特厚第四纪覆盖层井壁断裂机理分析与处理

一、特厚第四系覆盖层内井壁破裂机理分析与治理（论文文献综述）

武智勇^[1]（2021）在《冀北山地采空塌陷区地质灾害模式及致灾机理》文中指出山地老采空区地面移动变形破坏是地面建筑的主要威胁,因此,如何保证城市建设不受采空区的影响、确保地面建筑的安全性显得极为重要。本文以冀北山地鹰手营子矿区为例,综合采用资料收集、野外地质调查、原位监测、室内试验、数值模拟和理论分析等多种方法和技术手段,对山地老采空区地面地质灾害机理及场地适应性进行分析和评价,取得了如下研究成果:（1）依据冀北山地鹰手营子矿区煤矿开采引起的山地地质灾害的形成机理和分布特征,将山地煤矿老采空区场地破坏致灾模式划分为四类:滑动式致灾模式、拉张式致灾模式、沉陷式致灾模式和垮塌式致灾模式。这四类场地破坏模式分别受控于研究区岩石类型及性质、煤层的倾角、断层和地形及第四系松散层。（2）设计并进行了采空区不同岩性冒落物压实蠕变试验,揭示了老采空区冒落破碎岩石的压实蠕变结构变化过程特征。采空区冒落物压实试验表明破碎岩石压实蠕变过程可分成快速压实阶段、缓慢压实阶段和稳定固结阶段。破碎岩石的蠕变特征受载荷、岩性和岩石粒径的综合影响,荷载越大,岩石蠕变变形量越大,蠕变时间越长;破碎泥岩的蠕变变形量和时间最大,其次是砂泥岩混合体,砂岩最小。蠕变过程中,岩石粒径变化程度受岩性、载荷大小的影响,载荷越大,岩石强度越低,粒径变化越大。（3）模糊综合评价法可以实现对采空区进行地面稳定性评价,将研究区分为不稳定、较不稳定、相对较稳定、相对稳定四类地区。利用研究区的地裂缝分布情况和房屋受损情况进行验证,发现地裂缝的长度、宽度和数量以及房屋受损率逐渐增大,说明模糊综合评价方法的可靠性和评价结果的有效性。（4）通过数值模拟计算,得到研究区域地表沉降量、倾斜值、曲率值和水平变形值,评价了煤电机工业园区的地面稳定性,通过模拟对地面施加荷载的方式对该区域剩余移动变形和上覆岩层“活化”进行了计算和判别,对研究区进行了场地适应性评价,将其划分为场地适应性Ⅰ级、场地适应性Ⅱ级、场地适应性Ⅲ级和场地适应性Ⅳ级。场地适应性Ⅰ级的地区主要位于勘查评价区的西北和东北角;场地适应性Ⅱ级的地区主要位于老一路、中风眼、沙石堆和南环路所围区域;场地适应性Ⅲ级的地区主要位于四层煤出露位置以北及西风眼、中风眼以南所围成区域,以及燕鹰游艺机厂西南和勘查治理区以北所围成区域。场地适应性Ⅳ级的地区主要位于南环路以北及四层煤出露位置以南的区域。本论文图94幅,表格25个,参考文献共237篇。

刘小明^[2]（2020）在《复杂地质条件下煤矿水害形成机理与防控技术研究》文中研究表明随着我国煤炭生产重心不断西移,西部矿区在保障国家能源安全方面将发挥越来越重要的作用,亟需在保证安全与环境容量允许范围的前提下,经济高效采出煤炭,实现科学采矿。而复杂地质条件下煤矿水害防控是当前制约煤矿安全的重要难题。针对宁东矿区羊场湾煤矿复杂水文地质条件,通过地质勘察、水文地质渗流建模构建、工作面覆岩裂隙场相似模拟、围岩应力演化特征分析、煤层底板突水系数分析等方法,系统研究了采动影响下羊场湾煤矿水害形成机理,初步形成了羊场湾煤矿水害综合防控治理体系。研究成果对复杂水文地质条件煤矿的水害防控治理有重要的借鉴意义。主要研究成果如下:（1）总结了羊场湾煤矿水文地质条件及煤层埋藏条件。运用地质调研、钻孔抽水等多重了地质勘查技术,研究矿井及工作面受采掘破坏或者影响的含水层及水体、矿井及周边老空水分布状况及其概况。勘察资料反映出羊场湾煤矿水文地质条件和开采条件十分复杂。羊场湾煤矿二煤层开采主要充水水源是直罗组底部砂岩段至二煤顶板砂岩含水层组水和构造裂缝带充水,六煤层开采主要充水水源为第四系含水层水、二煤至八煤间煤岩层组粗砂岩砂岩含水层组水、二煤磁窑堡扩建井各区段采空区积水和Y142采空区积水。（2）揭示了考虑复杂水文条件的煤岩体宏观力学特性。开展自然和饱水状态的煤岩样压缩实验,对比不同状态下煤岩样的宏观破坏特征。饱水煤岩非稳定破坏阶段不明显,饱水煤样应力跌落时间较长且出现曲线呈现下凹型的双峰变化;此外,饱水煤岩内部裂隙更容易发生多次贯穿,更加破碎。饱水岩样的声发射信号特征要剧烈,振铃计数和能率数量级要高,说明饱水使煤岩发生多个阶段的破坏。借助相似模拟实验及热红外辐射监测,模拟宏观尺度下煤岩体裂隙场演化规律及破坏过程,为后续顶板水害防治提供科学依据。（3）确定了羊场湾煤矿真实开采环境下地下水的渗流规律及上覆围岩应力演化特征。采用MODFLOW软件建立高精度三维渗流模型,自编程序实现了对真实条件地下水运动的模拟,对真实条件下煤矿的涌水量进行了预测,计算结果显示,因为排水标高、所穿越的岩层、工作面面积等不同,工作面各回采段回采期间涌水量也不尽相同。如果不在回采前采区防治水工程措施,回采期间一分区涌水量最大值为81580.84m3/d,最小值为617.60m3/d。二分区涌水量最大值为35040.02m3/d,最小值为733.80m3/d。（4）明确了羊场煤矿水害发生的类型。得出了该矿1#井由矿井涌水为主导的复杂水文地质类型、2#井老空水分布为决定因素的复杂水文地质类型,这足以说明羊场湾煤矿一号井今后防治水工作的重点是矿井涌水量,二号井今后防治水工作的重点老空水。结合羊场湾煤矿现场钻孔数据及煤矿底板突水系数评价方法,基于克里格插值法修正了突水系数的插值计算方法。结果表明新方法可显着提高突水系数的计算精度,并预测羊场湾矿区底板突水危险区域北部<西部<东南部,为后续防治技术提供了研究基础。（5）形成了羊场湾煤矿复杂条件下水害综合防治体系。开展水文地质钻探、物探和化探工作;通过抽放水试验、测井预测工作面及矿井涌水量,掌握其变化和规律,总结以往各种防治水方法及应用效果,形成了顶板砂岩水疏放技术,初步得出适用于羊场湾煤矿特殊水文地质条件下的煤矿水害综合防控体系。相关研究成果可为类似矿区煤矿水害综合防治提供理论指导。

