采动影响下覆岩破坏动态发展过程的数值模拟

利用岩层破裂过程分析（RFPA2D）系统,模拟了采动影响下覆岩破坏的动态发展过程,从几何、岩性、变形、破断机理及支撑特征等多方面较真实地模拟开采过程中上覆岩层变形、离层、断裂规律。模拟结果表明,开挖卸荷作用对老顶的直接影响比较小,老顶的破坏主要受随分步开挖而增大的拉应力及其损伤的积累作用,老顶初次破断机理是拉破坏失稳。老顶岩梁中段下部的拉应力损伤积累峰值位置滞后于岩梁最大拉应力区,这是造成老顶非对称破断的根本原因。     

老顶来压的数理统计确定法

老顶来压是长壁工作面上覆岩层变形、移动、破断运动过程的显现,往往使工作面冒顶、支架折断,甚至发生恶性事故。因此,它是评定工作面开采时矿压显现的主要特征。近年来,随着矿压控制理论研究的深入,已认识到,要维护好采场顶板的稳定性,必须正确地认识采场上覆岩层运动的规律,使所谓采场的小“支护结构”适应开采中上覆岩层可能形成的“大结构”,才能合理确定采场的支护形式与顶板管理方法。试验证明,在一定顶板管理方法的条件下,工作面支护能改善工作空间顶板状况,但对工     

大倾角特厚煤层综放开采采场顶板破断特征

针对大倾角特厚煤层综放采场冒落矸石下滑充填及顶板破断特征,将大倾角煤层采场上覆岩层视为倾斜弹性板,利用"板"的理论对大倾角综放采场顶板矿压显现规律进行了研究。研究表明,大倾角特厚煤层综放采场顶板的破断特征与冒落矸石的下滑、充填程度有密切关系,且受矸石影响较大。根据采场顶板的不同条件对其破断特征进行了研究,得出大倾角特厚煤层综放采场矿压显现规律及顶板破断特征。     

基于板模型的采场顶板破断机理分析

煤炭开采导致采场上覆岩层形成特定的空间结构,在传统矿压理论中,人们提出了悬臂梁,铰接岩梁,预成裂隙梁以及砌体梁模型等来研究采场顶板的破坏规律和矿压显现问题.但用梁模型来研究采场顶板问题具有相当的近似性.本文将采场坚硬顶板视为弹性薄板,并考虑采场初次来压和周期来压时特定的边界条件,利用位移变分法从理论上分析了项板的内力分布规律和破断机理,给出了确定硕板初次和周期垮落步距的理论计算式.     

采动影响下黄河北煤田顶板破断过程研究

为分析采动影响下黄河北煤田顶板破断过程，利用离散元数值模拟软件UDEC模拟黄河北煤田薄煤层采场顶板破断过程，得到薄煤层采场上覆岩层运动规律参数，即直接顶、基本顶初次来压步距和周期来压步距，结合相关理论进行对比分析，丰富和完善薄煤层采场上覆岩层运动规律，为采场顶板的控制设计提供依据。     

浅埋煤层群重复采动覆岩运移及裂隙演化规律研究北大核心

为了准确掌握单一煤层和煤层群开采覆岩裂隙演化规律及分布形态特征,通过物理相似模拟实验、现场钻孔勘探、理论计算等方法分析煤层开采过程中覆岩运移破断特征及采动裂隙的分布形态。结果表明:在重复采动条件下,覆岩出现离层裂隙和纵向裂隙并伴随超前裂隙的产生,形成“采空区-工作面”和“采空区-采空区-工作面”结构时,覆岩裂隙经历产生、扩张、闭合、再产生、贯通、再闭合等6个动态循环变化阶段;煤层群在一次采动时形成“梯形”裂隙区,二次及多次采动下,覆岩受上覆载荷作用,裂隙区向工作面两侧煤柱扩展,上煤层受本煤层边界煤柱和下煤层开采形成的“悬臂岩梁”支撑影响,使工作面两侧裂隙明显高于工作面中部,覆岩形成“M”形裂隙分布形态;覆岩受采动影响产生周期性破断,以单岩层或多岩层同时产生变形、运移、破断垮落,由此可见,覆岩中存在控制上部岩层的硬岩层和其控制岩层以组合梁的形式同步运移、破断。根据覆岩破断特征建立了基于Winkler弹性地基煤层群重复采动覆岩破断特征的组合岩梁力学模型,由模型计算得到覆岩裂隙演化高度和相似模拟实验及现场所测高度相近,由此表明,该模型可作为浅埋煤层群重复采动覆岩裂隙演化高度计算的依据。     

