数值分析近距离煤层开采覆岩破坏特征

针对上煤层开采对下煤层造成覆岩破坏的不利影响,此文以井工一矿近距离煤层4#、9#煤层作为研究对象,依照理论研究、数值模拟计算和现场实测相结合的方法研究近距离厚煤层协同开采条件下,下煤层底板巷道覆岩应力的变化特征,并实测分析了煤层底板破坏状态及关键层在节理发育过程当中的作用,继而为实现近距离煤层群的安全以及提高生产效率提供参考依据。     

多煤层开采覆岩破坏规律数值模拟及工程实践

为分析多煤层开采覆岩破坏规律,以安盛煤矿2煤8201工作面、5煤8501工作面为工程背景,采用理论方法计算8501工作面单煤层开采覆岩导水断裂带高度,运用FLAC3D软件模拟分析多煤层开采覆岩破坏规律与导水通道发育特征。结果表明:导水断裂带理论高度为65.35m,占层间距的84.87%;多煤层开采条件下,距8501工作面切眼200 m位置处产生低应力区,垂直应力峰值约为6.2 MPa,较单独开采时减小了32.6%,该区域产生大面积塑性破坏区,超过层间距77 m,覆岩产生足够长的导水通道造成水害威胁。工程实践表明:对采空区积水进行疏放后,8501工作面已安全完成回采,未发生水害事故。     

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。     

煤层开采覆岩破坏数值模拟研究

煤层开采引起的岩层与地表变形移动,可使位于开采范围内的地表水渗入井下,威胁煤矿生产安全。因此,研究覆岩破坏规律,特别是导水裂缝带的高度就显得极为重要。快速拉格朗日分析法是一种新的数值分析方法,尝试将其应用于综采放顶煤条件下冒落带和裂隙带高度的预测,基于山西省某煤矿一工作面进行模拟,并将数值模拟结果与经验公式计算数值以及实测数值进行对比分析,论证了FLAC数值模拟程序在预测煤层开采覆岩破坏状况中应用的可行性。     

开采不同覆岩结构煤层的数值模拟

利用FLAC3D数值模拟软件,以补连塔煤矿近水平煤层为背景,对不同结构介质条件下的现代煤炭开采分别进行数值试验。结果表明:在同样强度的开采下,坚硬覆岩具有较强的抗扰动能力,工作面安全开采及地表受到的影响相对较小,而软弱覆岩抗扰动能力较弱,工作面溃沙、透水事故较容易发生,工作面安全开采及地表受到的影响相对较大;并且坚硬岩层离工作面较近时,覆岩受开采扰动影响较大。     

多煤层开采覆岩变形破坏规律的数值模拟研究

针对霖源煤矿煤层多、厚这一地质条件,利用FLAC3D软件,从应力变化、裂隙带发育、垂直位移等方面系统地分析了2个主采煤层开采过程中上覆岩层及围岩的采动变形破坏规律。模拟结果表明:仅开采7煤时,导水裂隙带发育高度约为10 m,7煤上覆岩层的最大下沉量约为24. 67 mm;7煤开采后开采10煤时,7煤的导水裂隙带发育高度与7煤单一开采时无明显变化,而上覆岩层的下沉量有明显的增加,底板底鼓量有所减小。     

不同倾角煤层开采覆岩破坏规律数值模拟

通过数值模拟,分析了不同倾角煤层开采对覆岩破坏及导水裂隙带发育规律的影响。根据位移等值线图分析得出,随着煤层倾角逐渐增大其沉降位移有增大趋势;根据应力图分析可知,导水裂隙带的厚度随着煤层倾角的增大,也呈现一定程度的增加趋势。该结论为工程实践和采矿安全提供了理论依据。     

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。     

应用数值模拟方法研究煤层覆岩破坏规律

田庄煤矿是设计年产量60万t的国营煤矿。为了煤炭生产的接续,提高工作面煤层的开采上限,该矿与中国矿业大学合作,根据已有资料及邻近矿井资料,用数值模拟方法分析提出了覆岩开采破坏规律,提高了煤层的开采上限。其结果安全可靠,并获得了较好的经济效益。     

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...     

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)     

综采覆岩破坏离散元数值模拟分析

采用离散元数值模拟的方法研究煤层综放开采覆岩破坏规律,对数值模型的计算结果分析得出:通过提高综采支架支护阻力,可抑制工作面控顶区附近顶板采动裂隙发育高度,使其不波及松散含水层,从而实现高承压松散含水层下,提高上限安全开采目的,为高承压松散含水体下缩小安全煤岩柱开采,合理解放和回收防水煤柱内所呆滞的煤炭资源提供了理论基础。     

S矿区采动覆岩破坏的实例研究

煤矿地下开采造成水资源的破坏和污染,为了保护S矿区地表水资源和保证安全开采,在分析了该矿区覆岩工程地质特征的基础上,根据该矿区岩层柱状图,建立了煤层覆岩的力学模型,利用FLAC软件计算了煤层开采工作面推进到不同距离时覆岩的应力场,绘出了覆岩塑性区分布图,分析了薄基岩厚松散层下开采煤层时覆岩的应力特征和破坏高度,得出在煤壁和开切眼处覆岩以剪切破坏为主,而采空区上部以拉伸破坏为主;随着工作面的推进,覆岩破坏波及到第四系底部;进一步分析第四系底部粘土层的物理力学性质,得出该粘土层有良好的隔水性,指出工作面可以安全开采,并得到工程验证。     