胡彦博^[3]（2020）在《深部开采底板破裂分布动态演化规律及突水危险性评价》文中提出在全国煤炭资源开发布局调整阶段,为了保证国家煤炭供给安全,东部矿区仍需保持20年左右的稳产期,许多矿井进入深部开采不可避免。围绕深部煤层开采底板突水通道动态形成过程机理、水害评价防治的科学技术问题,以华北型煤田东缘代表矿井为例,采用野外调研、理论分析、原位测试、室内试验、数值模拟等多种方法,按照华北煤田东缘矿区的赋煤地质结构特征→深部煤层开采底板变形破坏的动态监测方法→深部煤层开采底板岩层变形破坏的时空演化特征和突水模式→深部煤层开采底板破坏深度预测方法和开采底板突水危险性评价方法→深部煤层开采底板水害治理模式和治理效果序列验证评价方法的思路开展研究。主要成果如下:（1）提出了利用布里渊光时域反射技术（BOTDR）对深部煤层开采底板变形破坏的动态监测方法。根据研究表明BOTDR系统监测的动态变形量及应变分布状态与煤层底板岩层应力应变特征具有一致性,是有效监测煤层底板岩层变形破坏的新方案。BOTDR系统对煤层底板岩层监测显示,在采动过程中煤层底板岩层从上向下是呈现压-拉-压的应变趋势;同时获得了有效的煤层底板岩层的最大破坏深度,为深部煤层开采底板破坏深度的精准预测研究提供了有效的原位测试数据。（2）揭示了深部煤层开采完整底板破坏的时空演化特征:a.采前高应力区超前影响范围大约在煤壁前方38 m附近;b.开采底板岩层第一破断点的位置在采煤工作面煤壁前方29.07 m,煤层下方垂距9.24 m处,煤层底板破坏是从脆性岩层开始破断;c.开采底板破断发展趋势是从第一破断点首先向上发展破断,然后再同步向下破断。d.煤层开采底板破断的最大深度处于采前高应力区内,并且最大破断深度在采前高应力区内的峰值应力传播线附近（一般情况下）。根据煤层开采底板破坏的时空演化特征,对比分析了完整底板和含断层底板两种条件下煤层开采底板岩层破坏特点;同时对煤层开采底板进行横向分区,区域名称依次为原岩应力平衡区、采前高应力区、采后应力释放区、采后应力再平衡区。（3）利用BP神经网络、煤层开采底板应力螺旋线解析、气囊-溶液测漏法、经验公式法、多因素回归及分布式光纤实测等方法进行研究分析,得到了对深部煤层开采底板破坏深度进行有效的预测模型及方法;研究表明,多因素回归中模型III预测值更接近分布式光纤监测和气囊-溶液测漏法等实测数据,预测误差较小的预测方法依次为新的数学理论模型解析法和BP神经网络预测模型。（4）利用层次分析法、熵权法、地理信息系统等手段结合深部煤层开采破坏后有效隔水层厚度和其他多种影响底板突水的因素,对深度煤层开采底板突水危险性进行综合评价研究,得到了层次分析和熵权法（AHP-EWM）综合算法评价模型和基于改进型层次分析脆弱性指数（IAHP-VI）法两种深部煤层开采底板突水危险性评价模型,两者都具有一定的实用价值,在实际运用过程中可以根据研究区的实际情况择优选其一,也可以根据两种模型的预测结果取并集,能够进一步提高评价安全程度。（5）基于华北型煤田东缘矿区深部煤层开采底板突水通道的形成机理和突水模式,提出了“充水含水层和导水构造协同超前块段治理”模式并进行了定义。在现有的深部煤层开采水害的治理技术上,根据注浆改造目的层的构造、区域地应力、原岩水动力场等因素对地面受控定向钻进顺层钻孔方位和钻孔展布间距的设定进行科学有效的优化研究。（6）提出了“深部煤层开采底板水害治理效果序列验证评价方法”,利用对改造目的层的渗透系数和透水率、煤层底板阻水能力、矿井电法检测、检查钻孔数据等结合GIS系统进行综合研究,建立了科学系统化的评价方法。（7）利用“充水含水层和导水构造协同超前块段治理”模式对华北型煤田东缘矿区深部煤层底板水害进行了治理,结果显示治理效果良好,研究矿区深部煤层工作面实现了安全回采。本论文研究成果可为华北型煤田东缘矿区下组煤开采底板水害防治提供参考。

