基于Double-Yield模型下采动影响对煤岩体应力影响机理研究

采用Mohr-Coulomb本构模型模拟其他岩层,采用Double-Yield模型模拟采空区,通过Salamon公式确定充填材料的应力应变关系曲线,并且通过对单元体进行加载得出曲线与其进行拟合得出充填材料的参数。同时对比采空区采用Null模型和Double-Yield模型在垂直应力,塑性区,以及模型底板的应力记录曲线的不同。得出采用Double-Yield模型能较真实反应矿井采空区垮落的真实情况。     

复合采空区覆岩冒落机理及其协同治理方法研究

针对某矿浅孔留矿法开采时,复合采空区可能导致冒落冲击及地表陷落等危害问题,采用理论分析与数值模拟相结合的方法进行了覆岩冒落机理及采空区治理方法的研究。通过岩体极限冒落跨度力学分析,计算得到采空区顶板极限冒落跨度为46.4 m,小于采场长度,采空区存在冒落风险;RFPA2D数值模拟结果表明,采动应力影响下采空区暴露空间大小、优势节理组及应力平衡拱的存在是导致覆岩冒落呈现快速—缓慢冒落机制的主要影响因素.对于复合采空区条件下的矿体开采,所留顶柱并不能有效支撑采空区,据此,提出了顺次崩落中段顶柱与地表协同充填的复合采空区治理方法,消除采空区危害的同时,可有效回采40％的顶柱矿量,创收经济效益达1350万元,研究可为矿山复合采空区治理提供借鉴。     

采空区带状注浆加固机理及其数值分析

 对采空区进行注浆加固处理目前已成为解决采空区上方建筑物地基稳定性问题的重要途径,结合注浆加固机理和条带开采理论对控制采空区残余沉降的带状注浆方法的注浆适用范围、模型、机理以及相关参数进行了较深入的研究,运用数值模拟的方法对带状注浆前后以及施加建筑荷载后的地基沉降变形、垂直应力进行了对比分析,结果表明,在合理布置注浆条带宽度、钻孔间距和注浆工艺的前提下,带状注浆可以有效的控制采空区的残余变形,从而保证上方建（构）筑物的安全使用。     

不同含水状态采空区冒落岩体压缩变形特征研究

为了研究含水条件下采空区对地表变形的影响,进而给采空区稳定性评价提供科学的依据,以杨庄煤矿5号煤层采空区的冒落岩石为研究对象,通过对自然状态冒落岩块进行加载试验和注水加载试验,研究松散岩体在自然状态和饱水状态下的压缩变形特征。试验证明:各级荷载下压力传感器监测到的采空区冒落松散岩体轴向压应力先增大再减小,采空区冒落松散岩体压实过程伴随着其内部应力集中的逐步消散。通过对比发现,随着外加荷载的逐级增加,自然状态采空区冒落松散岩体的压缩变形量的增加量逐步减小;而在一定外加荷载下,变形已趋于稳定的非饱水状态采空区冒落松散岩体在注入水之后仍会发生迅速而明显的压缩变形,从而导致采空区地表的二次变形。     

采空区冒落矸石承压变形特征及侧向压力分布规律研究

在覆岩载荷作用下，采空区冒落矸石会产生施加于巷旁支护体或煤柱上的侧向压力，在时间效应影响下，侧向压力可能引发巷旁支护体或煤柱失稳，进而诱发地表塌陷。为研究采空区冒落矸石承压变形特征及侧向压力分布规律，研制了可测量侧向压力的组合式冒落矸石承压变形试验装置。以满足均匀粒径分布的5-30 mm的冒落矸石为例，通过设置相同加载总时长（16 h）、相同目标载荷（10 MPa）、不同数量加载水平（水平1、2、4），研究冒落矸石承压变形特征、侧向压力分布规律及试验前后粒径变化情况。结果表明：随载荷增加，冒落矸石变形逐渐增大，残余碎胀系数和空隙率逐渐减小，加载较恒载阶段尤为明显；恒载初期，轴向应变增长较快，而后逐渐变缓并趋于平稳，若不发生应变突增，时间-应变呈现对数关系；目标载荷相同，加载总时长一致，随加载水平数量增加，恒载阶段产生的总应变显著增加，分别为3.02%、9.07%和17.72%，表明随加载水平数量增加，虽然载荷对冒落矸石输入的总能量减少，但却对冒落矸石的滑移填充和结构调整起到了明显的促进作用；冒落矸石侧压力系数随着载荷增加明显变大；冒落矸石体展现出较强的载荷传递折减效应，自冒落矸石体顶界...     

