采高变化对覆岩移动变形的影响分析

以河南新登煤矿31071综采工作面为工程背景,建立覆岩移动变形的Flac3D数值模拟计算模型,研究开采不同采高条件下覆岩位移及应力的变形破坏情况。结果表明：上覆岩层的塌落带、裂隙带范围相应增大,且变化明显,同时,煤层顶板上方应力得以重新分布的距离随着采高增大也逐渐增加。     

软岩近距离煤层采动覆岩破坏特征模拟研究

为了研究软岩煤层组开采过程中围岩及地表的破坏移动规律,基于采动覆岩移动、裂隙分布规律及破坏机理,采用相似模拟研究方法,以依兰煤矿首采区工作面为工程原型,建立了地质力学模拟模型,分析研究了软岩煤层组的采动力学演化特性、顶板裂隙破断发展轨迹、地表移动变形规律和围岩塑性区分布范围.研究得出:依兰煤矿首采区上煤层采后覆岩破坏最大裂采比为7.5,多煤层覆岩综合裂采比为9.3,地表下沉系数为0.76,地表移动变形值达到Ⅳ级变形;揭示了覆岩纵向裂隙呈梯形分布于采空区两端,横向裂隙分布于顶板应力卸压区的特征;指出采空区围岩应力与空间位置有关,顶板应力变化幅度大于煤柱应力变化;分析得到"三软"覆岩移动变形速度较大,同时软岩煤岩层对采动围岩变形起到了缓冲作用,覆岩裂隙破坏范围在围岩中受到限制.     

大柳塔煤矿多煤层开采覆岩变形破坏模拟研究

针对大柳塔煤矿远距离多煤层开采冒裂带发育及采动影响问题,通过相似模拟和数值模拟计算,系统研究了2个主采煤层开采过程中覆岩垮落、裂隙发育及地表沉陷规律。研究结果表明：浅部2-2煤覆岩主关键层破断后,顶板基岩会发生直达地表的整体切落现象,5-2煤一次采全高长壁开采冒裂带连通上部采空区,形成工作面涌水的导水通道;重复采动岩层与地表移动和变形值增大,非连续性破坏增加;采空区上覆岩体依据主应力分布可划分为双向拉应力区、拉压应力区和压应力区3个区,主应力状态对采动裂隙的形成、发育起着控制作用;采动影响与工作面几何参数密切相关,地表沉陷随着工作面斜长或采厚的降低而减小。研究成果对大柳塔及类似条件下的煤矿安全开采与设计有指导意义。     

空场嗣后充填法采充顺序对地表变形影响研究

采空区充填是预防矿山地下开采导致地表变形、开裂以及建(构)筑物损坏的主要途径,但开采和充填过程中覆岩移动依然存在,不同的采充顺序对地表影响也存在差异,因此,研究确定合理的采充顺序十分重要。以某大型铜镍矿地下开采为研究对象,根据矿体、覆岩岩层及地表第四系空间位置关系,结合矿体开采方案,采用数值模拟方法分析了矿山3种不同采充顺序下覆岩移动与地表变形影响情况,结果表明:随着开采深度增加采充顺序带来的地表变形差异性减小,研究的对象距地表291m时矿体不同采充顺序产生的地表变形位移值差异约为6%;采充顺序对覆岩形成"移动拱"的影响最为突出,主要体现在"移动拱"范围和位移大小上,是评判开采顺序影响的重要研究内容。     

补连塔矿区不同采高对覆岩移动和破坏的影响

通过利用FLAC3D数值模拟软件,以补连塔煤矿近水平煤层为背景,对补连塔矿区主要影响覆岩移动和破坏的不同采高进行研究,并分别建立了不同采高和地表移动、覆岩破坏、拉伸区的量化关系,可以预测大采高对采空区上覆岩层的损伤程度,并提前采取措施,可防止工作面溃沙、透水和保护地表植被。     

浅部条采老采空区受荷载影响的模拟研究

采用相似材料模拟试验研究了建筑荷载影响下的条采老采空区覆岩和煤柱失稳破坏过程。研究表明:随着荷载增大,老采空区覆岩和煤柱在附加应力作用下变形破坏,在采空区上方地表加载时,覆岩呈"鼓形"破坏形态,而后岩层断裂垮落;在煤柱上方地表加载时,煤柱受压缩在边界上方发育高角度纵向裂缝,而后采空区覆岩垮落失稳,沿发育的裂缝切冒至地表。     