陈歌^[4]（2020）在《鄂尔多斯盆地东缘矿井水深部转移存储机理研究》文中研究说明为深化西部煤矿区脆弱的生态环境、矿井水疏放和水资源存储的内在联系,首次在鄂尔多斯盆地东缘开展矿井水深部转移存储的研究,系统研究了呼吉尔特矿区母杜柴登矿侏罗系中下统延安组底部宝塔山砂岩与三叠系下统刘家沟组地层的水文地质特征和补径排条件,利用MC-1井岩芯、测井资料,通过开展岩石物理力学参数测试、电镜扫描、X衍射、压汞试验、渗流试验、水质检测、注水试验和压水试验等一系列的试验,定性与定量评价鄂尔多斯盆地深层目的转移存储层刘家沟组砂岩的潜力和前景。（1）系统研究了宝塔山砂岩的区域和井田范围内地质背景、岩石成分、水文地质条件和沉积条件,开展了微观分析测试,获取了其岩石学特征、孔隙结构、物性特征、岩石物理力学特征和渗流规律。延安组底部宝塔山砂岩为灰白色含砾粗砂岩,表现为辫状河三角洲沉积体系的河道砂坝与河漫滩交互,以河道砂坝为主,成分以石英-长石为主,弱胶结,结构疏松,孔隙度14%48%,以粒间孔为主,孔隙发育。宝塔山砂岩的自然抗压强度为33.90MPa,吸水率为5.53%,总孔隙度为19.89%,主要孔径范围为66nm8.48μm,相对较大的纳米级至微米级孔隙较发育,具有潜力可观的存储空间。宝塔山砂岩水为强碱CO3-Na型及CO3·Cl-Na型,因补径排有限和蒸发-浓缩-结晶作用呈现强碱性。在渗流演化上,长期疏排水能够增强其渗透率,与西部弱胶结砂岩的特性相符,在微观条件下,在饱和渗流阶段,水岩强度大且渗透系数迅速降低,进入稳定渗流阶段,水岩强度弱,渗透系数稳定在2.515×10-7m/d5.649×10-6m/d。（2）三叠系下统刘家沟组地层岩性为紫色泥岩、灰白色中砂岩、灰白色和肉红色细砂岩,局部发育水平裂隙和垂直裂隙,是一套在炎热气候和强氧化环境中形成的河流-三角洲沉积建造,与上覆和尚沟组构成完整的沉积旋回。首次对刘家沟组进行了岩石学、孔喉结构特征、成岩、渗流、垂向非均质性等进行了综合研究和细致评价,全面刻画了刘家沟组的回灌潜力。刘家沟组砂岩以石英、长石为主,含量分别为40.1%和31.1%,上段石英含量低于下段,长石含量上段高于下段,整体上石英、长石、方解石构成的颗粒骨架在含量上,上段高于下段。黏土矿物含量为17.8%,以伊利石、绿蒙混层和伊蒙混层为主,其中,伊蒙混层和绿蒙混层含量占据主导地位,发育粒间孔、溶孔和微裂隙,其孔径范围分别为295.3nm19.01μm、72.09nm9.085μm和77.7nm4.86μm,以粒间孔为主。根据压汞试验,喉道中值孔径为4.44×102nm,喉道平均孔径为48.39nm,总孔隙度为7.50%,孔径<10μm的孔隙度为5.26%,有效孔隙的孔径范围为6.3312.08μm。孔隙率范围3.32%6.48%,均值5.03%,属于低孔隙致密砂岩,但从在深/浅侧向电阻率测井曲线上,其垂向裂缝发育且岩性变化明显高于其它地层,垂向非均质性强。刘家沟组共计含水层38层,合计厚度177.1m,占地层总厚度的36.1%,以粗砂岩、中砂岩和细砂岩为主。在岩石物理力学特征上,刘家沟组底部砂岩岩石强度低于上部,但各组砂岩岩石物理力学参数与埋深未呈现明显的相关性,规律不明显,垂向力学特征呈现非均质性。（3）刘家沟组原生地层水为酸性极高矿化度的Cl-Ca·Na型,受构造、沉积成岩、温度等作用和极差的补径排条件影响,岩盐、碳酸钡石、萤石处于溶解状态,且溶解潜势依次减小;重晶石、方解石、硬石膏、白云石、石膏和文石均处于沉淀状态,且沉淀潜势逐渐下降。混合水样的岩盐、碳酸钡石、萤石、石膏和硬石膏处于溶解状态,白云石、方解石、文石和重晶石均处于沉淀状态。（4）为增强回灌层刘家沟组的渗透性能,利用水力压裂拓展运移通道,既增加孔隙度,又增强裂缝的连通性。通过对砂岩压裂机理和模拟,刘家沟组地层破裂压力需大于31.5MPa,水力压裂人造裂隙易沟通原生裂隙形成地层破漏。深部砂岩在矿井水回灌过程中会受到矿井水压力、地层地应力、温度和水岩作用的影响和控制,原地应力决定天然裂隙扩展和延伸方向,矿井水压力促进诱导性裂隙扩展和延伸,温度降低形成的热胀冷缩效应仅对裂隙和颗粒的浅表面有效,水岩作用中酸碱水中和、可溶性矿物和亲水性矿物溶蚀、溶解等改变孔隙结构和孔隙度。刘家沟组地层厚层砂岩垂向裂隙发育,岩性组合面水平裂隙发育,人为主动提供矿井水回灌压力形成的诱导性裂缝会沿天然裂缝的北北东向和南北向地应力方向扩展和延伸形成主渗流通道。（5）通过先后开展自然水位恢复试验、多次注水试验,采用多种配线法对自然水位恢复试验的数据拟合,得到刘家沟组砂岩含水层水文地质特征表现为弱渗贫水含水层,渗透性和富水性均差,K值为5.31×10-6m/d6.19×10-6m/d。高压注水后,地层被压裂,渗透性和储水性能均大幅增加,K值为0.0111m/d0.0146m/d,Q稳定值为103.3m3/d,井口稳定压力6.8MPa。根据多期次的压力、流量监测,持续将高压低温矿井水进行回灌,能够共同促进地层潜在的储水能力。其中,高压能够压裂砂岩裂缝,作用最大;相对低矿化度矿井水能够溶蚀裂缝中岩盐、石膏等矿物成分,改变孔隙结构;低温矿井水吸收岩石热量使其发生微弱的热胀冷缩进而再次促进裂缝发育,三者相互作用,共同增强了深部储水层裂隙网络空间的回灌潜力。利用容积法计算可得极限储水量为131.8万m3,圆锥体数学模型估算了有效储水量为80.06104.72万m3。通过开展正常长期回灌工况的情景模拟,不同岩性含水层的渗透能力差异会导致矿井水水平扩散运移距离不同,粗砂岩内运移距离最远,井壁附近不易形成憋压,粉细砂岩内运移距离最短,井壁附近容易形成憋压。回灌初期转移存储层近区内矿井水扩散速率快、影响半径快速增大,呈现指数递增趋势,回灌中后期远区矿井水扩散速率慢、影响半径缓慢增加,呈现线性递增。（6）矿井水转移存储补充和深化了水资源存储的范畴,对西部矿区具有重要的生产实践意义。通过开展区域和局域的地下水流场模拟、温度场和水化学场分析,确定了矿井水长期回灌后形成倒U型地下水丘和漏斗型低温区,对区域深部地下水循环产生一定的人为影响,会阻碍上游地下水迫使其绕流。大量矿井水进入深部砂岩层形成矿井水、混合水和原生地层水三类过渡区域,水质类型分别为SO4-Na型、SO4·Cl-Na型和Cl-Ca·Na型,矿井水长期回灌促使地层中富钙钠型水向富钠型转变,且矿物的溶解与沉淀一直存在,其中,岩盐、碳酸钡石、萤石、石膏、硬石膏等矿物处于溶解状态,白云石、方解石、文石和重晶石等逐渐趋向沉淀状态。该论文有图126幅,表15个,参考文献276篇。

