工作面覆岩采动裂隙演化规律物理及数值模拟研究

了解工作面推进过程中采动裂隙的演化规律对于煤层气抽采及瓦斯控制至关重要。采用相似模拟和数值模拟的方法研究了工作面推进过程中采空区覆岩采动裂隙的演化规律,研究结果表明：采空区中部和采空区边界处靠近巷道的区域上覆岩层的采动裂隙存在截然不同的变化规律。采空区中部区域,上覆岩层的采动裂隙随着工作面的移进及越过呈现“迅速增加—逐步减低—稳定”的变化规律;采空区边界靠近巷道的区域,呈现“迅速增加—稳定”的变化规律。远离开切眼、靠近巷道的采空区上覆岩层采动裂隙发育最为充分;工作面走向平行于最大水平主应力时的各区域采动裂隙发育,显著高于工作面走向垂直于最大水平主应力时的;较硬直接顶对于提高采动裂隙渗透率有积极作用。     

含断层覆岩采动裂隙演化规律

卸压瓦斯抽采与覆岩裂隙变化规律紧密相关。采用相似模拟试验对贵州某煤矿含断层覆岩移动规律、裂隙分布规律以及形态特征进行分析,研究含断层覆岩裂隙场演化规律。试验结果表明,随工作面的推进覆岩裂隙经历了产生、发展、闭合过程,在顶板断层附近裂隙显著增多,其裂隙密度曲线呈"山"字形分布;采动裂隙场的发育高度受关键层和断层带影响明显。     

覆岩采动裂隙分布特征的研究

本文应用模型实验，图像分析，离散元模拟等方法，对上覆岩层采动裂隙分布特征进行了研究。揭示了长壁工作面覆岩采动裂隙分布的两阶段特征与“Ｏ”形圈特征，建立了卸压瓦斯的“Ｏ”形圈抽放理论，并将其应用于淮北矿区卸压瓦斯的抽放，取得了显著效果。     

覆岩采动裂隙中瓦斯运移三维实验台的研制与应用

为研究煤层开采后瓦斯在上覆岩层裂隙中的运移规律,研制了瓦斯运移三维实验台,解决了不同煤层采高、不同通风量条件下卸压瓦斯在覆岩裂隙中运移规律的问题。在该三维实验台上进行瓦斯运移的实验研究表明:在采空区深度方向上,采空区起始段的瓦斯浓度较低且上升趋势较缓,在采空区深部,瓦斯浓度继续增大,并趋于稳定;在采空区高度方向上,瓦斯在密度差作用下进行升浮运动,导致采空区上部的瓦斯浓度高于底板附近的瓦斯浓度。实验结果与现场实际高度吻合。     

覆岩采动裂隙空间形态反演方法及在瓦斯抽采中的应用

如何实现工作面采空区瓦斯的高效抽采一直是煤矿安全领域亟待解决的重要难题。覆岩采动裂隙作为采空区瓦斯储运的主要空间,其演化过程与覆岩运动密切相关。通过掌握采动覆岩运动演化特征,反演出覆岩采动裂隙空间形态,从而提出精准的瓦斯抽采技术方案,是解决上述难题的根本途径。为此,结合山西某矿深部高强度开采条件,采用地面钻孔全柱状原位监测方法,研究了工作面开采过程中覆岩运动的演化过程,揭示了覆岩关键层运动的分段特征;在此基础上,反演得到了覆岩采动裂隙空间形态发育特征,即采动覆岩瓦斯卸压运移“三带”、“O”形圈裂隙区、覆岩移动“横三区”的具体范围,提出了包括钻孔布置层位、伸入工作面水平距离和抽采最优时段的顶板定向长钻孔抽采瓦斯技术方案。试验结果表明,深部开采条件下覆岩运动经历了煤壁支撑影响阶段、低位岩层破断运动阶段、破断覆岩快速回转阶段、上部覆岩向下重新压实阶段、采动影响衰减的整体运动平稳阶段等变化过程,其中,在低位岩层破断运动阶段和破断覆岩快速回转阶段内,覆岩的离层空间与破断裂隙快速发育并相互贯通而形成导气裂隙带,为采空区瓦斯的聚集与运移提供了空间,是抽采采空区瓦斯的有利时机;基于采动裂隙空间形态反演...     

