室内试验、现场实测及监测反馈的方法,研究硫磺沟煤矿厚及特厚煤层采动影响下煤层大巷失稳机理,并提出煤层大巷稳定性控制方案。结果表明,4-5煤开采期间超前测点应力在距离煤壁125 m... 为解决厚及特厚煤层开采煤层大巷稳定性控制难题,采用室内试验、现场实测及监测反馈的方法,研究硫磺沟煤矿厚及特厚煤层采动影响下煤层大巷失稳机理,并提出煤层大巷稳定性控制方案。结果表明,4-5煤开采期间超前测点应力在距离煤壁125 m左右时进入显著增长阶段。9-15煤开采期间,位于4-5煤采空区下方测点应力值整体处于较低水平,而位于4-5煤层采空区下方外侧的测点应力在距离煤壁175 m左右时进入显著增长阶段。厚及特厚煤层开采后,煤层大巷附近位于“应力拱”拱脚区域,多次开采扰动后,煤层大巷区域容易出现支承压力升高继而发生失稳破坏。提出煤层大巷稳定性协同控制方案,包括优化大巷保护煤柱宽度不小于180 m、顶板岩层爆破卸压以及煤层大巷补强支护。现场实践表明,该方案能较好地控制煤层大巷稳定性。 展开更多
关键词 厚及特厚煤层 煤层大巷 覆岩特征 应力分布 失稳机理 稳定性控制
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TBM掘进硬岩隧道最小安全覆岩厚度数值模拟研究——以穗莞深城际铁路西宝区间隧道掘进为例
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作者 梁晓亮 杨宇 +1 位作者 刘伟 鄢海涛 《科技和产业》 2025年第11期40-46,共7页
采用TBM(隧道掘进机)在硬岩中掘进需要一定的安全覆岩厚度以保持围岩自稳,但安全覆岩厚度过大会增加隧道设计总长度,造成造价上升。因此,研究TBM掘进硬岩隧道最小安全覆岩厚度具有重大工程意义。依托穗莞深城际铁路西乡站—宝安站双模... 采用TBM(隧道掘进机)在硬岩中掘进需要一定的安全覆岩厚度以保持围岩自稳,但安全覆岩厚度过大会增加隧道设计总长度,造成造价上升。因此,研究TBM掘进硬岩隧道最小安全覆岩厚度具有重大工程意义。依托穗莞深城际铁路西乡站—宝安站双模盾构隧道工程案例,通过数值模拟研究不同围岩等级参数下最小安全覆岩厚度的变化规律。结果表明:当采用拱顶位移法模拟时,如果隧道围岩等级为Ⅱ级或Ⅲ级,软土厚度为隧道直径的0~3倍,那么最小安全覆岩厚度则为隧道直径的0.2~1.2倍。当采用压力拱法模拟时,如果覆岩等级为,Ⅱ级或Ⅲ级,软土厚度为隧道直径的1~3倍,最小覆岩厚度与埋深的比值随着硬岩厚度增加呈现先增大后减小趋势,比值最大为0.39;覆岩等级为Ⅳ级、软土厚度为隧道直径的1~3倍时,最小覆岩厚度与埋深比值始终随着硬岩厚度增加而减小,比值最大为0.42。研究结论可为TBM安全掘进硬岩隧道提供工程指导。 展开更多
关键词 最小安全覆岩厚度 TBM(隧道掘进机) 压力拱 数值模拟
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采动应力场下巨厚覆岩层分区水压致裂关键技术 被引量:1
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作者 张晓悟 徐金海 +4 位作者 曹悦 温双武 许志军 台连海 孙垒 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2025年第5期1076-1089,共14页