刘宏磊^[5]（2020）在《矿山环境修复治理和开发利用模式的理论与实践研究》文中指出矿产开发工程活动在推动社会经济进步的同时,扰动了矿山和矿区环境与生态系统,这种扰动有些对环境和生态系统产生了负效应,但也有一些扰动对其具有正效应。为了系统地修复治理矿山环境的负效应和开发利用矿山环境的正效应,运用水文地质、工程地质、环境地质等基础理论,从系统科学的角度,提出矿山环境负效应修复治理模式理论和矿山环境正效应开发利用模式理论,为我国实现矿山环境修复治理与开发利用的双赢目标提供理论和技术方法支撑。明确了与论文研究紧密相关的基本概念,如矿山环境、矿山环境问题、矿山环境效应等。在此基础上,提出依据采掘扰动不同环境的后果的矿山环境问题分类;依据矿山环境问题分布的地理格局、地貌特点分析了我国矿山环境问题的分布区域及特征;根据矿业开发活动扰动环境的不同影响,明确矿山环境正、负效应的定义,将矿山环境正效应分为矿山能源正效应、矿山空间正效应和矿山综合正效应,将矿山环境负效应分为矿山岩土体环境负效应、矿山水环境负效应、矿山大气环境负效应和矿山生态环境负效应。为了全面分析矿山环境问题对环境的影响,本文提出矿山环境单问题精细评价方法和多问题综合评价方法。矿山环境单问题评价旨在分析和预测单个矿山环境问题对矿山环境现状以及未来状态的影响,为矿山环境修复治理提供理论依据;矿山环境多问题综合评价指数模型,利用互信息熵和信息时域分割方法确定指标评分和权重,以分析多个矿山环境问题叠加对环境的综合影响,并以四道柳煤矿为例,选择该区域环境影响最为典型的多个问题综合评价了煤炭开发活动对环境的影响。为了修复治理矿山环境负效应,论文提出矿山环境修复治理模式理论体系,补充和完善了矿山环境负效应修复治理研究领域的基础理论,并有效指导矿山环境修复治理。与以往矿山环境修复治理研究不同,矿山环境修复治理模式是在系统地研究修复治理对象的基础上,以消灾治理、土地利用和生态修复为目标,以工程治理技术、生态修复技术和生物修复技术为支撑,突破了使用单项技术指导矿山环境治理的传统理念,形成从工程治理到生态修复的结构合理、层次分明、系统完整的矿山环境修复治理技术方法体系。通过对象分析、目标控制、厘定技术,优化组合矿山环境修复治理技术方法,构建了适用于开采沉陷问题、固体废弃物问题和露天采坑边坡稳定性问题的三套修复治理模式。其中,开采沉陷问题修复治理模式10例,固体废弃物问题修复治理模式14例,露天采坑边坡稳定性问题修复治理模式8例。矿山环境修复治理模式实践研究中,阐述了模式的适用范围与技术构成,剖析了模式应用工程示例的工程背景、矿山环境负效应和工程修复治理措施,并讨论模式的实践效果。以邢东煤矿、大雁二矿、风水沟煤矿等矿山开采沉陷问题修复治理工程示例4例开采沉陷问题修复治理模式,以元宝山露天矿排土场、准格尔露天矿排土场等修复治理工程示例4例固体废弃物问题修复治理模式,以抚顺西露天矿露天采坑南、北帮边坡稳定性问题示例3例露天采坑边坡稳定性问题修复治理模式。通过矿山环境修复治理模式的实践研究,分析并验证了修复治理模式的适用性和实用性,有效应对了复杂的矿山环境修复治理难题。为了开发利用矿山环境正效应资源,论文提出矿山环境正效应开发利用模式理论,且将之应用于实践。梳理了开发利用模式理论研究中的对象、目标、技术以及模式构建方法,提出能源资源开发利用、矿山土地与空间（地下）开发利用、原位地下科学研究场地开发利用、矿山文化科普以及旅游观光等开发利用目标,梳理了8项服务资源开发利用目标的技术方法,并围绕对象分析、目标控制、技术厘定的系统方法,构建了11例煤炭矿山环境正效应开发利用模式。以露天矿山为例,将模式实践于西露天矿正效应开发利用规划,提出“光伏电站+抽水蓄能电站”、浅层低温地热能、多类型仓储空间、深坑酒店与地下商业中心、矿山科普教育基地、矿山地质博物馆和采掘遗址、健身休闲基地等综合开发利用内容。为了开发利用矿山复杂地质和水文地质条件背景下的矿山浅层低温地热资源,研发了矿区浅层岩土体热物性参数现场原位测试技术和矿区含水层排泄区域识别方法两项技术,并检验了技术方法的有效性。

