露井联采区综放开采采动垂直应力分布规律研究

 为了评价露井联采区特厚煤层综放开采顶煤的冒放性以及为采场围岩控制提供依据,采用FLAC-3D数值模拟方法研究了平朔安家岭2#井工矿B902工作面条件下,露天矿边坡、排土场等因素对露井联采区综放开采采动垂直应力分布的影响。模拟结果表明,露井联采条件下,边坡周边岩体由三向应力状态转为二向应力状态;受边坡及排土场的影响,工作面前方6 m处的垂直应力最大值出现在远离边坡侧,偏离工作面几何中心的距离占工作面面长的5.3%,井工开采区和采空区区域沿工作面倾向剖面上垂直应力呈不对称分布;与工作面远离边坡侧的未开挖区域相比,邻近边坡侧的未开采区煤岩层中的垂直应力值和应力集中影响范围较小。     

露井联采区综放开采采动垂直应力分布规律研究

为了评价露井联采区特厚煤层综放开采顶煤的冒放性以及为采场围岩控制提供依据,采用FLAC3D数值模拟方法研究了平朔安家岭2#井工矿B902工作面条件下,露天矿边坡、排土场等因素对露井联采区综放开采采动垂直应力分布的影响.模拟结果表明,露井联采条件下,边坡周边岩体由三向应力状态转为二向应力状态;受边坡及排土场的影响,工作面前方6m处的垂直应力最大值出现在远离边坡侧,偏离工作面几何中心的距离占工作面面长的5.3%,井工开采区和采空区区域沿工作面倾向剖面上垂直应力呈不对称分布;与工作面远离边坡侧的未开挖区域相比,邻近边坡侧的未开采区煤岩层中的垂直应力值和应力集中影响范围较小.     

深凹高边坡急倾斜挂帮矿开采数值模拟分析

采用FLAC~(3D)数值模拟分析白云鄂博东矿挂帮矿开采对边坡岩体破坏、应力分布及位移特征的影响。结果表明:当首采位置L18m时,采空区前缘围岩塑性宽度不受其影响;挂帮矿的开采使边坡岩体应力向空区两侧移动而形成应力集中,采空区上部台阶岩体拉应力区呈"上向延伸"状态;挂帮矿的开采引起最大水平位移点上升至空区顶板水平,在一定条件下,边坡水平位移区形成"扩展"和"收缩"两种运动方式。当L18m时,边坡水平位移区不受首采位置的影响。     

综放采场支承压力与覆岩裂隙演化关系研究

为了研究近水平厚煤层采动影响下支承压力分布与裂隙场演化的关系,采用相似模拟实验对五阳煤矿工作面回采过程中煤岩体内支承压力变化及覆岩裂隙演化进行了模拟。研究结果表明,工作面回采后,上覆煤岩体内产生冒落带、裂隙带和弯曲下沉带,冒落带高度22 m,裂隙带高度46 m;工作面回采过程中,支承压力呈动态变化,工作面前方支承压力可分为原岩应力区、应力降低区、应力波动区、应力集中区和应力升高区。采空区支承压力变化受关键层影响,关键层破断之前裂隙较为发育,采空区中部在关键层破断后被压实,裂隙密度减小,但切眼和工作面附近裂隙密度依然很大。     

露天矿边坡岩体力的应力集中

在露天边坡的开挖过程中,由于临空面的卸载回弹,天然岩体内的初始应力于坡脚附近形成一个明显的应力集中带,从而使得坡脚成为边坡失稳的主要部位。有限元法分析结果表明,边坡岩体的应力集中,受到初始侧向水平应力、边坡高度、坡角和坡底宽的影响,其中尤以侧向水平应力的影响最为关键。     