平煤十三矿采动覆岩裂隙演化规律研究

当煤矿自矿区采出时,采空区上覆岩层会发生变形破坏,一方面煤矿资源会向裂隙发育部位运移,另一方面则存在一定的矿区安全隐患。为了保证煤矿开采工程的安全性,准确掌握矿产运移分布情况,本文采用了关键层理论和数值模拟的方法,以此分析采动覆岩的裂隙演化规律。研究结果显示,裂隙在走向和倾向上呈现出"梯形台"发育特征,在采空区上方裂隙呈现出中部压实、四周发育的"O"形圈分布;在采空区边缘形成卸压区域,此区域裂隙发育,具有较好的抽采效果。除此之外,采空区中部压实区域宽度范围为175m,裂隙不发育,离层率趋于0;采空区进风巷侧35m、回风巷侧30m范围内离层率较大,最大离层率达到了136mm/m。本文通过数值模拟得到了平煤十三矿采动覆岩的裂隙演化规律,这不仅为煤矿资源抽采提供了理论依据,而且为煤矿安全事故防治工作提供了保障。     

采动覆岩裂隙演化规律RFPA数值模拟分析

采用RFPA数值模拟实验,研究了山西省天池矿103综放工作面在开采过程中上覆岩层裂隙动态演化规律,进而为研究采场围岩裂隙中卸压瓦斯运移规律提供依据,以期实现煤与瓦斯的安全共采。     

河下采煤覆岩采动裂隙分布特征的数值分析

基于某煤矿工程地质条件,运用非线性数值分析软件UDEC,分析了采场走向及倾向采动裂隙演化规律及分布特征,并以岩体综合强度为变量计算了导水裂隙带的高度。分析结果表明:导水裂隙带高度与理论计算相吻合,充分采动条件下,工作面走向裂隙带分布呈"前"高"后"低的类"马鞍型"形态,工作面两端是防治工作面突水的重点。     

覆岩采动裂隙分布的“O”形圈特征研究

应用模型实验、图像分析、离散元模拟等方法，对上覆岩层采动裂隙分布特征进行了研究，揭示了长壁工作面覆岩采动裂隙的两阶段发展规律与“Ｏ”形圈分布特征，并将其用于指导卸压瓦斯抽放钻孔布置，在淮北矿区卸压瓦斯抽放中得到应用，取得了显效果。     

富水覆岩采动裂隙渗流相似模拟研究

为了确保工作面在综放开采条件下安全生产,研究了采动过程中因顶板冒落、放顶垮落造成的顶板透水的灾害机理.结合具体工程地质条件,利用固-液耦合相似材料模拟方法对首采工作面综放开采过程进行了研究,分析了裂隙带与冒落带导水通道分布特征,总结了含水层潜水渗流规律.模拟结果表明,当工作面推进到300 m左右时覆岩主关键层断裂,裂隙带发展高度到达含水层,为顶板透水提供了可能的通道.在此基础上,分析了采动岩体的周期破断与裂隙发展过程,划分了顶板透水危险区域,其结论可为大佛寺煤矿顶板透水预测及防治提供依据.     

重复采动下覆岩变形数值模拟

基于该煤矿的地质资料,采用FLAC~(3D)[1]数值模拟软件建立该煤矿的双煤层重复采动的数值模型,模拟研究覆岩的变形情况,并分析上部覆岩在重复采动过程中垂直应力的变化情况[2]。模拟结果表明:重复采动可重复扰动覆岩稳定,加剧覆岩变形破坏,并引起原覆岩裂隙的再发育,进而可能形成瓦斯和地下水的导通通道,危及煤炭安全生产;另外,重复采动使覆岩的垂直应力减小,变形更加明显,裂隙发育速度更快。     

采场覆岩移动矿压显现规律数值模拟

根据研究区的实际地质和开采条件,运用FLAC3D数值模拟软件,建立煤层采动过程中应力场及覆岩运移规律的三维数值模型,模拟在1232(3)工作面和1242(1)工作面采动影响下,开采1242(3)工作面时矿山压力显现规律,为1242(3)工作面安全生产提供理论依据。     

煤层开采覆岩破坏数值模拟研究

煤层开采引起的岩层与地表变形移动,可使位于开采范围内的地表水渗入井下,威胁煤矿生产安全。因此,研究覆岩破坏规律,特别是导水裂缝带的高度就显得极为重要。快速拉格朗日分析法是一种新的数值分析方法,尝试将其应用于综采放顶煤条件下冒落带和裂隙带高度的预测,基于山西省某煤矿一工作面进行模拟,并将数值模拟结果与经验公式计算数值以及实测数值进行对比分析,论证了FLAC数值模拟程序在预测煤层开采覆岩破坏状况中应用的可行性。     