彭世龙^[6]（2019）在《厚表土薄基岩开采地层沉陷规律及其井筒偏斜致因研究》文中研究说明煤矿立井井筒是矿山开采地面与井下运输的“咽喉”,对矿井安全生产至关重要。1987年以来,我国黄淮和东北地区已有200多个立井井筒相继发生破损,经过30多年的大量研究,已基本揭示了黄淮和东北地区矿井大量井筒竖向受力变形、近环向破裂出水机理,并得到共识,相应的井筒破损修复防治技术也已成熟。近年来,山东巨野矿区厚表土（400m以上）薄基岩地层井筒出现一种表土段井筒偏斜与竖向压缩变形共存的新破损形态,其破坏机理不清,国内外相关研究尚属空白。本文以厚表土薄基岩开采井筒偏斜为研究对象,综合运用水文地质学、工程渗流力学、采矿学、地下结构力学等理论,采用试验、理论分析和现场实测相结合的研究方法,开展厚表土薄基岩开采地层沉陷规律及其井筒偏斜致因研究。研究成果对今后合理留设厚表土薄基岩地层工广保护煤柱,确保类似地质条件矿井井筒运行安全,具有重要的理论意义和应用价值。利用ETAS和NMR试验系统研究高应力作用下厚表土底部含水土层的渗透与疏水固结力学特性,获得了底部含水土层在高应力作用下孔隙结构演化机制,建立了底部含水土层渗透系数、孔压消散速度与其孔隙结构之间的关系,揭示了底部含水土层在不同围压、不同水力梯度下的渗透和孔压消散规律。研究结果表明,郭屯煤矿底部含水土层属于典型黏土质砂,主要矿物成分为石英和蒙脱石,其压缩指数Cc=0.03～0.05;在各向等压条件下,低承压水和高承压水渗透系数均随围压增大而减小,围压为1 MPa时的渗透系数明显大于高围压状态下的渗透系数,当试样围压大于4 MPa时,低承压水和高承压水渗透系数均小于1×10-8 cm/s;各向等压疏水固结过程中,应变以径向应变为主,试样体积的压缩变形主要是竖向渗透路径的闭合所致;黏土质砂渗透、疏水固结过程中对其渗透性和孔压消散速度起关键作用的是渗透孔中毛细水的含量,该三者与围压均满足幂函数关系。以郭屯煤矿一采区某工作面煤层开采为研究对象,考虑厚表土薄基岩开采与底含疏降水固结沉降共同作用,采用自制高承压疏水水袋模拟底含疏水固结,开展了相似材料模拟试验,研究了厚表土薄基岩开采覆岩破坏垮落与底含疏降水特征、基岩与厚表土层内部移动变形规律,揭示了厚表土薄基岩近距离非对称开采与底含疏降水共同作用下立井井筒偏斜机理。研究结果表明:整个基岩段“三带”范围内,梯形垮落拱两腰附近由于岩层悬臂作用形成大量水平和竖向裂隙,并波及到表土层底部,导致底含发生疏水沉降;底含疏水沉降对基岩段岩体移动变形影响较小;厚表土段第二隔水层的最大下沉量和最大水平移动量随着底含疏水均明显增加,下沉边界和水平移动边界向采区外侧延伸了近1倍;随着底含疏水量增加,地表土体向下沉盆地中心倾覆,井筒随之向非对称开采工作面方向偏斜,其偏斜量随着底含疏水量的增加而增加。基于厚表土薄基岩开采地表下沉移动特征,首次将厚表土层沉陷过程中底含承压水疏降产生的水土耦合作用考虑到厚表土薄基岩地层沉陷模型中,建立并求解了采煤与底含承压水疏水沉降共同作用下地表沉陷预计模型,探究了底含疏水特性对地表沉陷和水平移动的影响规律,并得到现场沉陷资料的验证。研究结果表明:单独煤层开采产生的地表沉陷曲线呈“小开口 V”型,底含疏水作用产生的地表沉陷曲线呈“大开口 V”型,采煤与底含疏水共同作用下地表沉陷曲线呈“中间小开口 V,两侧大开口 V”型;地表沉陷程度主要受底含厚度和底含最大水头下降值影响,地表沉陷和水平移动范围主要受底含疏水影响半径影响;通过理论计算解与现场实测结果对比分析发现,理论计算所得最大下沉值与实测最大下沉值间误差小于4.0%,由此可见,该理论模型对厚表土薄基岩下开采引起的上覆地层移动变形预测具有指导意义。以郭屯煤矿井筒偏斜为工程背景,通过综合分析矿区水文地质、矿井涌水量与底含水位动态监测成果,采用本文所得厚表土薄基岩地层沉陷模型,分别对郭屯煤矿首采区13个工作面单独采煤作用、采煤与底含疏水共同作用下的地表沉陷和井筒偏斜进行反演计算,获得了导致井筒偏斜的主因,并对该矿既有偏斜井筒的受力状态及其安全性进行了评价。研究结果表明:单独采煤作用下,工业广场位于10mm下沉等值线之外,各工作面开采对井筒偏斜基本没有直接影响;采煤与底含疏水共同作用下地表沉陷在采区外侧收敛性明显降低,工业广场位于300～600 mm下沉等值线范围内,井筒偏斜反演结果与实测结果误差小于6%,表明了本预测模型对井筒偏斜反演具有较高的精确度,郭屯煤矿井筒偏斜变形是煤层开采与底含疏降水共同作用造成的。图[96]表[33]参[140]

