矿柱崩落法处理采空区的数值模拟

非法开采在木架山下形成了37 5万m2的采空区,提出用矿柱崩落法处理W143～W150勘探线间的采空区。应用三维有限元程序ANSYS和三维水力耦合分析程序EPSCA3D模拟了采空区处理过程。结论表明,按设计崩落矿柱,可引起顶板冒落,不会发生大规模的地表沉陷和岩体移动,不会影响后续生产安全。由于水力耦合,采空区处理引起岩移量降低。     

北洺河铁矿开采深度与地表岩移时空演变规律研究

北洺河铁矿因地下开采引起地表发生大规模塌陷,且随着开采深度不断下移,地表塌陷范围逐步扩大,严重威胁地表构筑物及南侧北洺河河道的安全.为保障地下开采的安全及地表岩移的有效控制,基于矿山各生产水平平面图矿岩分布,利用三维建模软件 Rhino建立符合矿山实际的精细数值模型,然后将该模型导入 FLAC３D 中在自重应力和采动应力作用下进行有限差分计算.通过模拟矿体的逐次开采,研究开采深度与地表岩移的时空演变规律,预测不同开采深度对应的地表岩移范围,并通过对比北洺河铁矿地表岩移现状,确定深部开采引起的地表岩移范围.结果显示,随开采深度的增加,地表岩移可分为续平稳、缓慢增加与显著增加３个阶段;当开采至－１４０ m 水平时,地表发生塌陷的可能性较大;开采至－２３０ m 水平时,地表岩移范围已基本到达北洺河河道北岸,对河道的影响颇大,现阶段宜采取一定的地表岩移控制措施以保障河道的安全.     

浅埋深薄基岩高强度开采工作面压架机理分析

为解决浅埋深薄基岩高强度开采影响下引起的压架事故,采用数值模拟和理论分析的手段,分析了工作面推进过程中覆岩的破坏过程及压架事故发生机理。结果表明:在煤层开采过程中,不同岩性的岩层中应力分布差异很大,其破断冒落条件也不相同;覆岩中上行裂隙、下行裂隙同时发育贯通是压架事故发生的前提;覆岩载荷传递因子的变化、基本顶破断岩块架后切落、地表厚风积沙的存在以及水沙对基本顶破断岩块运动形式的影响,均增加了顶板沿煤壁大范围切落并导致压架事故发生的概率。通过对乌兰木伦煤矿31402工作面局部压架事故进行分析可知,采高增大而破断岩块长度减小,基本顶结构仅以单关键块形式出现,是基本顶结构容易发生切落的主要原因。     

侧向悬臂切顶煤柱上方顶板应力及位移研究

以某矿113105工作面侧向切顶为研究背景，通过理论分析、数值模拟和现场监测的方法，研究切顶后煤柱顶板应力分布及位移演化规律。基于弹性力学建立切顶后煤柱顶板力学模型，运用差分法推导出切顶后煤柱顶板的应力与位移表达式。运用FLAC3D和3DEC软件模拟切顶前后煤柱顶板应力分布及位移演化特征，模拟结果显示，切顶后煤柱顶板应力减小了18.2 MPa,顶板下沉位移为9 cm,卸压率达26%～40%。现场监测表明，煤柱上方顶板应力分布呈现出先增大后减小的趋势，在距离工作面20～30 m处应力达到最大且保持一段应力集中，随后应力降低，在距离工作面65～70 m后应力保持不变。     

较薄厚煤层综放开采顶煤岩运移破坏特征研究

采用FLAC3D数值模拟对较薄厚煤层综放开采顶煤岩力学特征进行了系统分析,得出了顶煤岩运移、破坏及应力分布规律.研究结果表明,综放面上部顶煤位移量明显大于工作面中下部,顶煤的"始动点"在工作面煤壁前方,工作面上位顶煤岩的始动位置超前于下位,垂直位移量随着与工作面距离的减小而逐步增加;在综放面前方,顶煤和上覆岩层在垂直方向始终处于压缩状态.而在工作面上方,顶煤开始出现离层现象;工作面支架所受载主要是顶煤和基本顶变形运动产生的变形压力,沿用中厚煤层综采工作面支架设计已不适用综放面.     

某矿地表岩移规律研究及其综合治理

通过三维有限元数值分析并结合该矿地表岩移实际发生发展情况，总结出该矿地表岩移地压活动的一般规律，同时对地表岩移活动提出了切实可行的综合治理措施。     

某矿山厚大第四系下开采对地表的影响分析

某铁矿体上方为厚大的第四系松散层,并留设不小于50 m厚的护顶矿柱来控制地表岩移.为探究地下开采对地表建(构)柱物产生的影响,通过现场取样、室内力学实验和岩体参数折减的方法获取矿山岩体力学参数,借助FLAC3D有限元软件进行数值模拟,对矿区岩体移动监测范围内的位移、变形和曲率进行分析.结果表明:留设隔离层矿柱以及采用分...     