采场覆岩失稳破坏的数值模拟研究

以某煤矿为例,通过数值模拟分析采场稳定性与采矿步距的关系。分析结果表明:煤层的开采破坏了岩层原始平衡状态,并使应力重新分布,随着采矿步距的增大,靠近边界的岩体最先发生破坏。当采矿步距推进至40 m时岩体边界出现破坏单元,当超过50 m时发生岩体的宏观破坏,之后便出现顶板冒落甚至坍塌现象。表明采空区跨度在40~50 m时,岩层还能靠自身的强度保持采场的稳定状态,随着采场的扩大便出现顶板坍塌现象,继而表现出地表沉陷。该模拟为后期煤层的开采提供了有利的技术支持。     

采场上覆岩层应力分布规律的数值模拟研究

针对采场围岩应力复杂多变和难以预测的实际问题,以FLAC3D模拟软件建立了三维空间力学模型,开展了采场上覆岩层应力的动态演化和分布规律数值模拟分析,得出了工作面不同推进距离采场上覆岩层在走向和倾向上应力的分布特征,可为采场合理支护方式、支护参数和矿山压力及其控制等有关问题提供数据支持和依据,保障采煤工作面安全有序进行。     

膏体充填参数对上覆岩层破坏规律的数值模拟研究

传统的条带开采中,巷道开挖后扰动了巷道上方原岩应力的分布状态,巷道上方的顶板在二次应力场的作用下会发生变形、破坏,严重时会导致结构失稳、垮塌和破坏。为研究不同的膏体充填参数对覆岩应力分布规律的影响,本文运用数值模拟的手段以小屯矿条带充填开采为背景,选取采空区顶板及煤柱塑性区破坏范围、巷道顶板和煤柱的下沉量作为充填体的充填效果,得出不同充填体的充填率、充填体强度对上覆岩层破坏规律的影响。     

18112工作面覆岩导水裂隙发育和渗流规律模拟分析

采用数值模拟分析18112工作面覆岩导水裂隙的发育和渗流规律.根据模拟结果得出,覆岩垮落带和导水裂隙带的发育高度分别为12 m和38 m,且工作面推进至沟谷底部下方时,覆岩裂隙与地表相贯通;工作面推进至沟谷下坡底部(回采120m)～沟谷上坡段中部(推进250m)时,存在着较大的突水危险性,需提前采取防治水措施保障安全回...     

覆岩采动导水裂隙带发育高度数值模拟与测试分析

针对覆岩采动导水裂隙带高度的确定,以某矿21011工作面为工程背景,首先利用数值模拟软件FLAC~(3D)进行数值模拟,获得的结果较接近现场实测真实情况;选取了多种经验公式对顶板导水裂缝带高度进行了计算,结合"钻孔双端封堵测漏"技术对导水裂隙带发育高度进行现场实测,最后通过3种手段的综合运用,确定覆岩导水裂隙带的发育高度为38.6 m,进一步提高了开采上限,提高了资源回收率,为安全有效开采煤炭资源提供了科学决策依据。     

采动覆岩裂隙分布特征数字分析及网络模拟实现

利用钻孔彩色电视系统,对煤矿采动覆岩裂缝带范围内的钻孔裂隙的分布形态进行了探测,定性总结了采动裂隙的分布特点;对裂隙的倾角、宽度和数量进行了统计,综合评价了采动裂隙分布的定量关系;应用3DEC程序对裂隙分布进行了网络模拟实现。研究结果表明,采动岩体裂隙的主要特点就是裂隙发育以高角度甚至垂直岩层层面的裂隙为主,裂隙的发育数量与埋深呈现二次方的递增形式,而裂隙宽度与裂隙数量的分布近似呈正态分布。     

大型地下铁矿覆岩移动破坏规律数值模拟

通过对劳服铁矿的工程地质调查、矿岩力学性质试验,选取了表征矿山岩体工程质量的各种指标,获得了岩体工程分类结果的工程岩体质量级别。在系统的劳服铁矿开采现状、水文地质和采矿方法等研究的基础上,采用FLAC3D建立劳服铁矿地下开采的数值模型,通过三维数值模拟,揭示了劳服铁矿采用无底柱分段崩落采矿方法的力学环境,分析了劳服铁矿覆岩的应力、位移量、塑性区,其分析结果对劳服铁矿地下安全高效开采具有重要的指导意义。