联合采矿法回采挂帮矿时采空区的临界冒落跨度研究

露天转地下过渡期挂帮矿开采方法有多种,其中联合开采是解决过渡期产量平衡的有效方法。使用联合采矿法会形成非连续的采空区,这些采空区将影响矿山的安全生产,因此,需要研究安全合理的空区处理方法,诱导冒落法是近几年兴起的一种新型空区处理方法,采用诱导冒落法时需要提前确定采空区的临界冒落跨度和散体垫层的安全厚度,文章结合某铁矿挂帮矿体的实际情况,首先利用解析法计算出空区的临界冒落跨度和散体垫层安全厚度,然后通过数值模拟对矿柱回采过程中空区顶板围岩的位移、应力进行分析,补充验证了采空区的临界冒落跨度,并证明了采用此方案处理采空区的可行性,对矿山的生产施工具有一定的指导意义。     

考虑采空区矸石非均匀充填影响的倾斜煤层沿空留巷稳定性分析

倾斜煤层开采后，由于采空区顶板冒落矸石在重力作用下向下运动堆积充填采空区，使得倾斜煤层沿空留巷矿压显现规律与水平煤层不尽相同。为研究倾斜煤层采空区矸石非均匀充填对沿空留巷围岩稳定性的影响，以四川龙门峡南煤矿3131运输巷为工程背景，对采空区垮落矸石充填分区长度进行量化，并采用双屈服模型反演得到采空区矸石分区压实特性参数；并以此为基础建立数值计算模型，重点研究了倾斜煤层沿空留巷全服务周期内围岩应力场环境和塑性区分布形态的演化特征，以及承载状态下巷旁充填体的应力状态和支护性能。研究结果表明：3131工作面采空区的充填压实区、完全充填区以及部分充填区的倾向长度分别为57.20、72.18、10.62 m；对于考虑采空区分区压实特性的倾斜煤层沿空留巷而言，其工作面前方支承压力和采空区残余支承压力沿煤层倾向随深度增加而增大；相比于一次采动，二次采动时工作面前方支承压力峰值和影响范围明显增大，侧向支承压力集中程度也明显提高；留巷阶段采空区垮落带矸石对巷道顶板岩层具有一定的支撑作用，侧向支承压力有明显的应力集中；受重复采动影响，两帮塑性区破坏范围发生顺层扩展现象，且巷道顶板与采空区顶板的塑性区相贯通...     

长壁矸石充填开采上覆岩层移动特征模拟实验

长壁矸石充填工作面采空区由于被充填材料占据,上覆岩层移动特征将不同于垮落法管理顶板,采用相似模拟和数值计算模拟工作面回采和矸石充填过程。通过改变支架初撑力和工作阻力、充填材料的夯实力,模拟不同充填率情况下上覆岩层应力变化和岩层移动特征,结合现场实测结果认识长壁矸石充填开采上覆岩层移动规律。研究发现：支架工作阻力对充填效果影响显著,充填支架高初撑力和工作阻力可以限定顶板的变形,保证足够的时间使更多的充填材料充进采空区,进而减小缓慢下沉带高度,控制地表变形。采空区内充填材料限制直接顶的变形、下沉以及冒落,直接顶以断裂和冒落为主,冒落后整齐地排列在采空区矸石上。基本顶以弯曲下沉形式随直接顶移动,上覆岩层冒落高度显著降低。     

基于离散元方法的深部采面“两带”高度研究

根据某矿1307工作面特点,采用离散元数值模拟方法,建立了数值计算弹塑性平面本构模型,对上覆岩层应力、位移、塑形变形开展了系统研究。结果表明,1307工作面开采后在采空区中心向上依次为拉应力区、拉压应力交变区和压应力区,而在煤壁处及向上均为压应力区;此外,不同岩性应力分布情况不同,在砂岩中应力集中程度很高;导水裂缝发育高度为48.1 m,冒落带高度为14.6 m。结果为工作面安全开采提供了理论依据。     

大冶铁矿采空区稳定性模拟分析

为了回收采空区矿柱,以大冶铁矿采空区充填体为例,根据Mohr-Coulomb材料变形模型,建立了采空区应力数值分析模型,模拟了充填前后采空区的应力变化及塑性区的分布情况,通过两者的对比得出充填前后采空区的稳定性结果。研究证明采用充填法对采空区进行处理,不仅改善了采空区应力的作用,还缩小了矿体内的塑性区域,很大程度上提高了采空区的稳定性。     

基于有限元分析的复杂采空区群危险度分级

针对某矿山大型复杂采空区群的实际情况,应用空区三维激光探测技术获得了复杂空区的真实形态及相对位置关系,结合SURPAC软件构建了包含复杂空区群在内的矿山三维地学模型,将地学模型分别转换导入FLAC3D和Phase2有限元软件形成数值计算模型,经计算获得围岩变形和应力分布状况.通过对数值计算结果分析并参考空区形态、体积及周边环境等因素,确定了采空区的危险度等级.运用空区实测模型进行数值模拟提高了计算结果的可靠度,同时运用不同计算软件,降低了计算误差,所得结果更为可靠,更有利于指导生产实际.     