不同侧压下底板切槽对围岩稳定性影响模拟研究

底板切槽是一种通过改变围岩应力状态抑制底鼓的主动防治措施。采用数值模拟研究不同侧压系数条件下底板切槽对围岩变形及应力演化规律的影响,研究结果表明:底板切槽会引起帮、顶位移的增加,从控制围岩变形的角度,底板切槽更适合于侧压系数较大的巷道;底板切槽对顶板围岩应力分布没有明显影响,随切槽深度的增加,帮、底围岩应力峰值向深部转移同时峰值降低,帮部以应力峰值降低为主,底板以应力峰值向深部转移为主;侧压系数越大,帮、顶应力峰值向深部转移的距离越小。     

大采高工作面二次动压巷道水力压裂切顶卸压技术研究

为了解决大采高工作面二次动压巷道围岩变形破坏严重问题,以小保当一号煤矿112202工作面回风顺槽为工程背景,从应力角度分析得出巷道围岩破坏的原因,主要为上区段工作面侧向应力和本区段工作面超前支承应力叠加造成;分析了水力压裂切顶卸压作用机理,即通过压裂使顶板岩层产生裂缝,降低其整体强度和完整性,阻断采空区应力传递路径,减小回采时巷道悬顶距;提出了二次动压巷道超前水力压裂方案,水力压裂切顶卸压现场试验结果表明,压裂段顶底板移近量相对未压裂段降低约54.3%,两帮移近量降低约51.1%,压裂段煤体应力相比未压裂段降低了50%以上。研究成果在现场工程的成功应用表明水力压裂切顶卸压技术能够明显改善大采高工作面二次动压巷道应力环境,增强围岩稳定程度。     

沿空巷道侧向结构切顶卸压角度研究

切顶卸压是控制巷道变形的常用手段。针对含水层限制切顶高度的问题，以泊江海子矿113105工作面回风顺槽侧向悬臂、厚硬含水层顶板条件为背景，采用理论分析、数值模拟和现场工业试验的方法，研究了含水层顶板侧向悬臂切顶卸压的合理切顶角度。建立了切顶后巷道煤柱力学模型，推导出不同角度切顶后煤柱应力分布方程。运用ANSYS/LS-DYNA对不同角度切顶进行模拟，结果表明：不同切顶角度下岩石损伤及裂隙发育程度不同，切顶后煤柱应力均有所减小，切顶角度在85°～60°时，煤柱垂直应力呈现“驼峰”趋势，3 m处的垂直应力峰值较大，双峰值随着切顶角度的增大呈减小趋势，55°和50°角度切顶后，煤柱应力峰值点3 m处的垂直应力小于峰值点7 m处的垂直应力，双峰值随着切顶角度的减小呈增大趋势。现场试验表明：按照所设计角度切顶后，围岩应力明显降低，巷道结构变形程度能够满足工作面正常回采的需求，卸压效果显著。     

采空区处理新方法研究与应用

以陕西东桐峪金矿采空区处理和地压控制研究为背景,提出了切槽放顶法和切顶与矿柱崩落法,研究了采空区处理的参数设计方法,形成了缓倾斜采空区处理的理论分析、方案设计、现场实施到效果观测的一整套的理论、实践和评价体系。     

巨厚坚硬顶板变形及垮落的动态演化特征研究

义马煤田赋存一层巨厚坚硬岩层,是矿区诸多动力灾害的主要诱因。本文以义马煤田千秋矿21221工作面为工程背景,开展了顶板岩层冲击倾向性的实验测定,采用相似模拟和数值分析方法研究了工作面回采过程中巨厚坚硬顶板运动特征,分析了巨厚坚硬顶板垮落垂直位移动态演化规律,建立了采动应力分布与顶板运移的关系。研究结果表明:巨厚坚硬顶板破断过程可分为初始平静期、稳定运动期和整体垮落期三个阶段; 顶板垂直位移量在初始平静期变化小,稳定运动期基本集中在采空区,向上呈现梯形递减趋势,整体垮落期则急剧向上发展。巨厚坚硬顶板运动呈现离层、瞬间下沉、离层闭合、间歇性稳定、瞬间垮落压实的非稳定动态变化现象。在工作面回采过程中,巨厚坚硬岩层变形和运动对采场施加了持续且不稳定的下沉压力,其结构失稳导致采场矿压发生强突变和采动应力突降,是冲击地压发生的重要诱因。     

丫他金矿地下开采对地表公路的影响分析

为了确保地表公路的稳定,采用FALC3D有限差分法数值软件对地表公路保安矿柱进行了不同厚度的模拟分析,同时计算分析了地下矿体逐层开挖逐层充填对采场及地表公路稳定性的影响。结果表明:因丫他金矿围岩岩性差,地表公路保安矿柱定为40 m较为可靠,具备一定的安全保障性,上部公路处于稳定状态,而且地下矿体逐层开采逐层充填可有效降低顶板冒落和地表下沉,地表公路产生的下沉变形很小,仅为1.2 cm,同时地表基本未产生塑性扰动区,利于保护地表已有公路设施。研究结果为该深部矿体安全高效回采和地表公路安全稳定提供了理论依据和技术指导。     

