循环水浸作用下煤体孔隙与损伤演化机制实验研究

1

作者 王方田 张村 +3 位作者 汤天阔 贾胜 成家章 窦凤金 《矿业科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期608-618,共11页

煤柱坝体作为矿井采空区水库的主要承载结构,在多场耦合影响下的损伤失稳机制直接制约采空区水库的长期安全稳定运行。本文借助核磁共振(NMR)研究了“单侧”浸水条件下不同次数循环浸水下煤样T2谱图、孔喉、孔隙率变化和核磁图像演化规... 煤柱坝体作为矿井采空区水库的主要承载结构,在多场耦合影响下的损伤失稳机制直接制约采空区水库的长期安全稳定运行。本文借助核磁共振(NMR)研究了“单侧”浸水条件下不同次数循环浸水下煤样T2谱图、孔喉、孔隙率变化和核磁图像演化规律,分析了单侧循环浸水次数不断增加下煤样内部孔隙演化规律以及单轴压缩破坏形态特征,揭示了煤样水浸损伤破坏机制,结果表明,随循环浸水次数的增加,煤样孔隙数、孔喉占比、孔隙率均保持增长的态势,分别增长了67.18%、3.48%、3.49%。煤样单轴抗压强度与残余强度逐渐减小,煤样的平均峰值强度由15.74 MPa依次下降到11.76、9.65、8.41 MPa,循环浸水9次煤样相较于初始状态煤样的平均单轴抗压强度下降46.56%,平均残余强度从未循环浸水的5.55 MPa依次下降到3.08、2.44、0 MPa。煤样单侧循环浸水水分子由浸水侧逐渐向煤样内部渗流,最后扩展至整个煤样,进一步造成孔隙率增加。长期的循环浸水对煤样的软化作用十分显著。研究结果为采空区水库空间结构稳定性控制提供了科学依据。 展开更多

关键词 循环水浸 采空区水库 煤柱坝体 孔隙演化 水浸弱化

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采动水浸作用下煤柱坝体承载特征与失稳规律研究

2

作者 吴峻民 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2024年第8期159-166,共8页

煤矿地下水库的储水技术已成为我国西部矿区煤炭资源开采与水资源保护协调发展的重要途径之一,而煤柱坝体的稳定性是煤矿地下水库能够安全并长期使用的关键因素。为了探究煤矿地下水库煤柱坝体在复杂条件下失稳特征,基于FLAC3D数值模拟... 煤矿地下水库的储水技术已成为我国西部矿区煤炭资源开采与水资源保护协调发展的重要途径之一,而煤柱坝体的稳定性是煤矿地下水库能够安全并长期使用的关键因素。为了探究煤矿地下水库煤柱坝体在复杂条件下失稳特征,基于FLAC3D数值模拟及二次开发,以陕西北部某矿相邻工作面开采及采空区蓄水的水浸作用对煤柱坝体应力演化特征及稳定性的影响展开研究。结果表明:工作面开采完毕后,煤柱坝体应力分布均呈现双峰形,并随煤柱宽度的增加峰值逐渐下降,同时煤柱宽度为20 m时其弹性核区占比小于40%的临界失稳指标,将发生失稳;在采空区蓄水后,水浸作用下煤柱坝体塑性区占比增量呈现“稳定-增大-减小-稳定”的变化规律,能够很好地模拟水浸作用下煤柱坝体的“渗流-弱化-损伤-渗流”的渐进破坏特征;煤柱坝体的应力分布逐渐演化为拱形分布并趋于平均化,应力峰值大幅降低,同时,内部塑性区进一步扩展,弹性核区占比降低,且煤柱宽度的越小降低幅度越大;当煤柱宽度为30 m时,弹性核区占比降低为38.33%,将发生失稳;当煤柱留设宽度为40 m时,煤柱能够保持稳定。 展开更多

关键词 地下水库 煤柱坝体 流固耦合 储水技术 失稳特征 水浸软化 合理宽度

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煤矿地下水库煤柱坝体失稳机理及前兆信息 被引量：2

3

作者 池明波 吴宝杨 +5 位作者 曹志国 李鹏 刘小庆 李海祥 张勇 杨毅 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S02期36-49,共14页