基于PFC的覆岩破坏高度数值模拟及实测分析

为了直观、清晰地掌握煤层开采覆岩裂隙发育演化情况,确定覆岩破坏高度,归纳相对应的演化规律,以伊犁矿区为试验研究对象,采用离散元颗粒流软件PFC^3D建立数值模拟三维模型,依据现场测得的宏观参数,模拟工作面推进160 m时各煤层采高范围覆岩破坏情况,并采用钻孔实时彩色成像技术对PFC^3D模拟情况进行全面验证。研究结果表明：煤层采高与上覆岩层垮落强度呈正相关关系,煤层采高越大,上覆岩层垮落高度越大,上覆岩层垮落发生时期基本相同,垮落强度有所增加;PFC^3D模拟显示覆岩内部裂隙以竖向裂隙为主,其裂缝倾角达到50°以上,而且具有高角度直逼垂直岩层层面裂隙的发育特点。     

近距离特厚煤层一次采全高覆岩破坏特征相似模拟

根据潘谢矿区地质条件及采取一次采全高开采方式,采用物理相似模拟实验方法,对近距离特厚煤层开采时覆岩破坏及位移特征进行了分析,得出了随着覆岩的采动垮落、裂隙高度的增加和范围的增大,形成了阶梯跳跃式趋于稳定,并且确定了近距离特厚煤层一次采全高垮落带及其裂隙带的发育高度.随工作面的推进,层间岩层形成明显的移动变形盆地,同一岩层中下沉移动量最大的点位基本处于下部采空区中心上方.由于采高较大,应力集中沿工作面推进方向不断延伸扩展,应力集中系数较分层开采要小,但前方影响范围要大。     

综放开采覆岩破坏特征与导水断裂带高度模拟研究

为了研究煤矿综放开采覆岩破坏规律与导水断裂带高度,通过数值模拟分析了采动覆岩破坏过程,采用理论分析方法建立了直接顶破坏与基本顶砌体梁失稳力学模型,揭示了直接顶与基本顶失稳机制。基于盛泰煤矿15201综放工作面采矿地质条件,研究了不同采高、工作面倾向长度、煤层倾角条件下导水断裂带最大高度。研究结果表明：导水断裂带高度与煤层采高、工作面倾向长度、煤层倾角呈正相关关系;导水断裂带高度数值模拟结果位于《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》中经验公式计算结果范围之内,验证了该数值模拟模型及岩性参数的合理性。     

覆岩破坏充分采动程度定义及判别

随着煤层开采深度的逐年增加,非充分采动工作面越来越多。导水裂缝带高度是实现保水开采的关键参数,但非充分采动工作面开采条件下导水裂缝带高度小于充分采动工作面。为进一步研究其原因,采用理论分析、相似模拟、数值模拟等方法研究了导水裂缝带高度影响因素的敏感性及其与工作面尺寸的关系,提出了覆岩破坏充分采动程度的定义及判别方法。结果表明:工作面尺寸对导水裂缝带高度的影响仅次于开采厚度。当工作面尺寸较小时,覆岩破坏不发育;当工作面尺寸增加到一定值时,覆岩破坏仅形成垮落带;当工作面尺寸继续增加时,覆岩破坏形成裂缝带且导水裂缝带高度随着工作面尺寸的增加而增加;当导水裂缝带高度发育至最大值后,导水裂缝带高度不再随工作面尺寸的增加而增加。覆岩破坏过程中仅形成垮落带的阶段定义为覆岩破坏的极不充分采动(即覆岩极不充分破坏);覆岩破坏过程中形成裂缝带且导水裂缝带高度随工作面尺寸增加而增加的阶段定义为覆岩破坏的非充分采动(即覆岩非充分破坏);导水裂缝带高度达到最大值且不再随工作面尺寸增加而增加的阶段定义为覆岩破坏的充分采动(即覆岩充分破坏)。导水裂缝带高度刚达到最大值时的工作面尺寸为工作面临界尺寸。当工作面尺寸小于工作面临界尺寸时,覆岩破坏为非充分采动;当工作面尺寸大于工作面临界尺寸时,覆岩破坏为充分采动。覆岩破坏充分采动程度的主要影响因素有工作面尺寸、开采厚度、开采深度、覆岩力学性质、覆岩结构特征和覆岩破断角。     

急倾斜煤层群开采覆岩破坏与煤柱稳定性数值模拟

利用数值模拟的方法,以北京木城涧煤矿大台井建筑物下压煤开采为工程背景,研究了急倾斜煤层群开采条件下覆岩破坏和煤柱稳定性的规律,为急倾斜煤层群建筑物下压煤开采提供了必要的技术依据。     

基于Hoek-Brown参数确定方法的多煤层开采工作面 矿压显现规律模拟研究

结合宁东矿区任家庄矿的生产实例,利用基于Hoek-Brown强度准则确定煤、岩体力学参数的方法,运用FLAC 3D软件模拟分析了任家庄矿3号和5号煤层开采中的矿压显现规律,并根据现场工作面巷道围岩应力和表面收敛监测结果,对比分析了数值模拟结果的准确性。研究发现：基于Hoek-Brown经验强度准则所确定的煤、岩体力学参数与标准煤岩样的实验室测定值有明显差异,两者间并非简单折减关系,而与岩体结构特点、完整岩石强度和开挖影响等因素有关。现场多煤层开采中矿压显现规律的实测与数值模拟结果的比对,进一步验证了基于Hoek-Brown准则确定煤、岩体力学参数的有效性和合理性。     

Study on dynamic numerical simulation of overburden movement mining under railways

Focused upon the dynamic changing regularity and tendency of overburden movement and bed separation developing during the strip mining and stoping under railways were simulated by ANSYS model. The results show that movement and rheology developing of key strata is one of the main reasons to cause surface subsidence and to further induce deformation of surface railways. It provids a basis for taking efficient measures to control the deformation of surface railways. Supported by the National Natural Science Funds Committee (50174035)