浅埋煤层群裂隙演化规律及组合承载结构载荷研究

浅埋煤层群高强度开采导致承载岩层破断形成组合承载结构，使覆岩裂隙分布形态复杂化，并对地表造成严重损害。为了研究浅埋煤层群开采覆岩裂隙演化规律与承载岩层承载结构关系及承载岩层保持稳定的支架工作阻力，以陕西北部神府矿区韩家湾煤矿2-2和3-1煤开采为研究背景，通过现场观测及相似模拟试验得到煤层群开采裂隙演化规律、承载岩层组合承载结构及两者相互关系，采用理论计算的方法建立了组合承载结构力学模型，研究组合承载岩层保持稳定的支架工作阻力。研究表明，煤层群开采覆岩裂隙演化过程可划分为4个阶段，分别为上煤层开采快速增长阶段、上煤层开采平稳增长阶段、下煤层开采快速增长阶段、下煤层开采稳定增长阶段；不同承载结构导致地表产生不同的裂隙演化形态及沉降特征，“台阶岩梁”结构地表产生台阶下沉，“铰接岩梁”结构地表产生连续下沉；通过地表沉降形式可间接判断上煤层承载岩层破断结构，由层间岩层充填率和采高得到了下煤层承载岩层破断结构，并揭示了浅埋煤层群开采承载岩层破断组合结构分为“台阶-铰接”结构、“铰接-铰接”结构、“铰接-台阶”结构、“台阶-台阶”结构的组合形态。由承载岩层破断组合结构建立了浅埋煤层群开采承载岩层承...     

软岩岩层厚度、刚度和水平应力对关键层应力的影响

为了进一步研究采场上覆岩层的移动规律,对影响关键层上载荷分布的因素进行分析.采用FLAC如软件模拟了不同的软岩岩层厚度、刚度和水平应力对关键层上载荷峰值的影响.通过模拟,发现关键层上覆软岩岩层的厚度、层刚度和水平应力对关键层的载荷峰值都有影响,且不同的水平应力在关键层破断前后会产生不同的影响.在初次来压前,水平应力加速了采空区的上方关键层的破断,但延缓了煤壁前方关键层的破断.初次来压后对关键层的破断影响很小.通过此次研究可以对关键层的破断以及采场的周期来压进行预测,对于采场覆岩的控制具有一定的指导意义.     

采场上覆整体移动带坚硬岩层破断规律研究

为了防治采场上覆坚硬岩层突然破断给矿井造成的离层水（瓦斯）突涌等严重次生灾害,对某煤矿工作面连续大面积开采上覆整体移动带内坚硬岩层的破断规律进行了研究。以该煤矿首采区覆岩空间赋存、岩体结构、力学性质及地应力等地质工程条件为基础,采用薄板理论计算、数值模拟等方法,对采区首采面及后续工作面开采上覆整体移动带坚硬火成岩岩床初次破断及周期破断距进行了理论计算和过程模拟分析。结果显示,首采面开采过程中坚硬火成岩初次破断约300 m,周期破断约130 m;后续工作面开采时受邻近采空区影响,火成岩初次破断约260 m,周期破断约120 m;结果与现场实测数据分析相一致。研究成果对坚硬覆岩下煤层开采离层水、离层瓦斯突出等地质灾害预测及防治具有重要意义。     