煤矿地下水库是解决西部矿区水资源保护利用的关键技术之一,维持水库安全运行的基础是工程安全,而水库坝体是保证工程安全的核心。针对煤矿地下水库煤柱坝体安全稳定问题,从煤柱坝体受到的顶板岩层压力(垂向应力)、储水高度(水平应力)... 煤矿地下水库是解决西部矿区水资源保护利用的关键技术之一,维持水库安全运行的基础是工程安全,而水库坝体是保证工程安全的核心。针对煤矿地下水库煤柱坝体安全稳定问题,从煤柱坝体受到的顶板岩层压力(垂向应力)、储水高度(水平应力)角度出发,基于力学模型、相似模拟和数值计算等方法,综合分析煤柱坝体破坏时应力变化(垂直应力和水平应力)、裂隙发育及扩展情况、位移变化等多参量变化规律,研究煤柱坝体破坏时各参数变化特征,提出煤柱坝体破坏前兆关键信息,为现场煤矿地下水库安全运行监测预警提供基础。研究结果表明:煤柱坝体在垂直应力作用下,上覆岩层应力造成煤柱坝体破坏的位置首先为煤矿地下水库侧的坝体顶板处,煤柱尺寸越小越容易产生应力集中,承载的应力越大发生破坏的可能性越大,基于此得到了煤柱坝体破坏临界点;水平应力作用下,煤柱坝体共经历弹性阶段、初始破坏阶段和破坏增加等3个阶段,煤柱坝体在达到极限强度后才显现较明显的位移,煤柱坝体受到损伤,在水平应力降低后位移有回弹趋势,但煤柱坝体不适宜再继续储水;分析了引起煤柱坝体发生失稳的主要因素,垂直应力和水平应力共同作用下,煤柱坝体发生失稳的部位主要在临库侧小尺寸坝体顶板、底板及中间位置,以上湾矿为例,得到了15 m煤柱坝体能承载最大水头高度为50 m,但此时煤柱坝体已经发生破坏,即使降低水位煤柱坝体整体稳定性也受到不可恢复性破坏;综合研究煤矿地下水库煤柱坝体发生失稳的特点和规律,结合位移变化及煤柱坝体物理力学性质,得到了煤柱坝体破坏前兆信息,即在外力作用下达到极限强度前应对水库进行安全处理措施,建议在现场监测预警时重点监测水库侧尺寸较小的煤柱顶板应力变化信息,保障煤矿地下水库安全运行。 展开更多

关键词 煤矿地下水库 煤柱坝体 储水作用 失稳前兆信息 监测预警

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水浸煤体周期应力承载特征研究 被引量：1

4

作者 刘晓飞 薛宗建 牛滕冲 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2023年第8期179-185,共7页

针对地下水库煤柱坝体长期在水浸-周期应力作用下渐进损伤问题,以陕西某矿地下水库工程为背景,通过现场调研、理论分析、实验室实验等方法分析了工作面末采阶段煤柱坝体所受应力环境,探究了周期应力以及水浸对煤体的破坏规律。结果表明... 针对地下水库煤柱坝体长期在水浸-周期应力作用下渐进损伤问题,以陕西某矿地下水库工程为背景,通过现场调研、理论分析、实验室实验等方法分析了工作面末采阶段煤柱坝体所受应力环境,探究了周期应力以及水浸对煤体的破坏规律。结果表明:煤柱坝体形成前受采动影响存在诸多次生裂隙,形成以后受水浸以及相邻工作面的采动影响,应力呈多次循环加、卸载特征;煤体单轴压缩时抗压强度为18.40 MPa,破断载荷为36.11 kN,循环加卸载1、2、3次的破坏载荷分别为35.27、29.15、27.45 kN,表明周期应力有加剧煤体损伤的作用;随着水浸时间及加卸载循环次数的增加,煤体强度逐渐降低,无水浸加卸载1次条件下煤块强度为17.97 MPa,水浸21 d加卸载3次时强度为10.78 MPa。 展开更多

