薄基岩近距离煤层开采"水-岩"致灾演变模型及规律研究

为研究薄基岩近距离煤层开采的"水-岩"致灾演变规律,建立了薄基岩覆岩裂隙扩展渐变破坏模型并分析了岩石的3种破坏模式,从平面及空间角度揭示采动覆岩岩体裂隙扩展过程中的渐变失稳破坏发育特征;构建覆岩岩体破坏致灾演变力学模型,从力学角度上解释覆岩破断致含水层突水致灾过程。结合工程实例,采用UDEC及FEFLOW数值模拟软件分别建立数值模型,模拟分析近距离煤层回采覆岩失稳破坏特征及地下水体运移渗流特征,揭示采动条件下地下水体运移致灾演变规律。研究结果表明:开采活动破坏了地下水体原有的渗流规律,近距离煤层的重复采动极大地增加了覆岩岩体内裂隙密度及宽度,裂隙带内的渗透性增加,覆岩裂隙是水的渗流、运移的主要通道,导水通道的拓宽从而导致突水致灾危险性增加。     

不同倾角矿体地下开采采场覆岩破坏失稳研究

地下采场围岩及覆岩稳定性是影响矿山安全生产的主要因素之一.为探索地下开采过程中不同倾角矿体采场覆岩的破坏失稳特征,采用PFC2D软件建立倾角20°和50°矿体模型,模拟分析开采过程中采场覆岩的内部应力变化和裂隙扩展规律,并与相似模型进行对比,结果表明:(1)两种矿体模型在分步开挖过程中,开采空间较小时,覆岩均会经历卸荷...     

多煤层重复采动覆岩破坏高度发育规律研究

为了研究多煤层重复采动下覆岩破坏高度的发育规律,以公乌素煤矿三煤层开采为工程背景,通过现场实测、数值模拟研究方法,得到了单层开采和三层重复开采时16煤1604工作面覆岩导水裂缝带高度,采用3DEC数值模拟研究了单煤层开采及重复采动覆岩的破坏特征,理论分析了重复采动覆岩裂隙发育机理及裂缝带高度的计算方法。结果表明：钻孔冲洗液观测与钻孔窥视结合实测法更准确,公乌素16煤重复采动条件下,裂采比15.14,垮采比3.15|模拟显示采空区两侧裂隙发育明显且为离散裂隙,中部裂隙闭合,裂隙高度与实测较为接近|提出了3种不同程度的重复采动裂缝带发育高度的计算方法,为确定重复采动条件下覆岩裂隙发育高度提供理论依据。     

巨厚煤层开采覆岩含水层破坏模拟——以准东大井矿区为例

本文针对准东矿区巨厚煤层典型赋存特征,以大井矿区为研究对象,通过识别覆岩关键层及含水层,采用UDEC数值模拟方法,建立大井矿区巨厚煤层开采覆岩力学模型,对不同开采方法覆岩含水层破坏进行了模拟研究。结果表明:研究区覆岩关键层分为4层、覆岩含水层共2层;开采厚度相同时,大采高开采覆岩下沉量、裂隙带发育高度及开采对含水层的扰动影响均大于放顶煤开采;采高24m,推进长度为300m时,导水裂隙已发育至含水层Ⅱ;主关键层对覆岩位移、裂隙分布及开采对含水层的扰动影响起关键作用。     

厚黄土覆盖区煤炭开采对松散含水层影响的相似模拟研究

为了研究厚黄土覆盖区地下煤层开采对上覆松散含水层的影响机制,以常村煤矿为地质背景,根据相似原理,采用不同采深、不同采高的物理相似模拟试验方法,对煤层采动后的覆岩裂隙发育及上覆松散含水层水位下降速率进行观测记录并对比分析。研究结果表明：地下煤层开采对上覆松散含水层中的地下水的影响存在不同的影响机制,使得含水层受影响的程度不同。煤层顶板导水断裂带是否沟通松散含水层并不是松散含水层破坏、地下水水位下降的唯一条件,松散含水层隔水底板的变形破坏是造成松散含水层破坏的另一关键因素。     

巨厚煤层综采放顶煤工作面上覆岩层移动规律研究

针对义煤集团千秋煤矿巨厚煤层(平均21.8 m)综采放顶煤采场上覆岩层的垮落特征及所形成的结构,以千秋煤矿的地质和开采条件为依据,通过相似模拟和数值模拟研究,分析了上覆岩层移动规律、破坏特点及垮落后的结构形态,得出了综放采场上覆岩层移动规律和上覆岩层应力的变化规律.     