放顶煤采场上覆煤岩运动规律研究

对放顶煤采场上覆顶煤和岩层的运动规律进行了研究，认为采场上方顶煤的破坏是顶煤与上覆岩层相互作用的结果，采场支架可起到辅助破煤作用；并指出了顶煤位移的特征。     

浅埋厚煤层分层开采覆岩移动规律模拟研究

利用数值模拟(RFPA岩石破断过程分析系统软件)和相似材料模拟,模拟研究了神府东胜矿区大柳塔矿活鸡兔井浅埋煤层工作面上覆岩层在采动后的活动规律。并根据模拟结果,分析了随着工作面采动和推进,上覆岩层的破断过程、特征与来压特点。     

基于板模型的孤岛工作面主关键层破断机理分析

煤矿开采中由于跳采产生的孤岛工作面与一般非孤岛工作面相比,采场上覆岩层运动规律有很大的区别.论文将孤岛工作面两侧采空区上覆岩层受采动影响是否充分视为区分条件,将主关键层设为三种不同边界条件下的薄板模型,利用力学分析和ANSYS数值模拟,得出不同边界条件下主关键层的应力分布情况和破断形式,并分析得出:当孤岛工作面两侧采空区上覆岩层受采动影响充分时,主关键层破断步距最小,工作面煤体支承压力最大.而当孤岛工作面两侧采空区上覆岩层受采动影响不充分时,主关键层破断步距最大,工作面煤体支承压力最小.     

采场支承压力的解析计算研究

本文提出了回采工作面超前和侧部支承压力的解析估算法。视上覆岩层为不同弹性地基上的弹性板（梁），按文克尔假设计算挠曲岩板（梁）的基础反力，分别了覆岩层支承压力沿深度的扩散衰减规律。分析了断裂带厚度及力学特性、老顶厚度及力学特性、老顶动态、直接顶垮落厚度等对支承压力分布的影响。研究中还考虑了板的边缘效应。     

某矿综放工作面采场覆岩破坏相似材料模拟研究

根据某矿井地质条件,综合运用实验室相似材料模拟方法,对该矿放顶煤开采过程进行了模拟,分析了覆岩各岩层的运动规律。结果表明:覆岩端部破坏为剪切或拉剪破坏,断裂线与岩层轴线呈65°斜交;岩体内部移动由下向上成组运动,并在直接顶与老顶之间出现离层,老顶断裂后,上覆岩层均下沉;垂直应力的峰值点位于距煤壁6～10 m范围内;基本顶的破断形态呈砌体梁结构。     

采动覆岩卸荷膨胀累积效应

地下煤层开采引起的岩层运动是一系列安全和环境问题的根源,研究采动岩层运动规律是安全、高效、绿色开采的重要基础。通过对岩层运动过程的研究,揭示了采动覆岩卸荷膨胀累积效应及其对岩层运动规律的影响机制。研究表明:采动覆岩经历了卸荷膨胀与再压实的动态过程。受关键层结构控制,上覆岩层由下向上成组破断运动,关键层破断前,阻断了上覆载荷向下方岩层的传递,导致其因卸荷而产生膨胀,包括碎胀与弹性膨胀。随着关键层破断高度增加,覆岩卸荷高度同步增大,因卸荷而膨胀的岩层总厚度不断增大;同时卸荷煤岩也受到已破断关键层载荷的压实作用,从而造成覆岩卸荷膨胀总量的不断变化。将这种覆岩卸荷膨胀总量随覆岩卸荷高度动态变化的现象定义为采动覆岩卸荷膨胀累积效应,进而建立了理论模型,并通过淮北海孜煤矿巨厚火成岩下采煤覆岩裂隙实测进行了验证。结果表明,采动覆岩卸荷膨胀累积效应对采动岩层运动规律产生了重要影响,如影响覆岩关键层下离层量,影响覆岩关键层贯通破断的高度,影响不同开采条件的地表下沉系数等。采动覆岩卸荷膨胀累积效应改变了对离层存在形式的传统认识,该效应的存在导致关键层下最大离层量一般小于采高的10%,覆岩可注浆充填空间并非传统认识上的“离层区”,而主要是注浆充填压力“压实”作用下将覆岩卸荷累积膨胀所转化出的那部分空间,该发现指导了覆岩隔离注浆充填绿色开采技术的创新研发及其在建筑物压煤开采中的成功实践。     