关键词 水浸煤体 周期应力 承载特性 煤体损伤 煤柱坝体

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地下储水空间复合坝体力学性能实验研究 被引量：1

5

作者 李鹏 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2023年第10期182-188,共7页

针对神东矿区地下储水空间的应用现状,为了更加深入地了解复合坝体的稳定性,通过现场取样与实验室制样,制备了煤柱+人工复合坝体试件,研究了不同含水率下复合坝体试件弹性模量、抗压强度及抗拉强度的变化关系。结果表明:煤柱+人工复合... 针对神东矿区地下储水空间的应用现状,为了更加深入地了解复合坝体的稳定性,通过现场取样与实验室制样,制备了煤柱+人工复合坝体试件,研究了不同含水率下复合坝体试件弹性模量、抗压强度及抗拉强度的变化关系。结果表明:煤柱+人工复合坝体试件的吸水率随浸水时间的增加而变大;弹性模量主要与坝体试件的结构有关,浸水对其影响较小,浸水对复合坝体试件的抗压强度和抗拉强度影响较大,且从浸水初期就低于自然养护的试件;随着含水量的增加,复合坝体试件的弹性模量和抗压强度总体均呈现降低趋势,抗拉强度上升趋势不明显。 展开更多

关键词 地下储水空间 含水率 煤柱+人工 复合坝体 力学性能

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浅埋高强度采动巷道围岩松动圈演化规律研究 被引量：21

6

作者 赵宾 梁宁宁 +1 位作者 王方田 刘兆祥 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第5期33-39,46,共8页

为研究浅埋采动巷道围岩松动圈演化规律,保证煤矿地下水库的安全运行,以补连塔煤矿典型浅埋高强度综采面为工程背景,综合运用理论分析、数值模拟、现场实测等方法对采动影响下的矩形巷道受力变形特征进行了分析。研究表明:浅埋高强度采... 为研究浅埋采动巷道围岩松动圈演化规律,保证煤矿地下水库的安全运行,以补连塔煤矿典型浅埋高强度综采面为工程背景,综合运用理论分析、数值模拟、现场实测等方法对采动影响下的矩形巷道受力变形特征进行了分析。研究表明:浅埋高强度采动巷道松动圈主要集中在两帮呈"凸"型发育,受采空区残余支承压力影响程度大于工作面超前支承压力,巷道煤柱侧松动范围较工作面侧严重;巷道在二次采动阶段受一次采动和回采稳定的叠加影响破坏最严重,为保证遗留煤柱长期稳定性提出了锚网喷联合支护方法。研究成果为煤矿地下水库安全运行及类似条件下巷道围岩控制提供了科学依据。 展开更多

关键词 浅埋巷道 松动圈 采动响应 围岩稳定性 煤柱坝体

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西部某水库大坝坝基保护煤柱范围的确定 被引量：3

7

作者 张丽艳 刘芙荣 《水科学与工程技术》 2020年第5期51-53,共3页

西部某水库是一座具有供水等功能的大型水库,其下部埋藏大量的煤炭资源。大坝位于某煤矿井田北部勘探区范围内。按照概率积分法反演计算了三种工况的保护煤柱宽度,依据规范并结合开采地表沉陷规律,采用零沉降反演计算保护煤柱宽度,确定... 西部某水库是一座具有供水等功能的大型水库,其下部埋藏大量的煤炭资源。大坝位于某煤矿井田北部勘探区范围内。按照概率积分法反演计算了三种工况的保护煤柱宽度,依据规范并结合开采地表沉陷规律,采用零沉降反演计算保护煤柱宽度,确定了大坝南侧保护煤柱宽度平均值;采用煤层群采动效应的数值模拟方法,对采动影响区地表变形和上部岩体应力和导水裂缝带高度进行了初步研究;为保证大坝安全,综合研究成果,最终采用2.5倍的安全系数划定煤矿禁采区的范围。 展开更多

关键词 大坝 禁采区范围 保护煤柱

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煤矿地下水库煤柱坝体宽度设计 被引量：38

8

作者 姚强岭 郝琪 +2 位作者 陈翔宇 周保精 方杰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期890-898,共9页

