中国博士后科学基金(2003033204)
- 作品数：8 被引量：335H指数：6
- 相关作者：尹尚先武强王尚旭杨武洋王文祥更多>>
- 相关机构：中国矿业大学（北京）中国石油大学（北京）华北科技学院更多>>
- 发文基金：中国博士后科学基金教育部“新世纪优秀人才支持计划”高等学校科技创新工程重大项目更多>>
- 相关领域：矿业工程天文地球建筑科学更多>>
- 北方岩溶陷落柱的充水特征及水文地质模型被引量：95
- 2005年
- 岩溶陷落柱是中国北方型石炭二迭纪煤田的一种特殊隐伏垂向构造,广泛分布于20个煤田45个煤矿区,对煤矿安全生产危害极大。为实现岩溶陷落柱的数学模拟并准确预测其涌(突)水量,进行了其充水特征及受控机制的研究,并建立了水文地质模型。研究表明,陷落柱的充水受地质构造运动、地下水径流条件、柱体内物质组成、压实和胶结情况以及承受水压大小等多种条件与因素的控制和影响,而各种因素又彼此促进和相互制约,只有处在现代岩溶水强径流带和集中排泄带并隐伏埋藏在地下水水位以下者,才能构成突水的潜在威胁。真正造成突水危害的还需要其他条件的配合,这就决定了绝大部分北方岩溶陷落柱并不充水也不导水。若岩溶陷落柱一旦突水,水量大且迅猛,预测及防治难度极大。按照系统论的观点,灰岩地下水是其补给源,柱体本身是充水通道,井巷或采煤工作面是其排泄点,岩溶陷落柱作为矿井地下水广义三重介质渗流系统的一类介质,自身又构成了独特的岩溶陷落柱水文地质子系统。对于子系统内部特征的详细深入研究,可将陷落柱划分为全充水强导水型、边缘充水导水型和不导水或微弱导水疏干型等3种类型,在地下水系统中相应地概化为垂向管道、主干裂隙或垂向越流介质、隔水体或无影响介质,通过数学模型的解算实现矿井涌(突)水量的?
- 尹尚先武强王尚旭
- 关键词：岩溶陷落柱充水特征水文地质模型突水
- 范各庄矿井地下水系统广义多重介质渗流模型被引量：27
- 2004年
- 为充分体现矿井裂隙水系统的强烈非均质性和不连续特征,运用广义多重介质理论,系统地研究了范各庄煤系含水介质。地质研究及水文地质试验表明,陷落柱作为含水介质的主干裂隙,其水文地质特征、渗流量计算等均不同于断裂裂隙或褶皱轴部裂隙,应概化为另一类主干裂隙介质;范各庄矿井地下水系统以煤层底板砂岩介质为主要目标含水层,F0断层及其伴生构造、井口向斜轴部、塔坨向斜轴部、13#陷落柱为主干裂隙,其间为等效裂隙岩块;主干裂隙控水且主干裂隙水流服从水流三次方定律,陷落柱等同水流管道,裂隙岩块等效多孔渗流介质;用水量交换耦合组成了广义三重介质渗流模型,该模型充分体现了煤系裂隙含水系统流场的空间特征,特别是强径流带和局部非连续渗流特征。广义三重介质渗流模型的流场和模型识别显示,范各庄矿井底板砂岩含水层正常裂隙岩块的渗透性及储水性较差,矿井水主要来源于构造导通的下部灰岩含水层;以不同矿井(突)涌水量为输入,运行系统模型,所得的流场形态分析认为,三水平12煤—14煤含水层的正常涌水量以0.167m3/s较为适当,最大涌水量不超过0.25m3/s,矿井正常总涌水量为0.333～0.417m3/s,矿井最大总涌水量为0.5m3/s。
- 尹尚先武强王尚旭
- 关键词：水文地质
- 煤层底板陷落柱突水模拟及机理分析被引量：76
- 2004年
- 岩溶陷落柱是中国北方型石炭二迭系煤田的一种特殊塌陷,广泛分布于20个煤田45个煤矿区,其导致的突水具有隐蔽性、突发性且与岩溶水有天然联系等特点,对煤矿安全生产危害极大。为研究煤层底板陷落柱破坏特征及突水机理,采用FLAC3D模拟分析了陷落柱影响下采面推进过程的不同阶段。数值模拟及实验显示,由于陷落柱的面积有限,矿压和水压力联合作用下使其发生弯曲并形成拉张破坏的可能性较小,一般产生剪切破坏,虽然升、降错动产生的剪应力、上凸弯曲产生的拉应力和压应力的三重作用导致煤层底板岩层失稳破坏,但以剪应力作用为主;同时,陷落柱的存在改变了煤层底板的地质环境和岩体结构,底板有效隔水层厚度减小,岩体强度降低,应力-应变分布不均,局部应力集中系数增大,使关键层的最小主应力进一步降低,一旦承压水压力大于关键层的最小主应力,承压水的渗水软化和压裂扩容即起作用,使底板岩层破坏裂隙沿最薄弱方向进一步扩展,导致裂隙贯通,最终形成管涌,发生突水。特别是,陷落柱的边壁、工作面底板压缩区与膨胀区的分界线重合在一条线上时,是底板岩层发生剪切破坏的最佳状态,最容易发生底臌突水。
- 尹尚先武强
- 关键词：采矿工程突水机理陷落柱煤层底板岩溶水煤矿安全
- 华北煤矿区岩溶陷落柱特征及成因探讨被引量：111
