巨厚砂岩顶板“三带”范围的数值模拟与界定

为定量划分采空区上覆巨厚砂岩顶板的"三带"范围,根据数值模拟的应力与位移结果,提出"三带"的界定准则:将上覆岩层中主应力都为拉应力的区域定为冒落带;将只有一个主应力为拉应力的岩层高度定为裂隙带的上限。采用FLAC3D软件对开采过程中的顶板运动规律进行了数值模拟,模拟结果与实际观测结果一致。表明此界定准则可为地质条件相似矿区的顶板"三带"分布提供借鉴。     

浅埋采空区垮落岩体碎胀特性研究

基于岩石碎胀特性对浅埋采空区垮落岩体空隙储水工程的重要意义,采用理论分析、数学建模与现场应用相结合的方法,对神东矿区某矿32302工作面采空区垮落岩体应力变化与碎胀系数分布规律进行研究.分析覆岩"两带"结构特征,划分采空区垮落岩体应力和碎胀系数分区.根据悬臂梁及弹性地基梁理论,推导各分区垮落岩体应力变化公式,建立碎胀系数分布模型,并利用岩石压实实验进行验证.应用数学模型计算32302工作面采空区垮落岩体空隙储水体积为5 700 651.68m3,与岩移法估算结果较为接近,误差仅为7.14%.结果表明:针对浅埋煤层赋存条件,运用数学方法分析采空区垮落岩体碎胀特性是可行的,促进岩石碎胀特性研究方法多元化发展,为浅埋采空区垮落岩体空隙储水量预测提供新的途径.     

内错式下分层回采巷道围岩变形破坏机理研究

利用非线性有限元数值计算方法,模拟了上分层回采巷道开挖、上分层回采及下分层回采巷道开挖三个过程,经过分析得出了下分层煤体内应力分布曲线、内错式下分层回采巷道两帮煤体破坏过程及两帮位移分布特征;室内相似材料模拟试验结果显示了底板岩层竖直应力分布规律及采空区上覆岩层破坏形式。     

采空区上覆岩体裂隙分形规律的实验研究

以山西省霍州矿务局辛置煤矿2204采掘工作面为原型,利用相似材料模拟实验模拟采空区上覆岩体裂隙的形成过程扣分布状态,运用分形几何理论研究采空区冒落带、裂隙带和弯沉带岩体裂隙的分形规律。实验结果表明：上覆岩体裂隙分形维数随工作面推进经历了由小→大→小并趋于稳定的变化过程,开采结束且岩层基本稳定之后,其分形雏数为采动前分维值的0．5％-5％,且模型采空区边缘地带“三带”的分形维数值较采空区中心的分形维数值大。     

卧龙湖煤矿8101工作面采动覆岩破坏特征研究

煤矿开采过程中覆岩破坏容易引发工作面溃砂、突水事故,为了保证卧龙湖煤矿8101工作面安全开采,根据矿区覆岩工程地质特征及矿区岩层柱状图,建立了FLAC3D数值模拟模型.通过FLAC3D软件模拟,得到了工作面推进时的覆岩应力场及覆岩塑性区分布图,由此分析得出在开切眼和煤壁处覆岩主要为剪切破坏,采空区上部主要为拉伸破坏,得到煤层开采时覆岩最大主应力1.78MPa,最大导水裂隙带高度31m.     

不等长工作面覆岩破坏规律的数值模拟分析

针对不等长工作面煤层开采日渐增多的现状,采用数值模拟与理论分析相结合的方法,对采场覆岩的破坏特征及支承压力的分布状态进行系统研究,并相应模拟出工作面前方应力场与位移场的演化规律。结果表明：工作面自开切眼开始向前推移,推进到工作面“见方”期或斜长的整数倍位置时,顶板活动剧烈,覆岩空间结构发生新旧更替,形成了“0”型破断区;不等长工作面推进过程中岩层运移极不规则,推进距离在衔接面前后20～30m的范围内,应力波动较大,数值变化明显;回采期间支承压力对覆岩活动产生了重要影响,其大小约为水平应力的1．5～2倍;就采动过程中竖向位移的变化而言,巷帮移近量远大于顶底板变形量,故工程实践中应特别注意对巷帮及顶板的加固和维护。     

宋家坡铜矿南区复杂矿体开采方案研究

宋家坡铜矿南部矿区因前期民采,1 300 m以上分布着形状较为复杂的采空区,地表上部有某乡镇公路穿过,地下矿石开采严重威胁到公路运输安全.在现场调查和实验基础上,研究提出了三个开采方案.采用三维有限元,对各回采方案的应力、安全率和塑性区分布进行分析和比较,研究提出了相应的控制措施,推荐了最优的回采方案.提出留矿石顶柱和嗣后充填等方法保持采空区和地表公路稳定性.结果表明：嗣后充填可有效减少上覆岩层应力集中和位移.方案已应用于矿山生产实践,并取得了较好的应用效果.     