田华^[7]（2019）在《准东露天矿软岩边坡动力失稳规律及高段内排安全控制技术研究》文中进行了进一步梳理新疆是“一带一路”建设沿线的重要节点,在能源保障和技术输出方面一直担负着重要的任务。准东煤田作为新疆的第三大煤田,有40%的储量适合采用露天开采。准东煤田的多座露天矿目前已接近转向阶段,一系列的相似的工程和安全问题在这一区域集中涌现,针对准东露天矿生产过程中的典型安全技术问题进行研究,其成果将在整个准东煤田具有良好的推广性。采用地质调查和数据分析等手段,查明了的影响准东露天矿边坡稳定的三类主要因素;确定了的地质构造属简单型、岩体为易崩解软岩;阐明了采场边坡的失稳模式以顺层滑坡为主,排土场边坡以圆弧滑坡为主,复合边坡以圆弧-顺层滑坡为主。根据构造应力图解方法确定准东矿区的水平主应力方向为N21°E,该应力对边坡稳定性影响较小。从理论上分析了振动液化形成的原因以及液化后的物理力学特征,结合准东露天矿的振动源类型,设计不同工况的振动条件探索砂土边坡的动力稳定性。试验测定不同振动加速度和振动频率条件下砂土边坡的超静孔隙水压力和超孔压比的时程变化规律,结果表明:振动加速度或振动频率越大,砂土边坡峰值超静孔隙水压力越高,并且达到峰值的时间越短。建立了倾斜基底上排土场堆载形成的边坡几何结构、力学模型,揭示了排土场边坡稳定性随着高度的增长呈二次函数规律递减。综合排土场倾斜基底稳定性、边坡稳定性和最大边坡角这三个因素,构建了内、外排土场稳定性线性规划模型,提供了确定边坡最大安全角度的方法。建立了非对称排土场三维受力模型,引入排土场两侧基底的支撑力,修正了非对称基底软岩排土场的稳定性计算方法。根据自重应力和侧压计算方法,推导出了陡帮开采过程中,端帮岩体有效抗剪强度和正应力的计算公式,揭示了有效抗剪强度随边坡角度增大呈余切函数规律递减,正应力与端帮边坡角呈负相关。建立倾斜条件下非对称弱层挤压模型,确定了临空侧弱层挤出时上覆堆载体需要满足的最小厚度。针对准东露天矿顺倾基底弱层的特征,提出了弱层挤出控制方法。建立排土场凹形边坡力学模型,基于极限平衡原理和条分法推导出了凹形排土场边坡稳定系数计算方法。采用模拟分析确定准东露天矿平直和凹形排土台阶的最大安全高度分别为64m和80m。内排跟进压帮之后首采区西帮靠帮开采的最佳角度为38°。通过分析准东露天矿当前面临的剥离物下行运输的问题,论证了倾斜端帮下行运输与排土场下行运输的技术经济性,提出了端帮道路优化解决重车下行方案,取消▽430水平端帮路,设置▽414水平西端帮路,内排土场台阶并段形成▽414水平台阶及新▽462水平台阶,提供了后续生产过程中端帮并段及排土场升段工程实施方案。该论文有图75幅,表9个,参考文献124篇。