- 2004年
- 岩溶陷落柱是中国北方型石炭二迭纪煤田的一种特殊隐伏垂向构造,广泛分布于20个煤田45个煤矿区。通过对华北煤矿区岩溶陷落柱内部物质特征和外部形态特征的综合分析,认为适当的岩溶及地质构造是岩溶陷落柱形成的基本要素,其形成过程是多种因素影响的复杂动力地质过程。以奥灰岩层中岩溶发育为基础,地下水的强烈交替为条件,岩体自重重力、地应力集中以及溶洞内的真空负压三重作用为动力,经过迅速垮落、溶蚀、搬运、塌陷、冒落等周而复始的过程,分阶段逐步形成陷落柱。向斜轴部的岩层底面受张拉破碎为‘倒楔形’岩块,背斜轴部岩层底面受压破碎为‘正楔形’岩块。在重力作用下向斜轴部有利于岩块整体下移形成陷落柱,从力学上解释了‘华北地区岩溶陷落柱集中发育多在向斜褶曲部位而不是背斜轴部’这一基本规律。
- 尹尚先武强王尚旭
- 关键词：工程地质陷落柱岩溶发育
- 陷落柱突水模式及理论判据被引量：71
- 2004年
- 不论岩体结构如何,地下水总是寻找采掘小区域内的构造软弱带,突破其中的关键部位(层),而形成突水。大量防治水实践和理论证实,突水通道一般呈横截面积有限、形状各异、类似陷落柱的柱体管道,因此,可以将煤矿突水‘柱体突水通道’设想为力学中的‘厚壁筒’,其顶底板突水类似‘筒盖’破坏失稳,煤柱侧壁突水则与‘筒壁’破坏失稳相似,而突水通道中的地下水压力和围岩地应力即为厚壁筒的内外压力;以‘柱体突水通道’和‘厚壁筒’的完全吻合为基础,将突水通道概化为‘柱体突水通道’统一模式,并建立其‘厚壁筒’力学模型。在利用模型进行突水条件分析时,应用结构分析的剪切破坏理论方法,并对其中的力学条件和推导过程作了适当简化,由地下水压力突破构造软弱带内关键层时的极限平衡状态,得到了简单实用的突水理论判据,可以有效预测突水部位及突水与否,指导防治水工作。范各庄2171综采工作面特大突水模型的建立及突水理论判别的实际计算表明,‘柱体突水通道’突水模式概化准确,‘厚壁筒’力学模型切实可行,突水理论判据正确,且切合实际。
- 尹尚先王尚旭武强
- 关键词：陷落柱采矿工程地下水
- 不同尺度下岩层渗透性与地应力的关系及机理被引量：24
- 2006年
- 无论是地应力场宏观控制区域水文地质条件,还是微观影响含水介质的渗透特性,都有其深刻的内在发生机制,生产实例和实验室试验表明:在宏观地质大尺度下,岩层以破碎、位移适应地应力场变化并为地下水的富集及运动提供场所,地下水则以流动和压力传递来调整含水空间、扩张岩石裂隙实现流固宏观耦合,尽管地质历史时期构造应力场经历多起叠加改造,但形成区域主要构造骨架时的地应力场与渗流场具有相当的一致性,主渗透方向与最大水平主应力方向一致;在宏观地质中尺度下,应力变化剧烈区、极低地应力区、应力集中区、剪应力集中区等往往与含水介质的主干裂隙相一致,地应力均匀变化区则与基质的三重含水介质对应;在微观地质小尺度下,岩石空隙为三重孔隙介质,包括基质孔隙、裂缝孔隙和管道状孔隙,孔隙度和渗透率是有效应力的函数,孔隙岩块的孔隙度和渗透率随有效应力的变化关系符合指数型数学模型,裂缝型岩石宜用幂指数型数学模型描述,毛细管型岩石则用二次抛物线数学模型描述较为恰当.裂纹有效压缩系数、闭合压力计算揭示了裂缝性岩芯的渗透率和孔隙度损失较孔隙性岩芯损失大的机理,裂纹有效压缩系数计算还说明同一介质渗透率变化总是大于孔隙度变化;厚壁筒理论证实,实验得出的毛细管型岩石孔隙度和渗透率损失与有效应力的二次抛物线关系正确.
- 尹尚先王尚旭
- 关键词：地应力场渗流场三重介质有效应力孔隙度
- 监测采动岩层地应力变化预测矿井出水情况被引量：6
- 2007年
- 为有效预测矿井出水状况，防止矿井突水事故的发生，采用天然电磁波法矿山采动岩层地应力变化监测系统对梧桐庄矿182101采煤工作面全程采煤过程中的地应力变化进行监测，结合区域地应力的变化作出了7次出水情况预测意见，结果显示在做出预报后的1～4d时间内，出水量有明显的增加，持续很短时间后开始下降，并分析了出现这种现象的原因．该方法也可以对某些矿井地质灾害的发生提前作出预报，为煤矿制定合理有效的突水治理方案提供依据．
- 杨武洋王文祥智建水徐通峰王悍国
- 关键词：矿井突水
- 华北煤矿地下导水通道性质的研究被引量：6
- 2007年
- 运用三维天然电磁波勘探法在地面对开采的峰峰矿区梧桐庄矿3号异常区进行探测,资料解释结果表明:3号异常区存在一组发育的小断层,为断层导水,而不是陷落柱导水.经过少量的井下钻孔验证,证实了结果的正确性.
- 杨武洋王文祥智建水徐通峰王悍国
- 关键词：异常区导水通道