构造应力型矿山顶板覆岩移动冒落响应特征研究

为了分析自然崩落法在覆岩整体性较好的构造应力型矿山应用的可行性,以龙桥铁矿为工程背景,借助数值计算、现场监测手段,重点对顶板岩层移动冒落力学响应机理进行研究。结果表明:构造应力促使离空区一定距离的顶板覆岩形成明显的应力集中区,并随空区跨度增大沿顶板覆岩向地表方位移动,同时伴有应力集中和应力释放的现象,构造应力成为破坏顶板覆岩完整性的动力源,增加顶板覆岩自然冒落的机率;空区的形成,使得空区相邻顶板覆岩为拉应力区,且随空区跨度增大沿倾向和纵向方位扩展,拉应力值呈平稳增加趋势,当跨度趋近临界跨度时,顶板覆岩拉应力值增大明显,预示着空区顶板呈现移动冒落现象;空区跨度继续增大时,覆岩拉应力值在保持平稳波动外,顶板覆岩遭受拉伸剪切破坏的范围在扩大,顶板岩层也在持续冒落。     

大采高长工作面地表移动变形规律研究

为研究大采高长工作面地表移动变形规律,采用数值模拟、理论分析及现场实测的方法分析大采高工作面长度变化时对地表移动变形规律的影响,得到大采高工作面覆岩压力平衡拱达到极限状态而发生失稳破坏的临界条件和地表移动变形特征参数。研究结果表明：随着工作面长度的加大,在工作面倾向方向上由于覆岩离层导致冒落带高度范围、地表移动变形量、开采影响范围逐渐扩大,地表最大下沉量和最大水平移动量与工作面开采长度呈线性关系。     

采动覆岩与地表下沉关系模型及离层量估算方法

地下开采可能导致地表沉陷、基础设施损毁、土地破坏或地面积水等，进而诱发生态环境恶化。而采空区固体充填和覆岩离层注浆是控制岩层移动，减小采动损害的有效技术手段。传统的覆岩离层注浆往往采用关键层理论、数值模拟、相似材料模型实验和理论分析手段，因涉及的物理力学参数多、边界条件限制等，计算过程复杂，仅能给出离层层位，难以定量确定离层量。开采沉陷研究表明，采动覆岩与地表移动方向指向采空中心，移动边界可以简化为线性边界，基于下沉盆地主断面上地表下沉与任一覆岩下沉的面积相等和煤系地层的层状特征，构建了采动覆岩与地表下沉的关系模型，较好地反映了覆岩与地表下沉随边界角、工作面宽度、开采深度的发展演化规律。采动覆岩与地表下沉比值随埋藏深度增加而增大，反映了采动下沉效应从顶板向覆岩、地表的传递规律；随着宽深比的增加，同一层位岩层下沉与地表下沉比值减小，地表下沉增大；当边界角减小时，地表下沉范围增大，地表下沉值减小。结合钻孔揭示的覆岩结构与组合，可以逐层计算上覆岩层和地表的下沉值，利用两相邻岩层下沉的非一致性，可以确定各岩层间的离层量，通过计算导水裂隙带高度，剔除导水裂隙带内无法形成封闭充填空间的无效离层，进...     

大采高综放工作面长度的空间效应初探

为了合理选择大采高综放工作面合理长度,采用数值模拟方法对大采高综放工作面不同长度情况下覆岩结构和围岩应力分布进行研究,研究结果表明,随着工作面长度的增加,工作面超前支承压力影响范围增大,峰值远离煤壁,峰值增大,工作面覆岩"应力拱"高度加大,矿压显现加剧;当工作面长度超过一定值后,支承压力距离、大小、"应力拱"高度将趋于稳定。该研究成果对于确定合理的大采高综放工作面长度具有重要的指导意义。     

综放开采覆岩结构破坏与裂隙演化的数值分析

为了研究五阳煤矿综放开采条件下的覆岩与地表移动、变形和破坏规律,在现场地表观测的基础上,将地表变形看作是一个采空区上方岩体不断破碎断裂发展的过程,运用离散元软件建立了一个非连续介质模型,从岩体内部结构演化角度研究了开采模式和开采速率对覆岩结构演化及地表变形的影响规律.模拟结果与现场观测基本一致,研究表明开采速度提高主要引起开采过程中顶板结构面发育不充分,覆岩整体承载能力降低,地表变形速率增加,对地表建筑物危害加大.采高的增加则会使覆岩结构发育范围和程度明显增大,地表变形更剧烈,范围更广.     