覆岩宏观支撑结构演化过程与特征

针对近水平煤层开采采场覆岩支撑结构的宏观特征,构建了覆岩宏观支撑结构的板-壳组合演化模型,分析了覆岩宏观支撑结构的形成-演化过程及其基本特征,在此基础上建立梁-拱力学模型,得到了覆岩宏观支撑结构中壳体形态、关键层悬露长度以及"充分采动"时采空区几何特征的计算方程.结果表明:近水平煤层开采采场覆岩宏观支撑结构的演化过程主要表现为倾向巷道→见方→走向巷道.在关键层影响下,覆岩宏观支撑结构整体呈现为板-壳组合的阶梯状结构,水平剖面形态为圆角矩形,倾向和走向剖面形态为梁-拱组合.如在采空区见方之前关键层已破断垮落,则在采空区见方时会伴随产生覆岩裂隙带高度、煤壁支承压力达最大值等"充分采动"现象;如在采空区见方时关键层未破断垮落,则在工作面推进距离与工作面长度之比为1～3时,也可能出现"充分采动"现象.研究结果得到了杨柳煤矿10414工作面实测数据的验证.     

基于采空区压实效应的工作面开采全过程模拟

为探究孤岛工作面开采时覆岩破断、运移和矿压显现规律,利用FLAC~(3D) Fish语言开发了数值算法,基于采空区压实理论和双屈服模型,提出一种孤岛工作面推进过程中覆岩破断演化、垮落带岩体的压实效应和采动静载、动载响应数值模拟方法.采用该方法对朝阳煤矿3108孤岛工作面采动全过程及其动静载演化机制进行了数值模拟,所得结果与现场实际具有较好的一致性.结果表明:由于两侧采空区工作面长度较小(70 m),开采后覆岩垮落不充分,垮落带和裂隙带演化高度有限,约为30.98和66.91 m;动载主要来源于顶板破断释放能量,震源和覆岩裂隙带演化的最大高度基本一致,其震源包络线与裂隙带的发育范围吻合度较高.     

基于微震监测的采空区覆岩高位裂隙体识别方法

为了研究覆岩采动裂隙分布状态及瓦斯运移规律,合理地确定出瓦斯富集区并优化瓦斯抽采钻场布置方案.借助于高精度的微震监测系统,结合淮南矿区工业性试验,对覆岩采动裂隙发育实时动态的分布状态进行了研究.结果表明:工作面采动效应引起了采场背景应力场的变化,高应力区的出现促使煤岩体萌生了微裂隙,而微裂隙的扩展和逐渐贯通又成了瓦斯解析、运移及连通的通道;覆岩产生大量的微裂隙,采空区中部的离层裂隙会被覆岩的移动所压实,而在采空区周围则形成了一个不规则闭合"圆柱形横卧体"裂隙区,其边界为:高约25~40m;宽约30~50m;左边界为采动影响边界线,与煤层底板夹角约为105°,右边界以45°左右偏向采空区发展,此裂隙区覆岩的透气性成倍增加,为瓦斯的运移提供了通道和聚积的空间.     

覆盖层厚度对巷道周围应力分布的影响及巷道间相互作用的仿真

给出了覆盖层厚度对巷道周围应力分布的影响及巷道间相互作用的计算机仿真，用三维有限元法分析了在不同覆盖层厚度下巷道周围的应力分布和两个巷道之间不同距离下的相互作用。数值模拟表明了巷道周围应力分布和应力集中系数随覆盖层厚度增加的变化规律，找到了两巷道之间的距离的临界值，当两巷道间距离大于该临界值时，它们之间的相互作用消失。     

采煤面顶板覆岩破坏模拟试验研究

采煤工作面开采过程中"两带"高度值是指导矿井防水煤柱留设、保证矿井安全生产的重要参数,试验以内蒙古某矿3-1煤层首采面为地质模型,通过模拟其开采过程,运用并行电法系统,确定"两带"高度值及其变化特征。同时在给定边界条件和初始条件下,运用数值模拟方法,获得顶板应力变化分布图。综合分析模拟试验结果,判定该工作面回采过程中垮落带高度为40m,导水裂缝带最大高度为80m。根据不同时间电阻率分布图和垂向应力分布云图,可清晰分辨出煤层顶板覆岩破坏的过程和规律,可为煤矿安全生产提供参考。     

Measurement of overburden failure zones in close-multiple coal seams mining

In the Kaiping Coal field, mining of five coal seams, located within 80 m in the Kailuan Group, #5, #7, #8,#9 and #12 coal seam, is difficult due to small interburden thickness, concentrated stress distributions,high coal seam metamorphism, and complex geological conditions. By using the ZTR12 geological penetration radar(GPR) survey combined with borehole observations, the overburden caving due to mining of the five coals seams was measured. The development characteristics of full-cover rock fractures after mining were obtained from the GPR scan, which provides a measurement basis for the control of rock strata in close multiple coal seam mining. For the first time, it was found that the overburden caving pattern shows a periodic triangular caved characteristic. Furthermore, it is proposed that an upright triangular collapsed pile masonry and an inverted triangular with larger fragments piled up alternately appear in the lower gob. The research results show that the roof structure formed in the gob area can support the key overlying strata, which is beneficial to ensure the integrity and stability of the upper coal seams in multiple-seam mining of close coal seams.     