岩层倾角对采动覆岩应力演化影响规律数值模拟

为研究岩层倾角对采动覆岩应力演化规律的影响,以西北某矿缓倾斜工作面为研究背景,建立近水平和缓倾斜煤层2种模型,采用FLAC3D模拟研究不同开采条件下覆岩应力、位移演化规律和“三带”分布特征,对比分析煤层倾角对覆岩运动的影响,为揭示缓倾斜煤层开采上覆岩层活动规律提供参考。研究表明：随着工作面不断推进,缓倾斜煤层上覆岩层垂直应力的峰值大于近水平煤层上覆岩层垂直应力的峰值;缓倾斜煤层开采覆岩位移峰值大于近水平煤层开采覆岩位移峰值;近水平煤层和缓倾斜煤层开采距采空区上方10 m左右为冒落带,近水平煤层开采距采空区上方47 m左右为裂隙带区域,缓倾斜煤层开采距采空区上方50 m左右为裂隙带区域;缓倾斜煤层塑性区域范围大于近水平煤层塑性区域范围;通过数值模拟对比分析,不能忽略煤层倾角对采动覆岩应力的影响。     

复杂围岩环境大采高工作面“R-S-P”系统稳定性研究

文章以羊场湾煤矿大倾角大采高工作面为研究对象,结合大采高工作面赋存环境与地质特征,利用FLAC3D数值模拟软件对6.2m采高开采扰动后工作面上下端头应力场分布与演化规律、上—下运巷顶板覆岩及煤柱应力特征规律及煤柱宏观变形特征等进行模拟分析,结果表明:随着开采扰动区域内顶板覆岩的冒落,"顶板覆岩—支护—煤柱"即"R-S-P"系统的主要力学参数发生变化,应力重新分布且各具特征,工作面与煤柱超前应力峰值及应力降低区范围各不相同。     

远程保护层开采上覆煤岩层移动规律

采用UDEC离散元数值模拟研究方法,对平顶山矿区远程下保护层开采条件下上覆煤岩层卸压特征、膨胀变形特征进行了分析.结果表明,在采动或重复采动作用下,上覆煤层卸压特征明显,透气性增加显著.     

红泥坡铜矿采场覆岩变形破坏规律试验研究

为探讨红泥坡铜矿采场上覆岩层变形破坏、岩层冒落演化规律,采用相似模拟试验开展了相关研究。研究结果显示:在空场条件下,当开采至第三分段时,采场直接顶板发生冒落,冒落高度达8～10m,上覆岩层位移0.1～0.3m,若继续开采,采空区冒落高度达29m左右,上覆岩层最大位移达到0.6m;当矿体开采第一分段时,上覆岩层应力状态变化已发展至近地表覆盖层的局部区域,开采第二分段时,地下采动作用对近地表覆盖层应力场的影响范围逐渐增大且覆盖层呈现出不均匀的变形状态,若继续开采,上覆岩层应力场将受到明显影响,研究结果对矿山生产规划及岩层控制具有理论指导意义。     

石碌铁矿北一采区露天转地下开采沉陷机理研究

露天转地下开采过程伴随着强烈的岩体移动及变形特征,引发开采沉陷问题,是露天转地下矿山安全管理方面的重点研究内容。以海南石碌铁矿北一采区为研究对象,采用FLAC3D数值模拟方法,建立考虑开采扰动的露天转地下力学分析模型,分析不同开采阶段下采区围岩、边坡岩体及地表岩层的位移、应力分布特征,根据塑性区变化特征和现场地表塌陷现象,揭示露天转地下开采沉陷机理。研究表明：边坡岩体中最大拉应力区主要集中在采场回采区与坡顶区域,并随着开采深度增加持续扩展,这将降低岩体稳定性。开采扰动下北帮、西帮处的边坡整体位移值相对较小,南帮东部、东帮至小英山区域岩体位移值随着开采深度增加而显著增大,尤其在开采-90 m至-105 m时,位移值急剧增加。塑性区主要出现在回采区围岩和东帮上方坡面及其部分坡顶后方区域。回采区围岩的塌陷进一步引起了崩落区和变形区岩体位移,沿塑性区边缘形成采坑裂缝,小英山后方区域拉伸破坏进而形成地表拉伸型裂缝,坡脚沉陷及岩体裂隙发育造成东帮边坡滑坡。整体上看,露天转地下工况下开采沉陷表现出强烈的向坡体临空面方向的水平位移特征。     

分段矿房法不同分段高度稳定性的FLAC3D数值模拟分析研究

以云南某铁矿分段矿房法为研究对象,结合矿体赋存条件,通过现场工程地质调查和室内岩石力学实验,利用CAD、数值模拟软件ANSYS、FLAC3D对分段矿房法的不同分段高度进行研究,分段按照每步10m高度进行开挖,对不同分段高度下采场应力、位移、塑性区三个参数的变化进行分析。研究结果表明：当分段高度达到40m时,开挖过程中采场顶板发生了拉伸破坏区域,间柱部分有贯通的剪切破坏塑性区出现,30m分段时采场处于稳定状态,不同分段高度下采场开挖形成的最小主应力均未超出岩体的抗拉强度,采场顶底板和上下盘的竖向横向位移量均处在采场安全位移的范围内,综合分析选取最佳分段高度为30m。研究结果可对矿山的安全生产提供指导性建议,为类似矿山提供参考借鉴。     

