覆岩及地表移动规律研究是合理留设保护煤柱,进行压煤开采合理设计的重要依据。通过地表钻孔冲洗液漏失量实测及设置地表移动观测站,研究了下沟煤矿巨厚白垩系砂岩含水层下综放开采的导水裂缝带发育高度及地表移动特点。研究结果表明:下沟煤矿导水裂缝带高度介于111.8～125.8m;同时由于洛河砂岩、宜君砾岩的存在,对地表岩层移动变形起到了一定的控制作用,而且开采充分度的影响使得地表移动变形值呈现较小的特点。

针对石拉乌素矿南翼首采221上106A综放开采工作面推进距离500m时采空区覆岩离层积水异常涌突事件，通过现场实测和理论分析，对此次异常突水事件的机理进行深入研究。研究表明：工作面采动期间距开采煤层310m的白垩系巨厚砂岩下形成的封闭离层积水是此次异常突水的水源；按照距106A工作面3.0km的覆岩变形破坏光纤监测孔所确定的裂采比为24.56，计算得导水断裂带发育高度不会沟通白垩系巨厚砂岩下形成的封闭离层。但由于离层积水具有荷载传递作用，导致下部导水断裂带与离层之间的岩层发生破坏，形成下行裂隙，使得导水断裂带沟通积水离层，形成离层突水。

体积比热与岩石含水率密切相关,但相关领域涉及较少,且含水率对体积比热影响没有形成系统的研究。对取自工程现场的2种粒径白垩系砂岩进行室内试验,测试含水率对体积比热的影响及变化机理。研究结果表明:常温下2种粒径白垩系砂岩的体积比热均随着含水率的不同而呈现不同的现象,随着含水率的增大其体积比热缓慢减小。分析了常温条件下岩石含水率与体积比热的关系,为在白垩系地层使用冻结法施工提供了有价值的参考经验。

为进一步认识白垩系地层冻结砂岩的物理力学特性,开展了不同温度状态下饱和中砂岩和粗砂岩的单轴压缩试验,对岩石应力应变状态、破坏形态及对岩石单轴抗压强度、弹性模量进行分析研究。结果表明:随着温度的降低,白垩系地层冻结砂岩单轴抗压强度和弹性模量明显增大,应力-应变曲线的压密段和塑性变形段不明显,表现出明显的弹性和脆性特征;岩样主要破坏形态为劈裂破坏和单斜面剪切破坏,且破坏强度较低;试样的单轴抗压强度值都随温度的降低而不断增大,同一温度状态下,中砂岩单轴抗压强度明显小于粗砂岩,且泊松比随温度的降低而减小,同等温度条件下粗砂岩泊松比小于中砂岩。依据试验结果可为冻结法凿井冻结壁和井壁的设计提供可靠的参数。

在野外实测地层剖面、钻井资料和二维地震资料解释的基础上,结合野外露头和钻井取心岩样的地球化学资料,总结分析了六盘山盆地白垩系的烃源岩发育特征,研究认为:K1l组暗色泥岩发育程度低,单层厚度薄,有机质丰度低但已达成熟阶段;K1n,K1m沉积厚度较K1l薄,暗色泥岩发育程度高,单层厚度厚,有机质丰度高,处于低成熟阶段。利用生物标志化合物对C1,C2井原油、露头沥青与白垩系烃源岩进行了油源对比分析,认为K1m与K1l烃源岩都发生过油气生成和运移,而K1l烃源岩为目前最现实的烃源岩;结合探井钻探效果分析,认为六盘山盆地油气勘探应以寻找靠近生烃中心的断裂发育区和构造圈闭为主。

导热系数对于分析岩石导热特性、热传导规律研究具有重要现实意义,也是冻结法施工穿越围岩重要热物理参数。导热系数与岩石内部矿物成分、微观结构等密切相关,但关于该领域研究较少,具体微观结构对导热系数影响效应研究不系统。基于此,以新庄煤矿白垩系地层富水砂岩为研究对象,现场采集具有代表性的中粒砂岩、粗粒砂岩进行室内试验。首先,对两种砂岩展开常温饱水导热系数测试,获得各自对应的导热系数范围值;而后,分别展开X光衍射、扫描电镜(SEM)等微观测试试验,获得两种砂岩各自对应内在矿物组分及结构,并对内在矿物成分的导热特性进行了系统分析;最后,结合晶格振动理论,分析了砂岩导热系数与微观结构的关系;研究结果表明:饱水白垩系砂岩的热导率大小主要是取决于岩石骨架和间隙液体的热导率。由于白垩系砂岩的孔隙度低,白垩系砂岩的岩石骨架的导热率大小取决于岩石的矿物成分。

为研究白垩系地层冻结砂岩的强度特性,采用MTS-815电液伺服岩石试验系统开展了不同温度状态下饱和中砂岩和粗砂岩的单轴压缩试验,获得冻结白垩系砂岩的力学性质与低温的相关性。试验表明:冻结白垩系中粒砂岩及粗粒砂岩,其单轴抗压强度均随温度的降低而增大,从25℃降至-30℃的过程,中粒砂岩强度提高了49.475%~64.656%,而粗粒砂岩的强度提高了59.455%~84.886%,相同温度下,饱和粗粒砂岩的单轴强度总是大于中粒砂岩;两种岩石强度的差异性较大,且差值随着温度降低而总体上不断增大;随着温度的降低冻结白垩系岩石弹性模量明显增大,应力-应变曲线的压密段和塑性变形段越来越不明显,表现出更明显的弹性和脆性特征。通过试验结果分析,可为该地区冻结法凿井冻结壁和井壁的设计参数的选取提供参考。

为研究白垩系软岩交圈前冻结壁扩展速度,以达到提前开挖的目的,运用回归分析的方法对白垩系软岩四个立井深水文孔冒水情况及去路盐水降温梯度进行研究得出:白垩系软岩地层设置浅层水文孔来预测冻结壁的交圈宜采用其他方法来代替;白垩系软岩交圈前冻结壁扩展速度V与去路盐水降温梯度T成线性关系,线性回归方程为V=-17.653T+12.444;白垩系软岩交圈前冻结壁扩展速度的经验值为25mm/d。

针对查干淖尔一号矿井煤层顶底板为弱胶结或不胶结的泥质砂岩,巷道支护极其困难的情况,分析了巷道变形机理,提出了该矿煤巷支护应以"抗为主、让为辅"、"治帮先治底"的支护理念,通过加强顶、底板支护强度,改变支护结构,巷道变形得到有效控制,成功解决了白垩系软岩地层巷道支护问题,具有较大的应用价值。

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