不同采厚非对称开采围岩变形特征模拟分析及应用

依据谢桥矿1151(3)综放面非对称布置开采的地质和技术条件,采用计算机数值模拟(FLAC3D)系统开展了一次采厚变化对覆岩运移特征的影响研究.研究结果表明:不同采厚围岩运移特征均具有明显的非对称性,煤柱侧围岩塑性区宽度和位移远大于工作面中、下部;工作面前方塑性区宽度、走向工作面后方围岩塑性区边界与采空区方向的夹角和倾向下山方向围岩塑性区边界与煤层夹角与一次采厚呈非线性正比,走向工作面前方围岩塑性区边界与推进方向的夹角与一次采厚成非线性反比.工程应用表明,非对称开采工作面支架的选型和设计应适应围岩非对称变形的特点,并改善供液系统,加强端头管理.     

综放开采采动裂隙分布及其演化特征分析

基于非对称综放开采布置特点,以谢桥煤矿1151(3)综放工作面地质及技术条件为背景,采用现场实测、实验室相似材料模拟和计算机数值模拟综合分析方法,开展了综放开采采动裂隙分布及其演化特征研究。结果表明,随工作面推进,采动裂隙发育高度呈梯级跃升并趋于稳定,其演化具有"∩"形高帽状、前低后高驼峰状、前后基本持平驼峰状、前高后低驼峰状等4阶段特征,非对称开采采动裂隙分布呈非对称性,揭示出非对称综放开采采动裂隙分布规律及其演化特征。该研究可为采场围岩稳定性控制、瓦斯抽放、安全高效开采等提供理论依据。     

采场覆岩裂隙演化分区与渗透性研究

通过分析开采条件下工作面前方支承压力分布规律和煤体卸压破坏全过程的采动力学行为,采用实验室实验研究了工作面前方承载应力环境下岩体渗透性的变化;揭示了采动影响下采场空间裂隙发育与演化规律,提出工作面前方裂隙发育区形成的主要原因是强度破坏,并分为原岩裂隙区、应力集中裂隙孕育区、卸压剪切裂隙发育区,渗透性较强的区域为卸压剪切裂隙发育区,与塑性区近似重合。     

云驾岭煤矿采动覆岩裂隙场分布特征模拟研究

为了研究云驾岭煤矿采动覆岩裂隙场分布及其演化规律，通过相似模拟试验和UDEC数值模拟方法探究了采动后上覆岩层的下沉曲线与裂隙场分布特征，计算覆岩离层率空间分布情况。结果表明：随着开挖工作的不断推进，采动覆岩裂隙场呈梯形分布特征，逐步向较高层位和推进方向发育，其中下部裂隙被压实，两端裂隙较为发育，整体上裂隙密度逐步减小，经历裂隙产生、扩展和压实三个阶段，而覆岩离层率先后经历“单峰”和“双峰”两个分布形态。采空区中部与煤壁后方和开切眼附近区域采动裂隙演化规律截然不同，采空区中部区域的采动裂隙随着垮落岩层被上覆岩层压实，采动裂隙逐渐减小，煤壁后方和开切眼附近区域，边界煤柱和垮落岩层形成三角形的采动裂隙区域。采动覆岩位移场影响区随着工作面推进向高层位和推进方向发育，开采初期呈现矩形分布，而后随工作面的推进，采动覆岩位移场影响区则呈现梯形分布，中部的位移矢量箭头垂直于底板，开切眼和工作面端位移矢量分别呈逆时针和顺时针偏转。     

采场上覆岩层采动裂隙演化规律相似模拟研究

为得到薄基岩厚风积沙地区采场裂隙带发育高度及演化特征,基于采场覆岩"三带"的划分,对薄基岩地区厚风积沙煤层采动过程中裂隙发育特征进行相似材料模拟试验研究,得到开采过程中上覆岩层垮落破坏特征及运移规律,岩层内部压力分布规律,分析采动裂隙带发育高度及存在形态与工作面推进速度的关系。结果表明:补连塔煤矿12406工作面周期来压步距为22.5~30.0 m;上覆岩层的破断角在采空区侧为64°,在煤壁侧为61°;裂隙带高度为157.1 m,为工作面采高的26.18倍;工作面上覆岩层下沉趋势呈非线性曲线,移动形态具有非对称性。     

采动裂隙场发育高度数值模拟研究

以顶板卸压带瓦斯抽采为主的瓦斯治理措施是有效防止回采工作面上隅角瓦斯超限的手段之一，采动裂隙是瓦斯运移的主要通道，采动裂隙场的分布决定着瓦斯抽采钻孔的布置层位，因而其发育高度的精准确定是该手段有效利用的前提。通过UDEC数值模拟确定了大水头煤矿东104工作面采动裂隙场发育高度，并通过数值计算得出该工作面初采期覆岩裂隙发育模型。结果表明：东104工作面19.18 m以下区域为垮落带，裂隙带最大发育高度为55.94 m.初采期间，采动裂隙场发育高度与工作面推进长度之比为0.559 4,初采期覆岩裂隙发育沿走向方向顶部呈尖顶或椭球状，而沿倾斜方向呈平顶状，端部都呈逐渐降低的形态。     