田辉^[8]（2019）在《深厚表土层井筒稳定性长期监测与评价 ——以兴隆庄矿主井为例》文中指出深厚表土层段立井井筒非采动破坏是上世纪80年代出现的矿井地质灾害,其机理是深部土层失水固结后,表土层相对于刚性井壁向下位移,土与井壁相互作用对井壁产生附加应力压裂井筒。本文以兴隆庄矿主井为研究对象,调研东部煤矿立井破裂特征,针对井筒附近底部含水层水位、松散层变形量与卸压槽压缩量展开监测工作。监测数据表明底部含水层失水固结是松散层压缩的根本原因,底部砂土层压缩量占整个松散层压缩量的80%以上,而粘土隔水层基本无变形;根据桩土相互作用理论,建立弹塑性解析方程,研究松散层与井壁相对位移的变化对井壁附加应力的影响,并对井壁与土层接触弹塑性界线深度Zp以及井壁最大竖向应力值进行求解,并利用第一强度理论对危险截面进行校核;利用FLAC软件建立三含流固耦合效应对解析计算结果进行分析验证,根据结果对兴隆庄主井井筒进行稳定性评价。研究结果发现:（1）松散层变形与底含水位变化特征较为一致,卸压槽压缩量是关于时间的对数函数式,而由于压缩材料蠕变特性,其量值与三含水位的疏降相关度并不高;（2）附加应力可为井筒自重应力的数倍,是井壁破坏最主要原因;（3）竖向卸压,横向套壁是治理立井非采动破坏的良方,压缩材料松木采用横纹布置压缩面,卸压槽在压缩率小于30%时应力累积处于平稳变化阶段;

张涛^[9]（2018）在《深厚复杂地层中冻结井壁温度场演化规律研究》文中指出因浅部资源开采殆尽,近年来我国不得不开发深厚复杂地层下的煤、铁等资源。冻结法是深厚复杂地层中最主要的凿井方法,井壁和冻结壁是其技术关键。在深厚复杂地层中,大体积、高强混凝土井壁与冻结壁间存在复杂、剧烈的热相互作用,但国内外对其缺乏系统深入的研究。研究掌握冻结井壁温度场的演化规律,对防止混凝土冻害、开发井壁温度裂缝预防技术和研究冻胀与融沉致裂井壁的机理等均具有重要意义。本文针对厚度为12.5m、强度等级为C60C80、CF60CF90的现浇混凝土冻结井壁,综合采用理论分析、物理模拟、数值计算和现场实测方法,对冻结期、解冻恢复期和循环变温期的井壁温度场开展系统、深入的研究。首先,通过物理模拟和数值模拟研究确定了拟合误差小于5%的高精度水泥水化温升表达式——复合指数式及其参数值;分析得出了不同工况时,合理的内壁内表面和外壁内表面换热系数的计算方法与取值范围;分析得到了井壁温度场中各材料热参数的取值范围。这为后文研究具有时变内热源和复杂换热边界条件的冻结井壁温度场提供了关键、可靠的依据。其次,研究掌握了冻结期和解冻恢复期井壁温度场的演化规律。以实际工程为背景,针对2个强度等级、4种配合比的大厚度、高强混凝土井壁,通过12次大型物理模拟试验,得到了井壁早期温度场的分布和变化规律。建立了包含地层冻结、开挖、外壁（或单层井壁）砌筑、内壁砌筑等整个冻结法凿井过程的大型三维数值计算模型,从外边界条件、自身因素、内边界条件和施工工艺四个方面（共14个因素）,分析掌握了冻结期和解冻恢复期外壁（或单层井壁）、内壁及围岩（土）的温度场演化规律,得到了各施工阶段井壁温度的变化范围、最大温差、升（降）温速率、水泥水化引起的冻结壁融化范围、解冻时间等重要技术参数;对比分析了各因素对冻结期和解冻恢复期井壁温度场的影响规律。在12个井筒的井壁上开展了现场实测研究,分别得到了水泥水化升温、快速降温、缓慢降温三个阶段井壁温度场的变化规律。这12个井筒井壁包括:4个深表土井筒的外壁（表土深度为675.6754.96m,为世界之最）,1个大直径、大厚度壁座（内直径10.5m,壁厚2.5m,均为冻结井壁之最）,3个井筒的内壁,4个富水基岩中的新型单层井壁。最后,研究掌握了循环变温期井壁温度场的演化规律。导出了循环变温期井壁温度分布的解析关系式,分析获得了井内日和年气温以简谐波变化时温度场的变化规律。建立了循环变温期温度场数值计算模型,获得了井壁厚度、导热系数、内边界温度、时间等参数对温度场的影响规律。通过对5个井筒的多年监测,掌握了井壁温度变化规律。研究成果表明:合理控制井帮温度和入模温度,可防止冻结基岩段井壁混凝土受到冻害;对于高强度、大厚度外层井壁（或单层壁）和大厚度内层井壁,较普遍地存在径向温差大、平均温度变化大的现象,井壁产生温度裂缝的风险高,应采取防裂措施;在日常生产运营阶段,井壁温度随井内气流温度波动,进风井井壁温度变化可达20℃以上,是井壁竖直附加力增大的诱因之一,是深厚表土井壁一般在每年410月发生破裂的主要原因。