地下水库储水技术已成为西部矿区实现煤炭高效开采与水资源保护并重的重要途径之一,而煤柱坝体的稳定性是地下水库设计中极其重要的部分,对地下水库稳定性起决定性作用。煤柱坝体既要保证煤炭安全开采,也要保障地下水库安全运行。地下... 地下水库储水技术已成为西部矿区实现煤炭高效开采与水资源保护并重的重要途径之一,而煤柱坝体的稳定性是地下水库设计中极其重要的部分,对地下水库稳定性起决定性作用。煤柱坝体既要保证煤炭安全开采,也要保障地下水库安全运行。地下水库煤柱坝体的稳定不仅与埋深、采动应力、地质构造等工程地质条件有关,也与水作用下的弱化作用密切相关。为研究煤矿地下水库煤柱坝体在水作用下强度弱化规律,选取西部矿区麻地梁矿5煤为研究对象,开展煤样无损浸水试验和不同含水率及反复浸水条件下单轴压缩试验。研究得到:不同含水率的煤样在0～20 h内,含水率快速增长; 20 h之后,含水率增长变缓,在20～70 h,含水率慢速增长;在70～140 h,煤样含水率增长接近稳定;煤样含水率随着浸水时间的增加而增加,但增幅逐渐减少,最终趋于稳定;随着含水率(浸水次数)的增多,煤样单轴抗压强度逐渐降低,峰值应变逐渐增大,弹性模量逐渐降低。相较于干燥煤样,初次饱水煤样、浸水3次煤样单轴抗压强度分别降低了27.1%,50.0%,弹性模量分别降低34.6%,58.5%。结合实验室试验结果,运用弹塑性力学理论探讨了煤柱坝体在不同含水率下破坏区、塑性区宽度,开展了考虑覆岩压力、水压力以及水的弱化作用下煤柱坝体宽度设计研究,并结合麻地梁矿的工程地质条件,对其地下水库坝体的宽度进行了设计。同时,进一步分析了煤柱坝体宽度的影响因素,得到含水率、埋深、煤层采厚均对煤柱坝体宽度有很大影响。 展开更多

关键词 地下水库 煤柱坝体 含水率 生态脆弱矿区 保水采煤

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煤矿地下水库煤柱坝体极限水头值研究 被引量：7

9

作者 白东尧 鞠金峰 许家林 《煤炭技术》 北大核心 2017年第8期184-186,共3页

安全煤柱坝体所能承载的极限水头值大小对煤矿地下水库系统安全运行有很大影响。以李家壕煤矿为例,综合运用数值模拟,理论分析研究了水库稳定性与煤柱坝体所能承载的临界水压的关系。二者对于煤柱稳定性的影响相反,最后利用煤柱所能承... 安全煤柱坝体所能承载的极限水头值大小对煤矿地下水库系统安全运行有很大影响。以李家壕煤矿为例,综合运用数值模拟,理论分析研究了水库稳定性与煤柱坝体所能承载的临界水压的关系。二者对于煤柱稳定性的影响相反,最后利用煤柱所能承载的极限水头值与塑性区宽度之间的函数关系对安全煤柱的极限水头值进行了预测。 展开更多

关键词 安全煤柱坝体 极限水头值 低速非线性

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煤矿废弃井巷抽水储能理论与技术框架 被引量：7

10

作者 葛帅帅 冯国瑞 +2 位作者 姚西龙 栗继祖 畅一帆 《煤炭工程》 北大核心 2021年第7期91-96,共6页

废弃井巷抽水储能能够实现废弃矿井资源化利用及可再生能源电力的消纳,但煤矿废弃井巷抽水储能的理论及技术体系仍需进一步完善。通过分析我国主要产煤省份煤炭开采空间分布情况,揭示了我国煤矿废弃井巷抽水储能发展的巨大潜力;从工程... 废弃井巷抽水储能能够实现废弃矿井资源化利用及可再生能源电力的消纳,但煤矿废弃井巷抽水储能的理论及技术体系仍需进一步完善。通过分析我国主要产煤省份煤炭开采空间分布情况,揭示了我国煤矿废弃井巷抽水储能发展的巨大潜力;从工程背景、科学问题、关键技术和工程实践等方面阐述了废弃井巷抽水储能的理论与技术框架。研究结果表明:采空水赋存规律及资源化利用方法、人工坝体及煤柱多场耦合变形机理、废弃井巷抽水储能技术经济原理及煤矿回采与废弃井巷抽水储能过渡机制是废弃井巷抽水储能开发的亟需解决的科学问题;采空水资源评估及生态利用技术、煤柱防渗改造技术、人工坝体设计建设技术及底板防渗改造技术等技术是废弃井巷抽水储能需要攻关的关键技术。进一步厘清了废弃井巷抽水储能开发的理论研究体系,并为废弃井巷抽水储能技术研发及推广应用提供了参考。 展开更多