多关键层结构下不同采厚覆岩移动及围岩响应特征

针对多关键层结构下煤厚复杂工作面覆岩移动及围岩应力问题,采用RFPA-Strata数值模拟方法研究了多关键层结构下不同采厚关键层破断特征及不同关键层破断前后支承应力响应特征。结果表明：(1)采高小于2.5 m时仅低位关键层破断且能够形成稳定的砌体梁结构,此时低位关键层能够承载自身及其上方至中位关键层下方岩层重量,煤体仅需承载低位关键层下方软岩重量及附加载荷,煤岩体承载力较好,超前支承应力峰值随采高增加逐渐增大。(2)采高大于3 m时中位、低位关键层均发生破断,中位关键层破断后形成砌体梁结构,此时中位关键层能够承载自身及其上方至高位关键层下方软岩重量;低位关键层破断后其断裂的岩块未能与前方未完全破断的岩层铰接,低位关键层为悬臂梁结构,此时煤体需承载煤层上方至中位关键层下方岩层重量及附加载荷,超前段煤岩体发生大量剪切破坏导致煤岩体承载力降低,超前支承应力峰值随采高增加逐渐减小。(3)关键层运动影响支承应力分布特征,关键层完全破断后低位关键层下沉位移量减小,超前支承应力峰值大小及其距煤壁的距离随关键层破断均减小。(4)采高大于3 m时,低位关键层破断后主要影响超前支承应力峰值点距煤壁距离,峰...     

含瓦斯煤岩体采动致裂特性及其对卸压变形的影响

为了研究瓦斯压力对采动煤岩体卸压变形的影响,在FLAC平台上采用应变软化本构关系和“先加载后卸压”的方式,研究了不同瓦斯压力及围压条件下采动煤岩体的卸压致裂特性及其对卸压变形的影响。模拟结果表明：煤岩损伤破坏应力的峰值及所对应的轴向应变、应力峰后下降幅度随瓦斯压力的增加而减小,其力学特征由脆性逐渐向塑性过渡;瓦斯压力的增加使煤岩承载能力下降,并由于在有效应力空间中应力水平的提高而使拉伸破坏提前发生;随着瓦斯压力的升高,上覆煤岩采动煤岩卸压变形量、致裂破坏区不断增大,致裂特征更加明显,采动卸压范围、应力集中峰值及其距煤柱边界的距离也增大。因此,当煤层瓦斯压力较高时,瓦斯压力对采动煤岩体卸压变形的影响不能忽略。     

地下采区开采方法对边坡岩体变形的影响规律

在地下与露天复合开采的矿山中,由于露天边坡岩体位于地下采动影响区域内,致使边坡岩体受到两种采动的影响,其中不同的地下采矿方法影响程度不同。为评价地下开采方法对边坡岩体的影响,对抚顺西露天北帮北坡变形进行了分析,得出了地下采区不同开采方法对边坡岩体变形的影响规律,为该矿边坡岩体动态分析及类似矿山开采设计提供科学依据。     

露天边坡局部失稳特征的数值分析及监测

以金川集团露天石英石矿边坡监测项目为依托,利用监测数据成果,以台阶局部滑坡部位作为研究对象,通过分析其台阶周围及滑坡剖面上台阶监测点的累积水平位移值,研究了采动卸荷效应造成的集中应力反复作用下边坡的变形破坏机制。利用RFPA强度折减法,数值模拟过程再现了1 768 m平台开采过程中典型剖面多台阶的渐进失稳过程,宏观裂缝在细观上的"破裂-应力转移-破裂"的循环中不断发育,最终形成贯通的滑动面。破坏的整个过程中伴随着由应力集中、释放、转移过程造成的应变局部化现象。监测结果表明:局部化损伤发展过程是从采动平台向上部台阶边坡岩体转移,各台阶边坡内部7~11 m位置处受荷载转移影响程度较大。     

软岩岩层厚度、刚度和水平应力对关键层应力的影响

为了进一步研究采场上覆岩层的移动规律,对影响关键层上载荷分布的因素进行分析.采用FLAC如软件模拟了不同的软岩岩层厚度、刚度和水平应力对关键层上载荷峰值的影响.通过模拟,发现关键层上覆软岩岩层的厚度、层刚度和水平应力对关键层的载荷峰值都有影响,且不同的水平应力在关键层破断前后会产生不同的影响.在初次来压前,水平应力加速了采空区的上方关键层的破断,但延缓了煤壁前方关键层的破断.初次来压后对关键层的破断影响很小.通过此次研究可以对关键层的破断以及采场的周期来压进行预测,对于采场覆岩的控制具有一定的指导意义.     