Research on the relation between rock burst and movement of strata and surface

Large-scale bed separation in bending strip upside cranny strip was brought by un-consistency of overlying strata subsidence movement due to under surface mining. Different characteristic of movement and deformation of overlying strata and surface include periodic caving of bed separation interspaced along with work face mining. Conglomerate rock layer movement is the main power fountain of rock burst on the basis of locale observation. And rock burst moves periodically adapted to movement of deep conglomerate rock layer which had similar characteristic with main roof. Practice indicates this method that forecasting and prediction using correlation information of movement of strata and surface is feasible and has reference meaning for similar stope.     

空场嗣后充填采矿法对围岩及地表的影响规律研究

空场嗣后充填采矿法对围岩及地表的影响,利用正交试验设计方法,研究不同矿房、矿柱尺寸,以及充填体不同沉降率时,围岩及地表的应力应变显现规律。结果表明,顶板拉应力值的大小不仅仅跟采场跨度有关,与矿柱尺寸、充填体是否接顶及沉降率密切相关。从整体位移可以看出,不同计算方案,地表或多或少都会出现沉降变形,位移最大位置出现在矿体开挖上部。同一计算方案不同位置位移量存在关系:矿房位移矿柱位移地表位移。在上下盘断层位置处,均出现明显的位移阻隔现象。矿房尺寸相同的条件,位移量随着矿柱尺寸的增大而减小。矿房尺寸大于一定值时,矿体的开采将会对地表产生影响,存在一定安全隐患。     

厚大矿体分段空场嗣后充填采场结构参数优化研究

采用合理的采场结构参数是控制地压危害实现矿体安全高效开采的重要措施。针对吴庄铁矿岩体条件,采用FLAC3D三维有限差分分析软件对24种不同方案的采场围岩应力、位移变化规律及塑性区分布情况进行了计算分析,得出顶板拉应力是影响该矿采场稳定性的重要因素。将顶板岩层所受的最大拉应力作为衡量采场稳定性的指标,绘出了采场跨度与顶板拉应力、采场长度与顶板拉应力关系曲线以及两者对顶板拉应力的联合影响曲面。在顶板厚度一定的情况下,采场顶板拉应力随着采场跨度的增大而增大,且增加幅度越来越大;随着采场长度增加顶板拉应力增加的幅度趋缓,特别是当采场长度增加到一定长度时,顶板拉应力趋于稳定。得到结论：采场稳定性不仅与顶板暴露面大小有关,暴露面形状对其影响也是至关重要的。优化采场顶板暴露面积形状是控制地压的重要手段之一,采用长条形顶板暴露面,能提高采场生产能力和保证回采的安全性。因此,对于该矿提出了“大盘区、小跨度”的设计理念。     

缓倾斜极薄矿体采场结构参数优化研究

为进一步提高山东黄金矿业（鑫汇）金矿缓倾斜极薄矿体采场结构的稳定性，对双侧抛掷嗣后充填采矿法的采场结构参数进行了优化。利用有限元分析软件FLAC3D，并结合矿体实际情况，设计了1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 m采场宽度结构等5个方案，计算并分析不同条件下开挖后的最大主应力及最大位移来实现采场结构参数优选。研究表明：随着回采宽度增大，第1步回采后产生的应力和破坏范围明显增大，顶板的下沉位移逐渐增大，在采幅为2.5 m和3.0 m的方案中，在第4步和第5步回采完成应力重新分布后，周边围岩应力呈现上升趋势，有潜在的岩爆风险。在不同的回采过程中，围岩中的应力存在释放的过程，使应力分布达到新的平衡状态。同时经过数据对比分析，针对采用双侧抛掷嗣后充填采矿法的缓倾斜极薄矿体，采场结构参数设置为1.5 m为最佳方案，可确保矿山安全高效生产。     

尾砂充填连续开采采场顶板稳定性数值分析

针对金属矿山上向分尾砂充填连续采矿法开采条件的复杂性,通过运用弹塑性有限单元分析方法,建立平面应变数学模型,对采场顶板稳定性及采场结构参数进行分析和优化计算。结果表明,控制采场跨度或暴露面积是维系采场顶板稳定的根本措施;单层矿体开采时,随着采场跨度的加大,顶板预应力拉应力也相应增大,但伴随采高的增加,围岩内部的最大主应力、最大剪应力逐渐增大,顶板下沉量也逐渐增大,而顶板内拉应力却逐渐减小。相对1#脉脉矿体,推荐采场顶板极限暴露面积为600 m²左右,以此为基础确定的采场长、宽尺寸采场顶板稳定性最好。