关键词 废弃井巷 抽水储能 技术框架 采空水 煤柱防渗 人工坝体 底板防渗

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灵新煤矿地下水库煤柱坝体合理尺寸研究 被引量：3

11

作者 周光华 邵俊杰 +1 位作者 吴宝杨 严永胜 《中国煤炭》 2021年第3期118-124,共7页

近年来,煤矿地下水库技术已成为西部地区保护和利用矿区水资源的重要手段,地下水库矿井水已成为西部地表生态灌溉的重要水源之一。以西部矿区灵新煤矿近距离倾斜煤层群采掘地质条件为工程背景,针对该矿首座煤矿地下水库建设过程中遇到... 近年来,煤矿地下水库技术已成为西部地区保护和利用矿区水资源的重要手段,地下水库矿井水已成为西部地表生态灌溉的重要水源之一。以西部矿区灵新煤矿近距离倾斜煤层群采掘地质条件为工程背景,针对该矿首座煤矿地下水库建设过程中遇到的煤柱坝体留设问题,采用数值模拟的方法,分析了六采区工作面开采和水库储水压力两大因素对煤矿地下水库煤柱坝体的影响。研究表明:相关工作面回采后,会在煤柱坝体及邻近围岩中产生塑性区,随着煤柱坝体宽度的增加,煤柱坝体及附近围岩中塑性区相互贯通的趋势逐渐减弱。当煤柱坝体宽度增至50 m时,塑性区相互贯通的现象消失;当煤柱坝体宽度增加到60 m时,煤柱坝体及邻近围岩中的塑性区间距(塑性区未贯通区域)扩大至40 m左右。在储水压力作用下,煤柱坝体及邻近围岩中的塑性区裂隙将发生二次扩展,随着水压的增大,裂隙扩展长度逐步增大,在3 MPa水压(储水高度300 m)作用下塑性区裂隙扩展长度达到5 m左右。因此,为防止水力作用下煤矿地下水库透水灾害的发生,认为煤柱坝体合理尺寸应取60 m。 展开更多

关键词 灵新煤矿 煤矿地下水库 煤柱坝体 数值模拟 塑性区

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煤矿分布式地下水库煤柱坝体合理布置方式 被引量：10

12

作者 吴宝杨 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2018年第9期68-72,78,共6页

针对神东矿区大柳塔矿特定的地质条件和现代化开采技术,采用相似模型试验的方法,分析研究了煤矿分布式地下水库煤柱坝体的留设及其稳定性问题,对分布式地下水库的煤柱布置方式进行了划分:在垂直于煤层平面方向上可分为对齐布置和错开布... 针对神东矿区大柳塔矿特定的地质条件和现代化开采技术,采用相似模型试验的方法,分析研究了煤矿分布式地下水库煤柱坝体的留设及其稳定性问题,对分布式地下水库的煤柱布置方式进行了划分:在垂直于煤层平面方向上可分为对齐布置和错开布置,在平行于煤层平面方向上可分为短工作面布置和长工作面布置。基于此,提出了煤柱坝体的合理留设方式:在平行于煤层平面方向上,煤柱的布置方式以工作面开采形成的采空区破裂带高度略小于两煤层的层间距为宜;在垂直于煤层平面的方向上煤柱的布置方式以对齐布置为宜。 展开更多

关键词 煤矿地下水库 煤柱坝体 相似模拟 布置方式 煤柱稳定性

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矿井水库煤柱坝体力学性能分析 被引量：5

13

作者 李雨萌 王文才 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2020年第1期233-237,共5页