浅埋工作面矿山压力显现规律模拟研究

本文利用SFPA^2D岩石破断过程分析系统软件，对神府东胜矿区活鸡兔煤矿浅埋煤层首产工作面上覆岩层在采动后的活动规律进行了动态仿真模拟，并根据模拟结果，分析了随着工作面采动和推进，上覆岩层的破断过程、特征与来压特点。     

采场覆岩破断与应力演化的梁拱二元结构及岩层特性影响机制

长壁采煤方法在我国井工煤矿得到了广泛应用,其回采过程伴随着覆岩运移破断与采动应力演化的耦合作用过程.针对这一伴生性科学问题,以典型地层的采场覆岩为例,揭示了采动应力场宏观形态的演化特征及产生机理,阐释了厚硬岩层对于宏观应力场演化的影响机制.研究结果表明,覆岩破断表现为梁拱二元结构,即:上覆岩层破断后块体堆积形态外表似梁,而以裂隙带为代表的覆岩呈应力拱式传力机制,无论是破断前还是破断后,以关键层为代表的厚硬岩层都是采动应力场内重要的承载骨架.究其原因,一是岩层内部主应力迹线呈拱形分布特征;二是同步弯曲的岩层组内各岩层的弯矩、最大弯曲正应力均与岩层自身的厚度、刚度呈正比关系,故此关键层等厚硬岩层的受力明显高于厚度小、刚度低的邻近岩层,致使其破断前后形成拱形、反拱形等主体承载结构,对覆岩运移破断及采场矿压显现有显著影响.     

高位硬厚岩层下采场覆岩运动规律及采动应力演化规律

针对工作面上覆巨厚坚硬岩浆岩条件,运用相似模拟试验和数值模拟方法,分别研究了硬厚岩层下采场覆岩运动和采动应力演化规律。研究结果表明,工作面上覆岩浆岩时,覆岩破断的关键阶段分别为直接顶破断、基本顶初次破断、基本顸周期破断、岩浆岩初次破断和岩浆岩周期破断(裂隙沟通地表);硬厚岩浆岩破断前,随着工作面的不断推进,煤体支承压力不断增加;硬厚岩浆岩破断后,采场支承压力要小于破断前。     

深部厚硬岩层压裂控制冲击弱化机理及可压裂性评价

为了探究深部厚硬岩层对冲击地压的影响以及分析岩层的可压裂性,提出了采用地面水平井压裂技术对采场上覆厚硬岩层进行压裂控制,通过改变厚硬岩层的破断特征,达到降低厚硬岩层的破断步距和能量释放强度,并通过试验分析,得到上覆厚硬岩层的脆性系数、脆性矿物含量、黏土矿物含量、成岩作用等参数,综合定量评价厚硬岩层的可压裂性大小.研究结...     

特厚煤层大采高综放工作面覆岩上层活动规律的相似模拟研究

新疆哈密煤业集团硫磺沟矿4号煤层厚度为14～20m,为掌握该特厚煤层综放工作面上覆岩层活动规律以及支承压力分布特点,采用物理相似模拟方法进行了研究,研究结果表明,特厚大采高综放工作面的上位岩层可以形成稳定拱结构,而在稳定拱大结构之下,断裂岩梁形成多跨梁的结构.大采高综放采场上覆岩层的这种结构的变形和失稳将决定采场的支承...