重复采动回采巷道变形机理及稳定控制

工作面在高强度开采过程中，回采巷道围岩的稳定性控制至关重要。针对布尔台煤矿厚煤层综放工作面回采巷道受强采动围岩变形特征，以42203综放工作面为例，根据巷道围岩蝶形破坏理论，与数值模拟方法相结合对其辅运顺槽受一次采动、二次采动时围岩变形机理进行了研究，分析了巷道围岩的塑性区“蝶形”扩展机理。研究结果表明：巷道围岩塑性区边界与巷道埋深、侧压系数及围岩的力学特性有关；围压比值决定着围岩塑性区的发育形态。在采动影响作用下，巷道周边最大主应力和最小主应力的大小及方向处于不断变化过程中。42203工作面辅运顺槽在受采动影响时应力发生偏转，致使塑性区呈现出非对称性扩展。基于42203工作面辅运顺槽受采动应力分布规律与塑性区演化规律，提出了相应的围岩控制加强支护技术方案，在现场工业性试验效果良好，为重复采动巷道围岩的变形机理及稳定控制提供一定借鉴。     

首采长壁工作面采场矿压特征数值模拟

以袁店矿首采1021工作面为例,应用大型工程FLAC3D计算软件,模拟分析煤层首采长壁工作面开采后上覆岩层"三带"移动演化特征和矿压显现规律.结果表明:受回采工作面的采动影响,在工作面煤壁前方,形成了随工作面推进而不断前移的超前集中应力,大体可分为3个阶段:工作面前方62m以远为未受采动影响区,20～62m为采动影响区,20m范围内为采动影响剧烈区;工作面前方超前支承应力最大值为40.61MPa,超前支承应力集中系数为2.58;走向模型的冒落带高度约在6～10m范围内,导水裂隙带高度约在34～40m范围内;弯曲下沉带的高度约在顶板90～100m范围内.     

叠加开采下浅埋煤层裂隙演化与连通特征

浅埋近距离煤层群上覆岩层受重复采动影响,裂隙叠加发育易形成采空区与地表连通。以典型近距离开采煤层群为例,采用物理模拟实验和数值分析的方法对上、下煤层开采过程中上覆岩层的裂隙演化时空规律和应力分布特征进行了模拟。结果表明:两煤层开挖结束后,裂隙高度呈驼峰式分布,沿倾向和走向方向的两侧上方形成了较为明显的应力集中区;上部煤层开挖结束后,最大竖向裂隙发育高度为75 m,但并未连通地表;随着下部煤层开挖,裂隙重复发育,裂隙高度随工作面推进逐渐增加,两侧裂隙率先与地表连通。     

裂隙带顶板巷道围岩破坏机理及稳定性控制

针对上行开采过程中顶板巷道支护困难的问题,采用UDEC离散元数值模拟软件对上行开采过程中采场采动裂隙、塑性区以及巷道围岩裂隙、塑性区发育进行了系统的研究和分析,研究结果表明:采动作用下顶板巷道围岩破坏以巷道顶、底板破坏最为明显,靠工作面侧的巷帮破坏次之。采场采动裂隙、塑性区发育与巷道围岩裂隙、塑性区发育在工作面的推进过程中不断相互吸引和促进,最终贯通。同时,当采动作用达到一定程度时,采动裂隙会以顶板巷道顶板为起点向上发育,而巷道肩角处塑性区向上产生畸形发展,其发育方向与采场覆岩断裂角一致,其发育高度远远大于未受采动影响的巷道塑性区发育高度。基于分析结果,提出了上行开采裂隙带顶板巷道支护策略,并以山脚树矿上行开采为工程背景对其顶板巷道原有的支护形式进行了改进,改进后的支护能够有效保证巷道围岩稳定。以上研究成果可为上行开采工程中顶板巷道的支护提供设计参考,丰富采动巷道围岩稳定性控制理论成果。     

不同采厚围岩力学特征的相似模拟实验研究

针对一次采厚变化对采场围岩变形、位移、应力分布等力学特征的影响,根据淮南谢桥煤矿1151(3)综放工作面地质和开采技术条件,采用实验室相似材料模拟开展了不同采厚回采过程中围岩力学特征的研究.结果表明,不同采厚回采期间煤层顶、底板一定范围内的岩层应力均具有明显的分区特征,在高位岩层和工作面前方及切眼后方未采煤岩体内均形成起主要承载作用的宏观应力拱,覆岩运移形态均为非对称性;随一次采厚增加,覆岩垮落角略有变化,支承压力影响范围和两带（垮落带和断裂带）高度加大并逐渐趋于稳定;两带高度、支承压力峰值位置距工作面煤壁距离与一次采厚呈非线性正比关系.     