为研究矿井采空区地下水库煤柱坝体在井下作业环境中的力学性能变化以及变形情况,以李家壕煤矿为研究背景,采用实验室相似模拟和FLAC3D数值模拟的方法,首先,将取自李家壕煤矿3-1煤层的煤样按照ISRM加工成标准试样,试样按照一定时间周期... 为研究矿井采空区地下水库煤柱坝体在井下作业环境中的力学性能变化以及变形情况,以李家壕煤矿为研究背景,采用实验室相似模拟和FLAC3D数值模拟的方法,首先,将取自李家壕煤矿3-1煤层的煤样按照ISRM加工成标准试样,试样按照一定时间周期浸水处理,对其进行力学性能分析实验;随后,采用数值模拟技术模拟煤柱坝体的实际作业环境,分析煤柱坝体力学性能和变形情况。研究得出:水对煤样有软化作用,随着浸水时间的增加煤样单向抗压强度、单向抗拉强度均有所下降,但并未出现规律性递减趋势;在软化作用和上覆岩层的压力的共同作用下,煤柱浸水面容易发生水平变形,变形随着时间的增长逐渐增大,靠近底板处的变形量最大,从而现场煤柱更容易遭到破坏。 展开更多

关键词 FLAC3D 煤柱坝体 单向抗压强度 单向抗拉强度 弹性模量

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龙洞湾煤矿水库坝体下采煤工艺安全性研究 被引量：1

14

作者 徐志勇 《煤炭与化工》 CAS 2019年第9期6-8,15,共4页

为充分利用受龙洞湾煤矿太平寺水库坝体压覆资源,根据煤层赋存、地层含隔水性及地表水体特征,采用Matlab预测开采地表变形值;并采用矸石条带和错柱充填法控制顶板位移,保证了水库坝体安全,有效利用坝体压覆资源,改变了传统的、资源回收... 为充分利用受龙洞湾煤矿太平寺水库坝体压覆资源,根据煤层赋存、地层含隔水性及地表水体特征,采用Matlab预测开采地表变形值;并采用矸石条带和错柱充填法控制顶板位移,保证了水库坝体安全,有效利用坝体压覆资源,改变了传统的、资源回收率较低的房柱式采煤法,实现了无煤柱开采,水体下采煤实际回采率达到了90.5%,为矿井安全生产、资源有效利用和环境保护提供了可靠保障。 展开更多

关键词 水库坝体 无煤柱开采 错柱充填 地面变形

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缓倾斜煤层地下水库煤柱坝体宽度计算及影响因素分析

15

作者 吴宝杨 曹志国 +3 位作者 于利强 李鹏 王雁冰 左畅 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期277-284,共8页

为分析缓倾斜煤层条件下煤矿地下水库煤柱坝体的影响因素,建立煤矿地下水库煤柱坝体力学模型,划分地下水库煤柱坝体在复杂应力环境下的强度分区,构建煤体的理想弹塑性应变软化模型,区分煤体的破坏过程阶段,推导煤柱坝体合理宽度的理论... 为分析缓倾斜煤层条件下煤矿地下水库煤柱坝体的影响因素,建立煤矿地下水库煤柱坝体力学模型,划分地下水库煤柱坝体在复杂应力环境下的强度分区,构建煤体的理想弹塑性应变软化模型,区分煤体的破坏过程阶段,推导煤柱坝体合理宽度的理论计算公式,并以灵新煤矿一采区煤矿地下水库煤柱坝体合理尺寸问题为例,分析不同因素对煤柱坝体理论宽度的影响规律。结果表明:与煤矿地下水库运行期间的储水因素(储水时间、储水高度及水源情况)相比,煤矿地下水库所处煤层的地质条件(厚度及埋深)对煤柱坝体合理宽度的影响要更大。 展开更多

关键词 地下水库 煤柱坝体 采动应力 理论计算 影响因素

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水岩作用下煤体孔裂隙结构演化特征及驱动机制实验研究 被引量：3

16

作者 张村 贾胜 +3 位作者 王方田 刘金保 王伟 乔元栋 《应用基础与工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期185-196,共12页