正断层两盘不同开采顺序的支承应力演化规律

以工作面沿正断层走向布置时断层两侧工作面开采为背景,采用FLAC~(3D)数值模拟,研究了下盘工作面接替上盘工作面开采及上盘工作面接替下盘工作面开采时,断层两盘煤柱应力及接替面超前支承应力的演化规律。研究表明:正断层一侧工作面采动时,下盘工作面开采的煤柱应力集中程度小于上盘,下盘工作面采动对上盘煤岩体应力的影响较大;断层两侧工作面采动时,上盘工作面接替下盘工作面开采,上盘断层煤柱应力集中程度较高,下盘工作面接替上盘工作面开采时,下盘断层煤柱应力集中程度较低;2种开采顺序下接替面超前支承应力集中明显,其中上盘工作面接替下盘工作面开采时,上盘工作面超前应力集中程度更大。     

采动覆岩导水裂隙发育光纤感测与表征模型试验研究

随着国家生态文明建设标准的日益提高,我国西部干旱半干旱地区赋存的浅埋煤层开采引起的生态环境问题愈发严峻。导水裂隙带发育高度探测是与保水开采密切相关的科学问题,是矿山生态损害监测与评价、生态修复策略制定的重要依据。将分布式光纤感测技术应用于相似模型试验,探究采动岩体导水裂隙带发育与光纤检测数据的内在响应关系。针对以往研究中对光纤与采动覆岩在不同开采阶段耦合作用关系分析不足的问题,提出传感光纤与采动岩体的耦合关系量化指标"光纤-岩体耦合系数",通过耦合系数对采动引起的覆岩垂直分带区进行合理划分。研究表明:与光纤接触的不同受力状态岩层介质包括5种:顶部未受采动影响的稳定岩层、稳定关键层上受采动影响存在下移趋势的岩层、离层空域区、采空区矸石区及煤层底板;基于监测数据将覆岩分为4部分:已破坏区、强烈影响区、微弱影响区和未影响区。已破坏区即导水裂隙带,强烈影响区为受采动影响内部应力集中程度极高但结构完整的岩层,即弯曲下沉带。试验得出断裂带与弯曲下沉带分界处耦合系数阈值为0.65;建立了应变曲线形态、导水裂隙带发育高度与关键层活动的内在联系,实现光纤感测表征覆岩分带特征。将光纤传感技术应用于采动引起...     

露天转地下开采高陡边坡监测与稳定性分析

通过建立高陡边坡综合监测系统,对贵州息烽磷矿露天转地下开采过程中的边坡稳定性进行了实时监测,从应力和位移两个方面综合分析了露天转地下复合扰动作用下边坡应力和位移变化规律,并得出如下结论:875平台的边坡稳定性主要受单-露天采动影响,边坡岩体滑动面位置距坡面较浅,滑移面尚未形成;复合采动影响下,800平台处坡体内应力经历了"急剧失衡-缓慢调整-新的平衡"的"L"型变化过程,边坡位移的增长呈现"加速变形期-急速变形期-平缓期"的"S"形变化趋势;应力的缓慢调整阶段边坡位移处于急剧增长状态,这是预测露天转地下复合采动影响下边坡滑移的关键阶段。     

南芬露天铁矿下盘采动时边坡稳定性数值模拟

通过分析南芬露天铁矿下盘边坡的区域地质资料,确定出降雨和爆破震动为影响边坡稳定性的主要因素。根据前期研究成果,对5#坡体剖面建立数值模拟计算模型,同时导入SLOPE/W模块,分析爆破和降雨耦合作用对扩帮前后边坡稳定性的影响。研究结果表明：岩体扩帮采动前后孔隙水压力变化不大,但是在近似梯形岩体开挖之后,一部分自重应力被消除,对边坡的地应力产生了显著影响。扩帮采动后的边坡在耦合作用下整体安全性变差,但依然保持稳定。286~454 m段属危险性边坡,454~574 m段边坡保持稳定。     

露天-井工联合开采下关键层模型的应用

依据先露采后井工联合开采的特点,确定煤层顶板中某一坚硬的岩层为关键层,并将关键层看作弹性地基上的梁,利用组合梁原理计算关键层梁的上部荷载,通过对关键层梁应力和变形的计算,得到其关键岩梁断裂在下部煤层中的应力分布规律,提出以边坡下巷道稳定为判断准则,确定井工开采工作面合理的停采线位置。利用该方法成功地解决了平朔矿区边坡下大巷稳定的问题。     

