深部裂隙

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。

在采动影响下，综采工作面覆岩裂隙的空间分布对矿井突水灾害防控和瓦斯抽采具有重要意义。以潘二矿18111工作面为背景，采用相似物理模拟、数值模拟及理论分析，研究了裂隙的分布演化规律和导水裂隙的发育高度。研究发现，随着工作面的推进，工作面两端存在裂隙聚集带，裂隙发育高度较大且多以大角度裂隙为主。数值模拟和相似模拟试验结果表明，裂隙发育角度呈现区域性分布特征。综合分析结果显示，导水裂隙的发育高度约为54～60.8米。这些研究成果对类似工程条件下的裂隙演化特征研究具有重要的参考价值。

针对深部煤层开采过程中可能出现的动力灾害，如量级大、破化程度高等问题，采用理论分析方法。首先，利用王家山煤矿深部急倾斜煤层开采的微震数据，通过CMEAS算法优化微震台网布局，得到最佳解。其次，建立了综合微震多参数预警指标体系，并根据实际监测数据制定危险判断标准。最后，在最优微震台网下，基于实地监测数据，探讨了工作面顶底板岩层及正前煤层震动的时空演化规律。另外，采用数值计算模拟了工作面开采过程中煤岩体位移场和应力场的变化，以及周边断层的活化模式，揭示了深部开采对力学响应的影响规律。

统计分析了开滦矿区唐山矿和赵各庄发生的冲击地压事故，阐述了该区域深部冲击地压灾害的显现特征，并探讨了构造应力、煤岩体物理力学性质、开采深度和开采技术条件等因素对冲击地压发生的主导作用。结合开滦矿区的实际情况，提出了治理该地区深部冲击地压灾害的合理措施。

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。

为了探究潞安矿区不同开采工艺对裂隙带高度的影响规律，通过地面施工20余个勘探钻孔，并采用水文观测、注水试验等多种手段，详细研究了采空区顶板岩层裂隙的分布情况。统计分析大量实测数据后发现，综放开采工艺在相同煤层条件下裂隙带发育最为显著，裂隙带高度相较于分2层综采工艺降低了24%。但裂采比值约为20，与初分层开采裂采比基本持平。研究还确定了潞安矿区裂隙带高度的计算经验公式，为水体下采煤提供了科学依据。

深部综采工作面厚顶板的不稳定性常导致煤岩动力灾害。为应对这一问题，基于煤岩力学特性，建立了爆破弱化顶板的力学分析模型。采用LS-DYNA有限元程序、ALE算法和3DEC离散单元法，计算爆破对岩体裂纹扩展的影响范围，确定了爆破位置和卸压高度，为爆破减灾方案提供了理论支持。研究表明，爆破作用能有效消除应力集中区域，通过21102工作面顶板深孔爆破方案验证了其显著的断裂效果。

利用水化学测试、统计分析和水文地球化学分析等方法，对顾北煤矿四个主采煤层顶板的76组砂岩水样进行了系统研究，详细分析了各煤层顶板水的水化学反应类型及其成因。研究结果显示，顾北煤矿煤层的埋藏条件和水文地球化学环境影响显著，13-1煤层属于Cl-Na型，主要受溶解过滤和阳离子交换影响；11-2煤层为HCO