为了掌握煤体长期水浸孔裂隙结构演化特征及其驱动机制,提出了基于核磁共振(NMR)和矿物成分分析(XRD)的煤体孔裂隙结构与矿物成分的CT扫描精确表征重构方法,对比分析了水浸前后孔裂隙、矿物成分的演化特征.结果表明:(1)煤样总体孔隙率... 为了掌握煤体长期水浸孔裂隙结构演化特征及其驱动机制,提出了基于核磁共振(NMR)和矿物成分分析(XRD)的煤体孔裂隙结构与矿物成分的CT扫描精确表征重构方法,对比分析了水浸前后孔裂隙、矿物成分的演化特征.结果表明:(1)煤样总体孔隙率由浸水前的20.3%增加到浸水后的22.6%,矿物成分体积占比则由浸水前的9.6%降至浸水后的7.9%,表明孔隙率的增加主要是由于黏土矿物成分溶于水所致.(2)连通孔占比由浸水前的19.21%增加到浸水后的21.29%,孤立孔则仅增加了0.16%,表明增加的孔裂隙中主要为连通性孔裂隙.(3)煤样浸水前孔隙半径范围为0.0012~0.5742μm,浸水后煤样孔隙半径范围缩小至0.0014~0.4337μm,煤样内部各截面孔裂隙占比方差由0.0006降至0.0002,表明浸泡使得煤样孔径分布更加均匀,大孔径裂隙占比减小的主要原因是部分矿物成分润湿膨胀并扩散吸附至裂隙表面.研究结果有助于评估矿井地下水库煤柱坝体在长期水浸过程中的承载渗流能力. 展开更多

关键词 煤柱坝体 CT扫描 三维重构 水岩作用 孔隙结构 矿物成分 演化机制

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废弃矿井遗留煤柱-人工坝黏结体失稳特征试验研究 被引量：5

17

作者 杨科 吕鑫 +6 位作者 刘钦节 杨彦群 池小楼 方珏静 付强 王于 张寨男 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期1071-1083,共13页

煤柱-人工坝构建对利用关闭/废弃矿井地下空间储水至关重要,保证煤柱-人工坝黏结体结构稳定性是保障关闭/废弃矿井地下空间储水安全有效的基础。基于煤柱-人工坝黏结体受力状态分析,考虑三因素三梯度的黏结变量,制备29组不同黏结结构煤... 煤柱-人工坝构建对利用关闭/废弃矿井地下空间储水至关重要,保证煤柱-人工坝黏结体结构稳定性是保障关闭/废弃矿井地下空间储水安全有效的基础。基于煤柱-人工坝黏结体受力状态分析,考虑三因素三梯度的黏结变量,制备29组不同黏结结构煤柱-人工坝类煤岩试件,开展无侧压单轴压缩试验;并基于煤柱-人工坝黏结体强度、应变变化、能量演化规律与宏观破坏特征,分析煤柱-人工坝黏结体角度、宽度、深度参数对试件性能与失稳模式的影响。研究结果表明:煤柱-人工坝黏结体受力状态根据黏结紧密性可分为分体承载、分担承载和协同承载,且分别对应3种本构模型;煤柱-人工坝黏结体各组试件单轴压缩破坏过程中存在典型全应力-应变曲线各阶段特征,以角度参数划分的3条强度曲线均呈现出“V-v-V”型结构;将轴向应变以角度参数绘制曲线时,曲线趋势复杂,在30mm宽度时呈现为先减小后增加的趋势,35mm宽度时则表现为持续减小,而40mm宽度时表现出持续上升的趋势;试件能量变化与应力-应变曲线各阶段相对应,同时敏感性分析表明深度参数是试件强度的主控因素,而角度的改变引起的轴向应变变化最为明显,最优参数组合为70-30-7.5;根据黏结体试件破坏形态分析结果,煤柱-人工坝黏结体试件可分为分散双劈裂失稳、联合单劈裂失稳和承载双柱状失稳3种模式。 展开更多

关键词 关闭/废弃矿井 煤柱-人工坝 地下水库 黏结组合体 失稳模式

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复杂应力环境煤柱坝体损伤破坏规律研究 被引量：14

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作者 王方田 梁宁宁 +1 位作者 李岗 赵宾 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第6期1145-1152,共8页