杨荣基^[10]（2017）在《煤矿立井井壁破裂原因及治理措施》文中进行了进一步梳理随着科学技术的不断发展,煤矿井筒穿越的表土层厚度逐渐加深,"井型大,立井深"型矿井已很常见,由此带来很多的问题,出现了许多复杂的技术问题。其中立井井壁的破裂问题就成为工程技术人员关注的难题。本文首先分析了煤矿立井井壁破裂的原因,重点论述立井井壁破裂的治理措施,期待本文的研究能为防治井壁破裂有较大的参考作用。

二、特厚第四系覆盖层内井壁破裂机理分析与治理（论文开题报告）

（1）论文研究背景及目的

此处内容要求：

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例：

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

（2）本文研究方法

调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、特厚第四系覆盖层内井壁破裂机理分析与治理（论文提纲范文）

（1）冀北山地采空塌陷区地质灾害模式及致灾机理（论文提纲范文）

（2）复杂地质条件下煤矿水害形成机理与防控技术研究（论文提纲范文）

（3）深部开采底板破裂分布动态演化规律及突水危险性评价（论文提纲范文）

（4）鄂尔多斯盆地东缘矿井水深部转移存储机理研究（论文提纲范文）

（5）矿山环境修复治理和开发利用模式的理论与实践研究（论文提纲范文）

（6）厚表土薄基岩开采地层沉陷规律及其井筒偏斜致因研究（论文提纲范文）

（7）准东露天矿软岩边坡动力失稳规律及高段内排安全控制技术研究（论文提纲范文）

（8）深厚表土层井筒稳定性长期监测与评价 ——以兴隆庄矿主井为例（论文提纲范文）

（9）深厚复杂地层中冻结井壁温度场演化规律研究（论文提纲范文）

（10）煤矿立井井壁破裂原因及治理措施（论文提纲范文）

四、特厚第四系覆盖层内井壁破裂机理分析与治理（论文参考文献）

• [1]冀北山地采空塌陷区地质灾害模式及致灾机理[D]. 武智勇. 中国矿业大学, 2021(02)
• [2]复杂地质条件下煤矿水害形成机理与防控技术研究[D]. 刘小明. 西安科技大学, 2020
• [3]深部开采底板破裂分布动态演化规律及突水危险性评价[D]. 胡彦博. 中国矿业大学, 2020(01)
• [4]鄂尔多斯盆地东缘矿井水深部转移存储机理研究[D]. 陈歌. 中国矿业大学, 2020
• [5]矿山环境修复治理和开发利用模式的理论与实践研究[D]. 刘宏磊. 中国矿业大学(北京), 2020(01)
• [6]厚表土薄基岩开采地层沉陷规律及其井筒偏斜致因研究[D]. 彭世龙. 安徽理工大学, 2019(03)
• [7]准东露天矿软岩边坡动力失稳规律及高段内排安全控制技术研究[D]. 田华. 中国矿业大学, 2019(01)
• [8]深厚表土层井筒稳定性长期监测与评价 ——以兴隆庄矿主井为例[D]. 田辉. 中国矿业大学, 2019(09)
• [9]深厚复杂地层中冻结井壁温度场演化规律研究[D]. 张涛. 中国矿业大学, 2018(02)
• [10]煤矿立井井壁破裂原因及治理措施[J]. 杨荣基. 山东工业技术, 2017(11)

标签：机理分析论文;  地层划分论文;  生态破坏论文;  第四系论文;  治理理论论文;