二次卸荷中边坡应力变化规律的相似试验研究

通过相似试验,研究了驻留矿体开采边坡岩体应力变化机理,分析了边坡稳定性情况。研究表明,在露天开采过程中,水平应变呈增加趋势,地应力向露天采空区方向卸荷;驻留矿体的开采过程中,水平应变呈减小趋势,边坡内部应力重新分布,地应力向地下采空区方向卸荷,在地下采空区周围形成应力集中区,从而使边坡表面水平应力呈减小趋势。但驻留矿体的开采不会对边坡的稳定性产生较大影响。     

开挖影响下的岩质高陡边坡稳定性研究

某露天矿采场为了增加矿石的可采量,采用提高边坡角和增加采深的方法进行扩帮,导致形成岩质高陡边坡。为了保证矿山的安全生产,研究岩质高陡边坡的稳定性。采用FLAC~(3D)软件模拟,考虑边坡初始应力状态,按照实际的开挖步骤进行平衡计算,遵循从上往下、从外往内的开挖原则,对开挖过程进行适当简化,得到边坡最终的物理力学状态。结果表明,坡面垂直位移最大,坡顶水平位移最大,边坡位移速度趋于零;边坡的最小主应力和最大主应力都从下往上逐渐减小;坡脚出现剪切塑性区。由此确定边坡整体稳定,上部岩性较差处存在失稳的可能性;岩体以剪切破坏为主,坡脚处和浅层坡面的剪应力集中会影响边坡的稳定性;坡脚发生剪切破坏。边坡在开挖后需要对破坏区域进行支护,防止坡面破坏后岩体脱落,导致内部岩体层层剥落。     

节理岩体边坡采动损伤与可靠性分析

为定量分析节理岩体边坡的采动损伤对边坡可靠性的影响,通过对大孤山铁矿下盘混合岩边坡进行现场勘测与模糊C均值聚类优化分析,确定了岩体2组优势节理的倾向、倾角、迹长和密度的随机分布参数。利用Hoek-Brown强度准则参数m和s与岩体质量分类指标GSI和扰动系数的关系,采用Monte-Carlo模拟抽样技术获得了节理岩体强度的随机分布参数。建立了节理岩体损伤与扰动系数D的联系,应用Kawarnoto损伤张量对采动损伤进行了数值分析,并根据Rosenblueth原理获得了扰动系数D以及反映时空效应和各向异性的岩体强度随机分布参数。基于此,定量分析了大孤山铁矿下盘混合岩节理岩体边坡采动损伤的时空变化特征及其对边坡稳定性的影响。结果表明,采场底标高从-87 m降至最终-450 m时,坡顶至-87 m水平同一高度滑弧可靠性指标相对下降7.7%,原因为采场下移导致节理岩体损伤加剧、强度降低所致,并且危险滑面逐渐向坡面偏移,与坡面近处岩体的损伤较大相关。     

转龙湾矿浅埋薄基岩二次采动巷道围岩应力演化规律研究

为揭示浅埋薄基岩二次采动巷道围岩应力演化规律,以转龙湾矿23204辅运顺槽为工程背景,建立FLAC^3D数值模型,研究了23204辅运顺槽受一次采动和二次采动影响时煤层顶板的应力分布规律。对沿煤层倾向方向的采动应力演化规律进行分析,发现二次开采扰动影响更加剧烈;煤柱宽度为19 m时,煤柱内的应力集中程度大于实体煤侧,应力集中系数最高达到4.48;对沿煤层走向方向的采动应力演化规律分析结果表明：23204辅运顺槽前方的应力峰值随着23205工作面的推进而增大,煤柱侧应力峰值超前工作面25 m左右。研究成果为浅埋薄基岩煤层开采时的巷道布置、巷道支护以及煤柱宽度留设等问题的研究提供了理论基础。     

下保护层开采上覆煤岩体采动效应及卸压范围扩界研究

基于FLAC3D数值模拟方法,研究了下保护层开采上覆煤岩体的采动效应,得出下保护层开采上覆煤岩体的应力分布特征、位移变化规律和被保护层的卸压范围。研究结果表明,上覆煤岩体卸压程度、应力集中程度和卸压范围均与层间距有关,层间距越大,卸压程度和应力集中程度均越小,最大应力集中位置越倾向于采空区,相应的卸压范围也越小。从应力应变和瓦斯流动角度,将被保护层进行了划分,并对上覆煤岩体的水平移动规律进行了总结。工程实践表明,在非充分卸压区施工密集钻孔,经较长时间的强化抽采,可消除非充分卸压区的突出危险性,达到被保护层扩界的目的。