浅埋深薄基岩综放覆岩运移规律的埋深效应研究

采用相似模拟实验的方法,研究了浅埋深薄基岩条件下综放开采覆岩运移规律的埋深效应,结果表明:浅埋深薄基岩条件下,虽然埋深不同,综放采场覆岩均形成了稳定的"悬臂梁+铰接岩梁+拱"结构,松散层和地表会随着"铰接岩梁"周期性失稳而滞后工作面成整体切落式垮落,地面出现台阶式下沉,工作面与地表沟通,进而直接破坏覆岩含水层和地表水系,生态环境遭受严重的破坏;随着埋深的增加,地表最大下沉值增加,最大下沉量位置距工作面的距离增大。     

煤层开采覆岩破坏与地表变形规律的数值模拟

基于研究矿区煤层覆岩的地质条件,结合数值模拟方法,研究了厚松散层薄基岩条件下不同采宽采厚开采的覆岩破坏与地表移动变形规律,得到了覆岩导水裂隙带高度随放采比及采厚增大而增大的结论,提出了该采区防水防砂技术,控制采高,加强顶板管理,为煤层的安全开采提供依据,为提高煤炭资源的开采率做出科学的分析和建议。     

高强度开采覆岩地表破坏及防控技术现状与进展

随着我国煤矿开采技术与装备水平的提升,煤矿生产集约化、智能化程度越来越高,以综采放顶煤、大采高支架为代表的高强度开采工作面日趋增多,研究高强度开采覆岩与地表破坏等负外部影响及其防控技术对于实现矿区资源开发与生态环境协调发展具有重要意义。在分析了煤矿高强度开采定义及其主要技术特征的基础上,阐述了长壁高强度开采引起的覆岩破坏规律研究现状及其进展,包括覆岩破坏高度理论分析、覆岩破坏充分采动及其判据、覆岩破坏高度计算方法以及覆岩"两带"破坏模式及其形成机理等,主要研究了覆岩破坏传递过程,提出了基于覆岩破坏传递过程的覆岩破坏充分采动程度判据及其高度计算方法,揭示了高强度开采覆岩"两带"破坏模式的形成机制。其次,基于大量高强度开采工作面地表岩移实测资料,从高强度开采地表裂缝特征及地表移动变形特征等方面总结了我国煤矿高强度开采引起的地表变形破坏规律及其研究进展,阐述了高强度开采对覆岩与地表水资源、土地资源、地表生态环境、建(构)筑物等方面的负外部影响;基于高强度开采诱发的负外部影响,分析了我国高强度开采覆岩与地表破坏预防和控制技术及其进展,提出了煤矿高强度开采采动损坏的防控思路。研究认为我国煤炭高强度开采矿区将以开采的负外部影响一体化规律与防治、生态环境监测及保护技术研究为主,高强度开采条件下矿区生态环境原位保护将是未来的发展方向。     

中深埋煤层多工作面开采地表沉陷特征研究

为研究中深埋煤层多工作面开采的地表沉陷特征，采用FLAC3D模拟小保当一号井112201工作面及两侧相邻工作面先后开采的覆岩破坏、应力变化和地表移动特征。研究表明：112201工作面单独开采，覆岩塑性破坏表现为中间低、两侧高的“凹”形，覆岩最大破坏高度达165m, 112202工作面的开采使老采空区覆岩二次破坏高度增大6.67%,112207工作面开采使老采空区覆岩三次破坏高度增大10.91%;相邻工作面的开采使112201工作面覆岩应力变化经历“稳定—打破—初步稳定—二次打破—再稳定—三次打破—终稳定”的复杂过程；112201工作面开采形成的地表移动盆地范围受相邻两侧工作面开采的影响而变大，且沉陷中心向两侧扩大，相邻工作面的沉陷中心则偏向112201工作面老采空区一侧；岩移观测资料显示，单工作面倾向地表下沉曲线表现为“V”形，相邻工作面的开采使其地表最大下沉量增大了6.08%,地表下沉曲线最终表现为“W”形。     

