水平应力对顶板跨落角的影响及应用

为得到水平应力对顶板垮落角的影响,进而确定高位抽采钻孔布孔参数,采用理论分析及相似材料模拟实验的方法进行了研究。首先依据基本顶断裂位置围岩结构力学模型,将顶板岩层假设为梁结构,得到单一岩梁在不同水平应力作用下的断裂线位置变化规律。然后将各岩梁的断裂线位置叠加组合,得到水平应力对垮落角发育的影响。为验证理论分析结果,以水平应力值为影响因素设计了三组不同水平应力值条件下的双向加载相似材料模拟实验,得到了不同水平应力值对应的垮落角。研究结果表明:顶板垮落角由各岩梁断裂线位置决定。地基系数较小时,断裂线与地基初始接触位置距离随水平应力的增加表现为先减小后增加,垮落角变化规律同样为先减小后增加,但减小不明显;当地基系数增加时,随水平应力增加,断裂线与地基初始接触位置的距离减小趋势逐渐消除,仅表现为增加趋势,垮落角变化同样表现为增加趋势。现场应用表明,采用双向加载模型得到的垮落角对钻孔布置参数进行优化,优化后钻场抽采浓度及高浓度抽采时间均得到提高。     

深孔预裂爆破注浆封孔材料力学特性实验

针对深孔预裂爆破注浆封孔材料配比选择问题,以水泥、速凝剂、水为注浆原料,开展不同材料配比、不同养护时间的单轴抗压强度实验,分析封孔长度与材料力学特性的关系。结果表明:不同配比深孔预裂爆破注浆材料的抗压强度范围为0.60~4.49MPa,最大弹性模量为0.527GPa;注浆材料的抗压强度和弹性模量与水灰比呈负相关关系,与速凝剂和水泥的比例(A/C)呈正相关关系;同一配比条件下,注浆材料抗压强度随养护时间增加而增大,6h后趋于平稳。计算得出封孔长度与材料抗压强度、侧压系数呈负相关关系。综合实验及分析得出,深孔预裂爆破施工中可选用水泥、速凝剂、水为1∶1∶1的比例配比封孔,封孔后养护6h放炮。     

采动过程中相似比变化影响因素分析及参数修正

采动作用下,相似模型设定的初始相似比会发生变化。为得到变化相似比的计算方法及影响因素,以相似材料及煤岩体仅发生弹塑性变形为前提条件,初步分析了这一阶段的应力、几何、渗透率相似比。研究表明,应力、几何、渗透率初始相似比在相似材料及煤岩体弹性变形阶段能够恒定不变的前提条件为:(1)泊松比相似比恒为1;(2)弹性模量相似比恒等于应力相似比。当模拟材料或实际煤岩体进入塑性阶段,或在弹性阶段不满足上述两条件时,需要依据公式修正相似比。同时开展采动渗透率变化相似材料模拟时,若要保证采动过程中渗透率相似比不变,在满足上述条件的基础上,还需要满足相似材料与实际煤岩体的初始孔隙度相等,否则需依据公式修正渗透率相似比。     

下分层不同层位千米钻孔稳定性研究

抽采钻孔的稳定性影响到抽采工程效果的好坏.采动作用下,位于底板下方不同层位千米钻孔的加卸载路径不同.为得到采动作用对不同层位钻孔稳定性的影响,分析了底板不同层位钻孔加卸载路径,依据该路径,设计十种数值模拟计算方案,对底板钻孔在不同速率加卸载、变速加卸载两种方式下的破坏范围、孔壁位移进行了分析,得到了加卸载结束后各方案对应的塑性区分布范围及加卸载过程中孔壁位移曲线.依据数值计算得到的卸载速率与形变恢复滞后性的关系,建立了考虑卸载速率变化的钻孔周边切应力计算模型.研究结果表明:加载速率对钻孔周边的破坏范围几乎不产生影响;卸载过程中,钻孔周边破坏范围与初始卸载应力及卸载速率相关,在进行底板顺层抽采钻孔布置时需综合考虑布孔位置处的应力值及卸载速率.