采空区三维建模及稳定性数值模拟研究

采矿区顶板及围岩的稳定性是金矿矿床高效开采面临的主要问题。由于受构造等多方面因素的影响,采空区内部的应力情况无法运用简单的数学公式进行计算,为了研究某铜矿采空区形态及稳定性,采用数值模拟的方法对其进行研究。首先,探明该矿采空区的空间分布形态及具体方位,以此为基础构建精细三维模型;采用ANSYS软件建立采空区、地层、断层和巷道单元模型,划分网格再由FLAC~(3D)软件进行计算;分析了空区开挖后-120m中段及各纵剖面的沉降(Z方向的位移)和弹塑性区域分布,分析结果可为后续采空区周边巷道开挖提供指导。     

冒落带非均质模型对采场流动传热计算的影响

在采动影响下,采场冒落带内碎岩和遗煤呈现出初始冒落到不断被压实的非均质状况。为了更准确地模拟采场流动换热状况,本文将孔隙率和渗透率视为在二维空间内不均匀分布的连续变量,并建立相应的计算模型。基于多孔介质流动传热模型对典型U型采场流场与温度场进行数值模拟和实测对比。通过给出不同孔隙率模型下的计算结果,表明采空区冒落带的孔隙率分布模型对采场内流动传热模拟结果有较大影响。采用冒落带孔隙率二维连续非均匀模型后,工作面采空区侧的各点温度模拟与实测值相差<0.5℃,因而其结果更符合实际。     

采空垮落区的风流运动和瓦斯运移作用机理

通过对采空区内矸石的特性分析,研究瓦斯在采空区中的扩散规律。建立瓦斯在采空区内扩散的数学模型,描绘了回采中采空区瓦斯的运移与分布的流体动力学原理。给出增大风量后瓦斯分布的算例,由此反映出工作面风压与采空区内部瓦斯压力的动态平衡性。运用质量守恒定律和非线性渗流方程,提出基于Fick扩散定律和Brinkman方程的瓦斯扩散-通风对流运移模型,综合考虑了流体压力梯度和动能作用,比较适合采空垮落区的风流运动和瓦斯对流扩散规律。通过数值模拟并与实验结果对照,研究采煤工作面采空垮落区内瓦斯运移的作用机理。认为采空区内瓦斯扩散的数值模拟的模型是有效可行的,为扩散规律的研究提供理论依据,从而有助于煤矿瓦斯监测与安全管理。     

碾沟煤矿采空区覆岩稳定性数值模拟

根据对碾沟煤矿工业场地采空区特征的分析,建立了三维有限元数值模拟模型.运用岩土工程数值计算分析系统Midas/GTS,通过对采空区覆岩的应力、应变及位移场的分析,研究判定了采空区上覆岩层的稳定性,为场地建筑设计提供依据.     

采空区三维可视化模型构建及其冒落状况分析

如何对地下采空区的分布范围、空间形态特征和采空区的冒落状况等进行量化评判,一直是困扰工程技术人员进行采空区潜在危害性评价及合理确定采空区处治对策的关键技术难题。该文基于现场大量钻孔地质编录数据,应用澳大利亚Surpac软件,详细介绍了构建高速公路隧道下伏采空区三维可视化模型的方法和实现步骤,并对采空区顶板的冒落状况进行了评价分析,研究成果对指导类似工程实践具有重要的理论意义和工程实用价值。     

双系煤层开采覆岩应力场分布规律研究

基于同忻煤矿工程地质条件,对侏罗系遗留多采空区及区段煤柱条件下,石炭系煤层覆岩顶板应力场分布规律进行研究。结果表明:侏罗系多采空区冒落矸石可简化为"粘弹性结构"受力;石炭系综放工作面超前支承压力峰值为10.34MPa;遗留煤柱对应力具有承接转载作用,8101工作面过煤柱时呈强矿压显现现象。     

龙桥铁矿采空区顶板岩层移动及冒落规律研究

采用FLAC-3D对龙桥铁矿采空区顶板岩层移动及冒落规律进行了模拟研究,研究结果表明：整个采空区的顶板岩层移动比较平缓、稳定,矿区整体失稳的概率小;回采完-342.5分段3_5线矿体后,采空区顶板围岩的垂直下降变形及应力出现较为明显的变化,此时顶板围岩出现冒落迹象;0-2线附近矿体对采空区顶板岩层移动及冒落规律有着重要...     

露天矿开采境界内下部复杂隐伏采空区上部稳定性研究

基于三道庄露天矿地下复杂采空区的调查资料,建立了复杂采空区的Surpac三维模型,将模型导入MIDAS三维有限元软件建立数值计算模型,最终导入FLAC软件进行计算。根据数值计算结果,从应力和位移的角度,同时考虑被分析空区与邻近空区之间的相互影响作用,分析研究了开采境界下空区的稳定性状态,对矿山实际生产具有一定指导意义。     

用有限元法分析长壁工作面支架-围岩力学关系

本文用平面有限元法计算分析长壁工作面顶板动态(应力、位移)与支撑参数(采空区冒落矸石弹性模数、支架初阻力与刚度等)及开采深度的关系。研究表明,采空区矸石弹性模数、支架刚度及初阻力是影响顶板动态的主要因素。提出顶板控制的改善途径及支架合理参数的选择依据。指出端面顶板应力集中是机道上方顶板破坏的基本原因;液压支架应有较高的刚度、较低的工作面支架安全阀开启率。