利用应力解除法测量显德旺煤矿地应力

在实测地应力的基础上 ,对测量结果进行了分析。结果表明 :显德汪煤矿垂直应力近似等于上覆岩层的自重应力 ,最大主应力为北东方向 ,且为近水平压应力。研究结果与华北地区地应力场总体变化规律相类似     

Stress environment of entry driven along gob-side through numerical simulation incorporating the angle of break

Angle of break(AOB) is the acute angle created by the coal seam bedding plane and caving line formed by roof strata movement after extraction of a longwall panel. It has a significant influence on stress redistribution both in the gob and abutment. Throughout numerical simulation investigations up to now, little attention has been paid to it or an AOB of 90° was used, which however, is not realistic. This paper presents a detailed numerical modelling incorporating the AOB against Zhenchengdi Coal Mine. The AOB was obtained through cross-measure boreholes. Hoek-Brown constitutive model was used to simulate the rock masses. Double-yield constitutive model, which was best fitted by Salamon's model, was used to simulate the gob. The results show that a ‘‘/\ shape" shear failure zone develops around the gob. The shear failure in the floor along the panel edge is due to opposite shear of rock mass on two sides of the caving line, and the number of yielded zones within the gob floor close to the gob edge is smaller.According to the research, the entry was determined to be driven under the gob edge employing splitlevel longwall panel layout(SLPL). The other numerical simulation for SLPL shows that stress around the god-side entry is much smaller than pre-mining stress, and the area of intact rock mass at the elevating section is larger than conventional layout. Numerical modelling was then validated by field observation.     

自燃采空区风流场、温度场及热力风压场的计算机模拟

应用质量守恒、能量守恒、多孔介质流体动力学、对流传热传质、采场通风与防火等理论,并在建立采空区非稳态风流场、温度场及热力风压场数学模型的基础上,通过热力风压场的求解,将风流场和温度场有机地联系起来．利用有限单元法进行数值分析,编制计算机程序解算采空区自燃时的漏风流动状况及温度场和热力风压场的分布．     

急倾斜煤层开采诱发地表裂缝数值模拟

为了研究急倾斜煤层开采诱发地表裂缝的演化过程,探讨急倾斜煤层开采诱发地裂缝分布规律.利用可描述拉张破裂的有限元方法,对地表裂缝演化过程进行数值模拟.结果显示:最大拉应力集中在地表,地表优先于采空区破裂,采空区下山方向对应的地表一侧形成裂缝.急倾斜煤层开采地表和采空破裂的顺序与水平、倾斜煤层的破坏顺序相反.煤层倾角很陡时,地表先破裂到一定程度后,采空区才开始破裂.煤层倾角很缓或水平时,采空区先破裂,之后地表才破裂.     

综放面采空区矿压特征与漏风形态

分析了综采放顶煤工作面采空区岩体碎胀特征，着重讨论了采空区内各分区漏风形态和范围以及由此引起的遗煤自燃特性和上隅角瓦斯超限问题。     

急斜煤层分段放顶煤开采合理段高选择研究

为确定急斜煤层水平分段综放开采条件下工作面段高的合理取值,将开采后裸露顶板岩层简化为三边固支的矩形薄板,采用薄板破断理论对受横向和纵向载荷作用下的斜置矩形薄岩板进行力学分析.研究表明:岩板走向长度、倾斜长度、岩层倾角、覆岩载荷及泊松比是影响段高取值的5个主要因素.应以在工作面上方采空区煤矸体沿着顶煤采出后形成的槽形采空区域下移前岩板不发生沿根部折断为极限段高的选择标准.工作面合理段高取值分为3类:第Ⅰ类煤层倾角45°～55°,取值在29 m范围内;第Ⅱ类55°～75°,取值在51 m范围内;第Ⅲ类75°～90°,该范围内开采工艺及设备选择对合理段高取值的影响更为重要.     

Method of calculation of a methane concentration field in gob areas with a known velocity field based on the model of stream tubes

The control equations of gas concentration field in gob areas with a known velocity field are partial differential equations with variable coefficients, whose traditional mathematical calculation methods are very complex. A numerical simulation method can be used to calculate the gas concentration field, but it also needs considerable amounts of computer resources and the relations of gas concentration at different points of the gob area are undefined. Based on the model of stream tubes, the conservation equations of mass and gas components within the stream tube are used to deduce the equations of a gas concentration field in a gob area with a known velocity field. This method of calculation of a gas concentration field is applied in a gob area with a U-type ventilation working face, which suggests that this new method has the virtue of exact calculations is simple to operate and has a clear physical interpretation.