针对巨厚覆岩层导致采场矿山压力大,矿压显现明显的问题,采用数值模拟和相似实验方法,分析了不同回采阶段巨厚覆岩层内各关键岩层采动应力场分布特征,对比研究了正常回采和预制裂隙回采条件下采场巨厚覆岩层破断运移特征,提出了基于定... 针对巨厚覆岩层导致采场矿山压力大,矿压显现明显的问题,采用数值模拟和相似实验方法,分析了不同回采阶段巨厚覆岩层内各关键岩层采动应力场分布特征,对比研究了正常回采和预制裂隙回采条件下采场巨厚覆岩层破断运移特征,提出了基于定向钻孔的采动应力场下巨厚覆岩层分区水压致裂关键技术。研究表明:回采期间,受采动支承压力影响,巨厚覆岩层内垂直应力逐渐超过水平应力;在巨厚覆岩层应力集中区和原岩应力区进行水压致裂能够分别制造竖直和水平水力裂隙;预制裂隙能够改变巨厚覆岩层破断形式,增加上覆岩层垮落高度。工程实践表明,采动应力场下巨厚覆岩层分区水压致裂能够有效减小工作面来压步距,降低工作面支架阻力,为工作面安全生产提供保障。 展开更多
关键词 巨厚覆岩层 采动应力场 预制裂隙 分区致裂 定向钻孔
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特厚煤层覆岩裂隙−渗流区域演化规律及工程应用 被引量:2
13
作者 孔祥国 赵天烁 +7 位作者 林海飞 赵鹏翔 王旭 蔡雨初 季鹏飞 和递 李可 徐传玉 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第1期102-113,共12页
【目的和方法】覆岩结构对卸压瓦斯抽采有重要影响,为探究特厚煤层开采过程中上覆岩层瓦斯运移规律,采用物理相似性模拟实验方法分析覆岩裂隙形态和渗流能力演化规律,研究特厚煤层覆岩裂隙−渗流特征区域演化机理,提出特厚煤层覆岩裂隙−... 【目的和方法】覆岩结构对卸压瓦斯抽采有重要影响,为探究特厚煤层开采过程中上覆岩层瓦斯运移规律,采用物理相似性模拟实验方法分析覆岩裂隙形态和渗流能力演化规律,研究特厚煤层覆岩裂隙−渗流特征区域演化机理,提出特厚煤层覆岩裂隙−渗流特征区域识别方法,依据该识别方法在实验工作面进行定向钻孔抽采实践。【结果和结论】结果表明:(1)覆岩中间区域离层量和裂隙密度分别为两侧区域的47%和31%,呈现中间低两边高的分布模式。开采初期,覆岩的裂隙−渗流特征在空间分布具有同步性,随着工作面进一步推进,覆岩受到不同程度的采动影响,覆岩逐渐开始分区演化,中间区域裂隙−渗流特征明显小于四周,两侧区域则随着层位的增加而递减,裂隙率、裂隙熵、连通性系数和渗透率范围分别为1.0%~8.5%、0.15~0.90、0.10~0.65和6.34×10^(−9)~7.78×10^(−7) m^(2)。(2)基于覆岩裂隙和渗流能力对瓦斯运移的影响,将覆岩分为4个区域,分别是低位湍流区、中位压实区、中位过渡区和高位恒流区,基于裂隙率、裂隙熵、连通性系数和渗透率在不同区域的时空演化规律,建立特厚煤层覆岩裂隙−渗流特征区域演化模型和判定流程。(3)根据覆岩裂隙−渗流特征区域演化模型,分析中位过渡区和高位恒流区为抽采优势层位,设计钻孔垂距为6~25 m,将钻孔抽采纯量随时间的变化过程分为初始波动阶段、快速增长阶段和缓慢下降阶段,回采期间工作面甲烷体积分数均小于1%,工程实践效果良好,验证了方法的可行性和定向钻孔布置的合理性。研究结果为瓦斯抽采钻孔参数的优化和煤层瓦斯治理提供一定的理论指导。 展开更多
关键词 特厚煤层 上覆岩层 裂隙−渗流特征 钻孔布置 瓦斯治理
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西部矿区特大采高工作面覆岩破断运移全周期动态演化特征 被引量:1
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作者 任赵鹏 樊柏强 +4 位作者 程聚豪 李晓斌 李全生 张村 韩鹏华 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第4期648-660,共13页