综放采场围岩压力分布规律相似材料模拟实验研究

以某矿1221(3)综放工作面为条件,根据相似理论,对综放采场上覆岩层变形规律、支承压力沿走向和倾向分布规律、支承压力在底板岩层中的传播规律及采场围岩巷道支架变形规律进行相似材料模拟实验,并与井下实测数据进行了对比。结果表明,相似材料模拟结果比较可靠,为综放采场围岩控制提供一定的理论依据。     

条带开采与固体充填开采地表沉陷规律研究

目前,建筑物下采煤通常采用条带开采和充填开采,为了研究这2种建筑物下采煤方法的地表移动变形规律,结合花园煤矿条带开采和固体充填开采实测数据,分别进行了地表静态、动态移动变形规律分析。研究得出：条带开采走向边界角56°,固体充填开采走向边界角57°、上山边界角62°、下山边界角53°;两者的地表移动盆地特征基本符合传统垮落法开采地表沉陷规律,但两者动态移动变形规律与其相比有一定的差异,在工作面回采过程中两者地表点下沉速度较小,出现多处峰值现象,基本不存在传统垮落法开采地表急剧下沉的活跃阶段。最后反演出地表预计概率积分法模型各参数。上述研究将为类似矿区地表沉陷预计以及开采方案设计提供一定的参考和指导。     

开滦赵各庄矿大倾角综放工作面矿压显现规律分析

结合开滦赵各庄矿千米深部大倾角综采放顶煤的开采,通过现场矿压观测,较全面地分析研究了大倾角工作面的矿压显现规律,提出了影响大倾角煤层开采矿压的因素及大倾角工作面综放开采矿压显现的新特征。     

综放采场走向压力分布规律及终采线位置确定

为合理确定综放采场工作面终采线的位置,以谢桥煤矿C_(13-1)煤一综放工作面为研究背景,采用相似材料模拟试验和现场测试,从煤层顶板运动、巷道煤层受力和位移、巷道深部位移、轨道上山支架受力、巷道支架受力和变形、工作面周期来压等方面,全面分析了综放采场走向围岩压力分布规律。结果表明,围岩压力峰值位置平均值为14．4m,超前影响距离平均值为66．8 m,在工作面前方平均29．2 m处,围岩矿压显现由缓和趋向剧烈,并将终采线位置确定在离轨道上山30 m处,比预先按传统设计的50 m缩短了20 m留设煤柱,经济效益十分显著。     

综放工作面矿压显现数值模拟研究

近年来，综合放顶煤开采技术成为我国厚煤层开采中应用最为广泛的技术，针对综放工作面所具有的“加长”、“快速推进”的特点，采用FLAC^3D数值模拟计算研究了其矿压显现规律，模拟分析了综放工作面不同推进速度及不同长度条件下围岩的应力场、位移场及塑性区的分布与演化规律，得出了综放工作面的矿压显现规律，为工作面支架的选型提供了依据。     

综放开采条件下白垩系覆岩破坏规律研究

为确保多伦协鑫煤矿综放回采工作面不受上覆第三系含水层影响,确定留设安全煤（岩）柱的合理厚度,须掌握综放开采条件下白垩系覆岩破坏规律。基于覆岩破坏高度现场实测结果,结合实验室相似材料模拟试验,得出了综放开采条件下白垩系覆岩破坏＂两带＂高度与采高之间的比例关系,取垮采比5.61,裂采比12.21,作为7号煤上分层综放开采条件下合理留设安全煤（岩）柱的数值依据。经过与开采条件相似矿井的覆岩破坏相关数据对比分析,认为白垩系岩层覆岩破坏具有裂采比较小、垮采比较大的特点,符合软弱类型覆岩的破坏规律。     

扇形摆采技术在大倾角综放工作面的应用

从旋转开采的理论分析入手,介绍了大倾角综放工作面扇形摆采技术,华亭煤矿应用这一技术,使工作面顺利通过了转折点,实现了大倾角工作面的安全回采。     

Model test of the overburden deformation and failure law in close distance multi-seam mining

Based on characteristic of the associated mining of multi-coal seam and the engineering geological characteristics of overburden, the mining impact pattern of multiseam mining and the dynamic fracture mechanism of overburden were characterized by applying the engineering geological mechanical model test. The related strata movement parameters and influence area of multi-seam mining were obtained. the strike boundary angle is 61°, the full extraction coefficient is 0.93, the greatest subsidence angle is 81°, the horizontal movement factor is 0.38, the deviation of inflection point /mining deep is 0.11. The development height of caving zone and water flowing fractured zone of multi-seam mining were calculated, is 32 m and 81.5 m separatly. The assess of influence degree of coal layer safety mining is that, there exists the possibility of water and sand inflow when mining, some messures for mine water prevention and control should be used, and the mining thickness should be local strictly limit. Supported by the National Natural Science Foundation of China(40372123)     

利用数值模拟方法确定导水裂隙带发育高度

采用三维数值计算的方法,根据塑性条件、破坏准则、位移及应力判别,同时结合覆岩移动、应力分布和塑性区域分布规律,分析比较了在工作面回采过程中沿工作面走向和倾向的冒落带和裂隙带发育高度。得出沿走向模型的冒落带高度约17.7 m,导水裂隙带高度约33.7 m;沿倾向模型的冒落带高度约20.2 m,导水裂隙带高度约33.8 m。实践证明,通过数值模拟的方法预测冒落带和裂隙带发育高度具有较大的优越性。