煤岩体失稳

煤体结构是影响煤层气储层产能的重要因素之一。原生结构煤和碎裂结构煤的物理力学性质存在显著差异，利用这些差异可以有效区分煤体结构。本研究基于阵列声波测井资料，提取煤岩纵横波速度比和抗剪强度参数，并进行统计分析，确定了区分原生结构煤与碎裂结构煤的波速比和抗剪强度阈值范围。结果表明，联合使用这两种参数可以有效识别煤体结构类型，准确率达到84%。

煤矿巷道断层影响区内的煤岩体在采动作用下易发生失稳和破碎，这对于支护参数的优化和安全开采至关重要。以屯宝煤矿1193工作面为例，结合工程地质调查、理论分析和现场观测，定量分析了断层影响区内煤岩体深层临界失稳范围。通过钻孔裂隙统计分析及深部围岩节理裂隙特征研究，确认了巷道围岩深层临界失稳范围约为2.32米。针对巷道顶板侧和煤壁侧深层临界失稳范围的不同特点，对支护参数进行了优化，以确保巷道的稳定性和安全开采。

本研究深入探讨深部高应力条件下裂隙煤岩体的变形破坏特征及改性强化机理。通过现场实测和数值模拟分析，研究了不同埋深条件下煤岩体的地应力分布、裂隙特征及其摩尔强度特性。在此基础上，建立了裂隙悬臂梁力学模型，分析了裂隙扩展的临界条件及改性强化过程中的压力曲线特征。通过实验得出，改性强化压力通常在15~30 MPa范围内。综合研究结果，提出了深部裂隙煤岩体改性强化的基本原则及工程应用建议。

通过对断裂破碎带岩体有限数量裂隙样本的数理统计分析，建立了裂隙倾向、倾角、迹长、隙宽、间距等几何参数的随机概率统计模型。运用 Monte Carlo 方法反演构建了该区域岩体裂隙网络系统，结果显示裂隙网络模型符合高斯、负指数分布规律。实例分析表明，研究区岩体裂隙网络渗透性较好，80%以上的结构面相互连通，阻水性能差，并呈现出 NE、NW 和近 EW 三个优势导水方向。

为解决煤层强度低、割理发育导致的煤层气井井壁失稳问题，本研究结合现场取样统计分析和扫描电镜等试验手段，对研究区煤岩的宏微观结构、力学强度参数及变形破坏特征进行了深入分析。在此基础上，利用通用离散元数值模拟软件，构建了充分反映煤岩割理结构的模型，探究了影响煤层气井井壁稳定性的关键因素。 研究发现，研究区煤岩割理发育，面割理和端割理近似垂直，呈现网状和树枝状分布。煤岩力学参数离散性强，单轴和三轴压缩试验表明，煤岩应力应变曲线均表现出压密、弹性、屈服和脆性破坏四个阶段。 不考虑渗流作用时，井周最大剪切应力和剪切位移随井底压力的变化趋势一致，均呈现先减小后增大的趋势。此外，井径增大会导致井周剪切位移增大，增加井壁失稳风险。在井径恒定的情况下，割理密度越高，煤层井周块体越容易发生剪切滑落，井眼稳定性越差。 本研究结果可为煤层气井安全高效钻井提供理论依据。

利用数理统计分析方法对榆树沟煤矿开采14号煤层上的新近系含水层防水煤岩柱进行了设计分析，并取得了显著效果，对其他具有类似水文地质条件的矿井防水煤岩柱设计具有重要的指导意义。

为解决现有煤体单轴抗压强度（UCS）测试数据利用率低的问题，采用数据筛选与分析、数理统计、聚类分析方法，提出一种有效的煤体强度差异评估及分级方法。本研究搜集整理了来自山西、山东、内蒙古、陕西、新疆等主要产煤省份及地区129座矿井的808组煤体UCS数据，并分析了其分布特征与规律。结果显示，煤体UCS分布范围为1.37～55.48 MPa，满足正态分布，平均强度为16.11 MPa，标准差为8.93 MPa。根据单轴抗压强度分级标准，将煤体强度分为Ⅰ（1～10 MPa）、Ⅱ（10～15 MPa）、Ⅲ（15～25 MPa）、Ⅳ（25～40 MPa）、Ⅴ（40～60 MPa），并提供了相应的评分等级。研究成果可为煤体强度分级及工程设计提供重要参考依据。

在矿业和土木工程中，地质力学数据的数量和精确度不足。分析巷道顶板取样点岩石性质的变异性，并探讨不同地质力学数据处理方法对数值模拟结果的影响。研究应用了四种统计处理方法：平均值、平均值减去标准差、中位数以及平均值减去统计误差，结果显示这些方法在模型建立过程中产生了显著差异。

基于平衡路径，通过分支点失稳分析压杆的稳定性。

为研究巷道顶板离层变化规律，基于离层的时间序列理论和弹性梁的弯曲理论，利用Maple符号运算和SAS统计分析功能，建立了考虑锚杆锚固因素和水平地应力因素的顶板力学模型。提出了确定离层临界值的方法，包括弹性临界值ωmax和失稳临界值δmax。通过分析离层预测值Xt与ωmax、δmax之间的关系，可确定巷道的合理支护时间以及判断顶板失稳。探讨了围岩失稳机制及其离层临界值的力学意义。以东滩矿1305运输巷道作为算例，得出：该巷道的ωmax和δmax值分别为16mm、35mm。在离层值达到16mm之前进行合理的加强支护可维持围岩稳定；当离层值达到35mm时，巷道即将失稳，需要采取防冲和冒顶预防措施。