为探索西部矿区特大采高工作面覆岩的损伤破断结构特征及运动规律,以上湾煤矿8.8 m特大采高工作面为背景,采用现场实测、物理模拟等方法研究中等埋深、厚覆岩地质特征和固有采动损伤条件下覆岩破断垮落过程及其时空演化规律。结果表明:... 为探索西部矿区特大采高工作面覆岩的损伤破断结构特征及运动规律,以上湾煤矿8.8 m特大采高工作面为背景,采用现场实测、物理模拟等方法研究中等埋深、厚覆岩地质特征和固有采动损伤条件下覆岩破断垮落过程及其时空演化规律。结果表明:覆岩破坏高度随工作面推进呈现“台阶式”上升的演化过程,揭示特殊地质条件下特大采高工作面覆岩的“三带”破断模式以及主控岩层上方组合厚软岩层缓冲层对采动损伤的抑制作用;基本顶以“切落体”形式垮落于采空区,而主关键层则形成“砌体梁”结构;覆岩以“协同下沉组”形式破断沉降,且不同层位岩层沉降量随埋深减小而减小,地表随厚软岩层的弯曲下沉形成均匀沉降,下沉系数达0.58。 展开更多
关键词 特大采高 厚覆岩 覆岩破断 采动损伤传导
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薄至中厚煤层群矿区采动卸压煤层气抽采井优化设计 被引量:2
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作者 徐昂 桑树勋 +6 位作者 周效志 韩思杰 陈捷 冯云飞 娄毅 颜智华 高为 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第3期385-399,共15页
利用煤层气井对采煤过程中邻近煤层卸压煤层气抽采是一种高效的瓦斯综合治理与煤层气开发手段。查明采动覆岩应力−裂隙场演化特征,并据此开展煤层气井优化设计是提高卸压煤层气抽采效率的关键。以黔西山脚树煤矿221015工作面为工程场景... 利用煤层气井对采煤过程中邻近煤层卸压煤层气抽采是一种高效的瓦斯综合治理与煤层气开发手段。查明采动覆岩应力−裂隙场演化特征,并据此开展煤层气井优化设计是提高卸压煤层气抽采效率的关键。以黔西山脚树煤矿221015工作面为工程场景和实例,基于地质−工程模型构建与工程数据分析,阐明了覆岩层内及层间应力演化特征,探讨了覆岩裂隙与增渗区分布形态,优化了煤层气井井位部署、井身结构设计及增产措施。研究表明:研究区煤系岩石力学性质频繁强弱交互的地质特征提高了卸压煤层气抽采效果。关键层逐次破断后,工作面上方5~20 m层段为贯通裂隙带,带内富集的大量游离态甲烷可跨层运移产出,为煤层气井主气源带。工作面上方20~45 m层段属弯曲下沉带内微裂隙发育带,具有近2000 m^(3)/d的单层煤产气潜力。该带卸压煤层气以层内运移为主,并积聚了裂隙带煤层气。压实区沿工作面走向的边界切线、压实区沿工作面走向的边界切线与回风巷间的中轴线、裂隙区边界线围成的区域是最有利的井位部署位置。采用高强度水泥固井与扩孔完井的“二开”井或采用筛管悬挂完井的“三开”井井筒稳定性好,可保障煤层气井长期抽采工作。优化方案为黔西地区煤矿采动区卸压煤层气抽采井日产气35000 m^(3)的突破提供了技术支撑,显著减弱了工作面瓦斯突出风险。基于多层叠置含煤层气系统的地质特点,“合层压裂排采+采动卸压抽采”的“一井多用”模式可作为“提产增效”的重点研究方向。 展开更多
关键词 薄至中厚煤层群 采动区 覆岩“三带”分布 煤层气井优化设计
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黄土地区盾构隧洞下穿河流段最小覆层厚度研究
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作者 王瑜 刘帅 +2 位作者 赵玮 佘磊 陆丽 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第9期196-201,206,共7页