煤矿地下水库是实现水资源保护与利用的有效技术途径,其中煤柱坝体稳定性对保障地下水库系统安全具有重要影响。针对地下水库煤柱坝体处于动静载叠加的复杂应力环境,结合补连塔煤矿地下水库工程背景,采用FLAC3D程序构建复杂应力场下煤... 煤矿地下水库是实现水资源保护与利用的有效技术途径,其中煤柱坝体稳定性对保障地下水库系统安全具有重要影响。针对地下水库煤柱坝体处于动静载叠加的复杂应力环境,结合补连塔煤矿地下水库工程背景,采用FLAC3D程序构建复杂应力场下煤柱坝体动态损伤数值计算模型,研究多工作面开采侧向支承压力分布及动载荷作用下煤柱坝体动力响应规律,并采用声波探测巷道围岩松动圈范围。研究结果表明:受邻近工作面采动影响,煤柱处于较高的侧向支承压力影响区,塑性区发育范围较大;受矿震等动载荷影响,煤柱围岩塑性区发育面积及发育深度显著增加,竖向应力极值点向纵深方向发展;巷道围岩松动圈发育深度煤柱侧大于工作面侧,在重复采动残余支承压力和动载叠加作用下煤柱损伤破坏程度更严重。研究结果为地下水库建设与长期安全运行提供了科学依据。 展开更多

关键词 地下水库 煤柱坝体 动静载 损伤破坏 松动圈

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煤岩体流固耦合参变系统的构建与应用 被引量：1

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作者 姚强岭 闫鸿远 +2 位作者 李学华 姚文博 王夫榕 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第3期429-440,共12页

通过建立有效的评价模型预测煤矿地下水库煤柱坝体在服务期间的渗透特征。运用数值模拟技术重构了煤柱坝体采场应力环境,并基于不同尺度煤岩体渗透性质相关性的假设,搭建了力学-渗流模型耦合参变系统,预测并分析了相邻工作面采掘扰动条... 通过建立有效的评价模型预测煤矿地下水库煤柱坝体在服务期间的渗透特征。运用数值模拟技术重构了煤柱坝体采场应力环境,并基于不同尺度煤岩体渗透性质相关性的假设,搭建了力学-渗流模型耦合参变系统,预测并分析了相邻工作面采掘扰动条件下的煤柱坝体渗透特征。研究结果表明:1)围压对煤样渗透能力的影响程度明显大于轴压,渗透介质的低渗特性是工程岩体渗透环境中主体隔水结构形成的基础;2)煤柱坝体与采场围岩内部存在不规则隔水区域,高侧向支承压力分布范围越大,弹性核区的隔水范围越大;3)煤柱坝体受采掘扰动较严重的位置易出现顶底板沟通型渗漏通道,停采线与人工坝体之间的空巷帮部存在低速渗透的威胁。 展开更多

关键词 地下水库 煤柱坝体 应力环境 流固耦合 渗透环境

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基于矿井地下水库的煤矿采空区地下空间利用模式与关键技术 被引量：10

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作者 张村 贾胜 +3 位作者 吴山西 刘金保 焦越 张晨曦 《科技导报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第13期36-46,共11页

利用煤矿采空区建设矿井地下水库对实现矿井采空区地下空间及矿井水资源化、能源化利用,促进矿区环境生态保护意义重大。综合国内外典型案例,论述了基于矿井地下水库的矿井地下空间及水资源的3种利用模式:矿井地下储滤水库、抽水蓄能电... 利用煤矿采空区建设矿井地下水库对实现矿井采空区地下空间及矿井水资源化、能源化利用,促进矿区环境生态保护意义重大。综合国内外典型案例,论述了基于矿井地下水库的矿井地下空间及水资源的3种利用模式:矿井地下储滤水库、抽水蓄能电站及矿井地热开发利用。与国外传统地下水库以井巷为主要存储空间相比,目前国内构建的地下水库主要以矿井采空区垮落带为存储空间,这使得矿井地下水库的容量大幅度提升,且垮落带内的煤矸石对矿井水还具有过滤作用。在此基础上,凝练了中国煤矿地下水库2个关键科学问题:矿井地下水库库容能力和矿井地下水库稳定性控制。探讨了库容能力和坝体稳定性控制的影响因素和现阶段主要研究手段,提出了在产矿井和资源枯竭型矿井建设地下水库的后续研究方向。 展开更多

关键词 资源枯竭型矿井 矿井地下水库 矿井地下空间 储水系数 水库坝体

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