千米深井大采高工作面覆岩破坏过程数值模拟分析

我国近年来千米深井不断增多,覆岩破坏形式和破坏范围也越来越严重。从千米深井大采高覆岩运动和顶板破坏的形式及应力分布特征出发,利用RFPA数值模拟的方法进行了大采高工作面的覆岩破坏过程的研究,得出了在千米深井工作面推采时主应力向两侧转移,且大致沿岩层移动角出现扇形应力降低区的结论。随着工作面的继续推进,采空区上方覆岩破坏和位移具有明显的分带性,各带特征明显不同,但其界面逐渐过渡,空间形态大致呈对称的“马鞍”形分布。     

巨厚煤层开采覆岩运动规律模拟

针对平均煤层厚度为21m的具体情况,分别采用离散元数值分析软件UDEC3.1和相似材料模拟进行了研究,研究表明大采高使工作面前方支承压力分布范围增大和峰值位置前移,沿着工作面推进方向,覆岩整体呈现梯形跨落,覆岩跨度不断增加,引起的地表移动范围也不断增大,完全采动影响下,地表垂直沉降范围大致为跨度的2.6倍。     

综放采场重复采动覆岩运移原位监测与分析

为探索地面深基点钻孔原位测试采场覆岩运动的方法,研究神东矿区综放采场重复采动条件下的覆岩运动规律,以布尔台煤矿42105综放面为工程背景,布置3条地表移动的观测线,2个深基点测站,监测开采过程中的地表移动数据和覆岩下沉运动数据。42105工作面覆岩抗拉强度和弹性模量偏低,顶板容易折断破坏,2-2煤以上岩层经历重复采动破坏,不易形成承载结构,是采场支架压力大,覆岩和地表下沉速度快的主要原因。拉线式位移计测量的位移数据是地面基站与钻孔内锚固测点的相对位移值,锚固测点"向上移动"的原因是地表基站的下沉稳定时间滞后于钻孔内测点,测点"向上移动"对应着覆岩运动的重新压实阶段。     

采动覆岩卸荷膨胀累积效应的影响因素

采动覆岩经历了卸荷膨胀与再压实的动态过程,将覆岩卸荷膨胀总量随卸荷高度及承受载荷不断累积而发生动态变化的现象称为采动覆岩卸荷膨胀累积效应。采动覆岩卸荷膨胀累积效应是岩层移动过程中的自然现象,对岩层移动规律具有重要影响。基于修正后的采动覆岩卸荷膨胀累积效应力学模型,以山西赵庄煤矿1311工作面内部岩层移动实测结果为基础,针对采高、采深和岩性对采动覆岩卸荷膨胀累积效应的影响开展了理论研究。结果表明：采动覆岩卸荷膨胀总量主要由垮落带和裂隙带的塑性膨胀与主关键层下部弯曲下沉带的弹性膨胀所组成,其中垮落带的塑性膨胀占比最大,弯曲下沉带的弹性膨胀占比最小。采动覆岩卸荷膨胀总量随覆岩卸荷高度的逐步增大呈现先增大到峰值后再逐步减小的过程,当覆岩主关键层破断后,弯曲下沉带的弹性膨胀量降为0,此时覆岩卸荷膨胀总量达到最小值,为覆岩残余膨胀量。采高对覆岩卸荷膨胀累积效应的影响主要体现在不同采高条件下垮落带与裂隙带高度不同。覆岩卸荷膨胀总量随采高的增大而增加,当采高由2.5 m增大至10.5 m时,卸荷膨胀总量峰值和残余碎胀量均增大3倍以上。与采高相比,采深变化一般不会改变垮落带与裂隙带高度,采深对覆岩卸荷膨...     

厚松散层下开采高度对地表移动的影响规律研究

以赵固二矿地质采矿条件为背景,通过构建数值模型,研究了巨厚松散层地质采矿条件下采高对地表下沉及水平移动特征、地表主要移动变形参数的影响。结果表明,随着采高的增加,地表最大下沉及水平移动值逐渐增大,水平移动范围显著增加,同时得出地表最大下沉值及水平移动值与采高成线性增长关系,而地表下沉系数及水平移动系数与采高成对数增长关系,并分别拟合出了地表下沉值、地表水平移动值、下沉系数及水平移动系数与采高之间的经验公式。