黄土台塬区引水隧洞建设中不可避免地遇到下穿河问题。现有最小覆层理论计算仅考虑其中的单个或几个因素,忽视了所有潜在因素的叠加影响,且针对黄土地区盾构隧洞下穿河流段的最小覆层厚度研究鲜有报道。提出了综合考虑环间螺栓摩擦力、... 黄土台塬区引水隧洞建设中不可避免地遇到下穿河问题。现有最小覆层理论计算仅考虑其中的单个或几个因素,忽视了所有潜在因素的叠加影响,且针对黄土地区盾构隧洞下穿河流段的最小覆层厚度研究鲜有报道。提出了综合考虑环间螺栓摩擦力、注浆压力、周围岩土体摩阻力和不均匀地应力的最小覆层厚度理论计算公式,建立了工程类比-理论计算-有限元数值分析的最小覆层厚度确定体系。以宝鸡峡灌区塬边渠道除险加固改造工程为例,验证了该方法的有效性和适用性。研究结果表明:考虑有利因素和不利因素叠加效应的最小覆层厚度计算结果更加合理,得到了下穿金陵河段的最小安全覆层厚度为8 m左右。 展开更多
关键词 下穿河流隧洞 最小覆层厚度 工程类比 理论计算 数值分析
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高位厚硬岩层破断力学机制分析
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作者 林韩祥 冯雪峰 +5 位作者 张强勇 段抗 张修峰 刘传成 陈长鹏 赵钰 《岩土力学》 北大核心 2025年第4期1264-1277,共14页
煤炭是我国的主体能源,是国民经济的压舱石。内蒙古石拉乌素矿区因其特有的高位厚硬岩层赋存特征使得大能量矿震频发,严重制约着煤炭安全开采。大能量矿震的诱因是高位厚硬岩层破断,因此探明不良地质条件下高位厚硬岩层破断的力学机制... 煤炭是我国的主体能源,是国民经济的压舱石。内蒙古石拉乌素矿区因其特有的高位厚硬岩层赋存特征使得大能量矿震频发,严重制约着煤炭安全开采。大能量矿震的诱因是高位厚硬岩层破断,因此探明不良地质条件下高位厚硬岩层破断的力学机制已成为亟待解决的科技难题。以石拉乌素煤矿1206A工作面和1208工作面为研究背景,在Reissner厚板理论的基础上,考虑自重应力场的影响,推导了四边固支厚板的挠度、转角、剪力、弯矩和最大拉应力的解析计算公式;考虑水平地应力场及其转移的影响,建立了高位厚硬岩层破断判据,并基于MATLAB平台编制了厚硬覆岩初次破断步距的计算程序。最终,依托该程序系统研究了工作面宽度、覆岩厚度以及上覆荷载对厚硬覆岩初次破断步距的影响规律。 展开更多
关键词 大能量矿震 高位厚硬岩层 Reissner厚板理论 水平地应力转移 破断判据
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厚覆盖区磁铁矿空-地-井协同勘查技术体系 被引量:2
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作者 吴成平 于长春 +4 位作者 张迪硕 熊盛青 朱裕振 侯征 高秀鹤 《地质通报》 北大核心 2025年第6期1164-1173,共10页
【研究目的】厚覆盖区磁铁矿勘查作为深部找矿的重要内容,工作程度低、矿体引起的异常信号弱、找矿难度大,亟待探索形成一套行之有效的勘查技术体系。【研究方法】运用空-地-井多维度、多方法勘查手段,采用远景区-航空物探-地面物探及... 【研究目的】厚覆盖区磁铁矿勘查作为深部找矿的重要内容,工作程度低、矿体引起的异常信号弱、找矿难度大,亟待探索形成一套行之有效的勘查技术体系。【研究方法】运用空-地-井多维度、多方法勘查手段,采用远景区-航空物探-地面物探及验证孔-空地井联合反演-钻探逐级逼近的多元信息工作方法,使用空-地-井地球物理勘查技术、综合地质找矿信息提取方法、岩性构造填图及靶区圈定、基于多元信息的航空重磁联合反演、三维地质-地球物理建模等关键技术。【研究结果】针对厚覆盖区找矿特点,建立了厚覆盖区磁铁矿空-地-井协同勘查技术体系,在山东齐河地区应用,提升了找矿效果,实现了富铁矿找矿突破。【结论】该技术体系发挥了空-地-井协同勘查优势,为厚覆盖区磁铁矿勘查提供了理论和技术支撑,也为厚覆盖区寻找其他类型矿床提供参考。 展开更多
关键词 厚覆盖区 技术体系 航空重磁 矿产勘查工程 磁铁矿
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基于广域电磁技术的厚覆盖区干热岩大深度压裂监测可行性研究
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作者 高士银 王军成 +1 位作者 李琳 孙瑛 《工程地球物理学报》 2025年第6期675-683,共9页
针对厚覆盖区低电阻率环境对电磁信号的屏蔽效应及大深度(>3000 m)压裂监测的技术难题,本研究创新性地采用广域电磁技术,通过数值模拟与现场验证相结合的方法,系统地评估了该技术在干热岩储层改造监测中的适用性。基于厚覆盖区地质... 针对厚覆盖区低电阻率环境对电磁信号的屏蔽效应及大深度(>3000 m)压裂监测的技术难题,本研究创新性地采用广域电磁技术,通过数值模拟与现场验证相结合的方法,系统地评估了该技术在干热岩储层改造监测中的适用性。基于厚覆盖区地质资料建立地质模型,采用积分方程法模拟分析表明:在压裂深度近5000 m、压裂段厚度100 m条件下,当收发距15 km、电流150 A、发射极距3000 m、接收极距100 m时,可获得信号强度>100μV、异常幅值>10%的显著响应;特别地,压裂液导致目标层电阻率从1000Ω·m降至10Ω·m时,异常幅值达±25%。现场实测数据显示,压裂改造区电阻率异常幅值最高达30%,有效地圈定了压裂液波及范围。本研究证实了广域电磁技术在厚覆盖区、大深度压裂监测中的可行性,为实际工程应用提供了理论依据与技术支撑。 展开更多
关键词 干热岩 压裂监测 广域电磁法 厚覆盖区 大深度 数值模拟
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软硬互层覆岩结构影响卸压瓦斯运–储区交叉融合的厚度比效应 被引量:2
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作者 赵鹏翔 裴文博 +5 位作者 李树刚 林海飞 卓日升 常泽晨 邵秋冬 马晓川 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期163-177,共15页
为掌握软硬互层覆岩结构影响卸压瓦斯运–储区交叉融合的厚度比效应,以不同厚度比的软硬互层覆岩结构为试验对象,利用二维物理相似模拟试验平台,开展软硬互层覆岩结构裂隙演化及破断机制试验,并结合分形理论定量描述软硬互层覆岩结构裂... 为掌握软硬互层覆岩结构影响卸压瓦斯运–储区交叉融合的厚度比效应,以不同厚度比的软硬互层覆岩结构为试验对象,利用二维物理相似模拟试验平台,开展软硬互层覆岩结构裂隙演化及破断机制试验,并结合分形理论定量描述软硬互层覆岩结构裂隙分布特征,根据采动覆岩椭抛带理论,同时引入回转角、贯通度、裂隙率等特征参数,研究软硬互层覆岩结构瓦斯运移区和储集区交叉融合动态变化特征受软硬互层结构厚度比的影响。试验结果表明:瓦斯的运–储区内外边界和运–储交界分别位于分形维数、裂隙贯通度、破断回转角与裂隙率的突变区域,运移区破断回转角大于2.07°,储集区破断回转角为1°~2.07°。瓦斯运移区和储集区破断裂隙贯通度分别为0.6~1.0和0.2~0.6;根据瓦斯运–储区裂隙率、回转角、贯通度的变化,确定瓦斯运移区、储集区与交叉融合区边界,裂隙率、回转角、贯通度呈现先快速减小,后减小速率明显减缓,最后减小速率再次增大的趋势;软硬互层覆岩经历运–储区开始形成、运移区与储集区首次出现、交叉融合区初次形成、交叉融合区扩大、运–储区与交叉融合边界逐渐模糊5个时期,最终形成完整的椭圆抛物带状的覆岩裂隙场;建立软硬互层覆岩结构瓦斯运–储区厚度比效应量化表征模型,同时根据瓦斯运–储区表征参数确定其边界及状态判定流程,确定软硬互层覆岩结构上覆岩层裂隙演化及破断机制。 展开更多
关键词 软硬互层 瓦斯运–储区 交叉融合 厚度比效应 覆岩裂隙
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