露天转地下开采覆岩采动响应的坡角影响效应研究

以某矿山露天转地下开采为背景,研究了不同边坡坡角影响下采场上覆岩体的采动响应特征,以揭示覆岩采动响应的坡角影响效应。结果表明,采场内部应力随着矿体开挖推进不断进行重新分布,并持续沿矿层倾向向前方岩体动态转移,在前方形成应力增压区,最终达到新的平衡; 坡高一定时,坡角过大或过小都不利于覆岩的稳定,而是存在一个较为合适的中间值,45°坡角时,采场覆岩比35°和55°模型应力及位移沉降更小,但塑性区发育不及35°及55°模型充分。建议露天开采完后对边坡进行削坡处理,以控制边坡角度45°,然后再转入地下开采。     

磷矿地下开采地压规律的FLAC3D数值模拟

以云南磷化集团有限公司晋宁磷矿2号坑口北采区深部矿体为工程背景,通过FLAC3D数值计算工具,对不同矿体厚度下深部磷矿体地下开采过程中采场、围岩的稳定性及地压活动规律进行研究。数值计算结果表明：①矿体采出后,采空区上覆岩体的自重力向周边新的支承矿壁点转移,在采空区上方形成卸压带;同时在其前方与后方两侧矿壁附近形成支承压力增压带。随着采场向前推进,超前支承压力随之前移,采场覆岩受采动影响的范围也在不断扩大。②倾斜条件下,矿体开挖后所形成的采空区上部覆岩与下部覆岩应力状态是非均匀、非对称的,整体上采场上部矿压显现程度比下部明显。③随着开采矿层厚度的增加,矿体开挖形成采矿区后,采场覆岩受采动影响的范围更大,而矿压显现的程度则减弱。采空区前方支承压力区域最大应力集中系数减小,塑性区范围增大。     

不同工作面推进速率下上覆岩层运移规律分析

为了分析不同工作面推进速率下上覆岩层运移规律,采用相似模拟实验的方法,建立了相似模拟实验架和位移测点布置,以3种不同工作面推进速率,研究了模型开挖过程的跨落特征、不同工作面推进速率下顶板位移下沉量变化。研究得出,当工作面推进至48 cm时,上覆岩层顶板实际垮落垮落块为28 m;当工作面推进至70 cm时,上覆岩层顶板实际垮落垮落块为21 m;当工作面推进至100 cm时,上覆岩层实际垮落垮落块为29 m;工作面速率越快,围岩总体变形量小、基本顶受采动影响的程度越小。     

开挖扰动对露天矿边坡稳定性影响分析

对西藏某露天矿边坡的稳定性进行深入研究,在综合分析工程地质条件的基础上,运用FLAC^3D软件对开挖扰动作用下岩质边坡的位移场和应力场的变化规律进行了数值模拟研究。研究结果表明:采用分步开挖能真实模拟开挖扰动对边坡稳定性的影响;在开挖扰动作用下,岩体的卸荷量和回弹变形量随开挖深度的增大而增加,水平位移量最大值位于坡面岩体的中下部;在坡面及坡肩附近岩体形成拉应力区,坡脚处剪应力显著增高;随着开挖的进行,位移场和应力场还分别表现出“位移陡升”和 “应力跌落”的现象。     

南芬露天铁矿边坡开挖稳定性实验研究

以南芬露天铁矿“298~370滑坡”为例, 基于相似理论构建地质力学模型实验和FLAC^3D数值模拟, 研究不同开挖阶段边坡滑体和锚索的变化特征, 对比分析不同开挖方式对边坡稳定性的影响。地质力学模型实验结果表明, 开挖过程中锚索发生变形弯曲, 滑体破坏前与水平岩体有明显位移差。数值模拟结果表明, 露天矿开采后, X方向产生最大位移17.06 cm, Y方向产生最大沉降10.31 cm, 锚索明显约束滑体竖向位移; 锚索处发生应力集中和位移突变, 与地质力学模型实验结果一致。在实际工程中, 位移突变可作为边坡失稳的监测依据; 分台阶开挖时, 位移和应力变化均小于无台阶开挖, 边坡稳定性更好。     

倾斜层状围岩变形规律的相似模拟研究

为研究倾斜层状围岩薄矿体在开采过程中上覆岩层的变形破坏规律,以永昌铅锌矿矿体为物理试验模型,通过相似模拟材料试验建立二维地质模型,对在倾斜层状围岩条件下,薄矿体地下开挖后覆岩的变形破坏特征、力学特性和破坏过程进行研究。结果表明,顶板受第一次与第二次开挖影响最大,随着不断地开挖,沿着开挖方向的矿壁不断地变为间隔矿柱,每两次矿体开挖之间水平位移的方向均会发生一次反转;位于矿柱上方的围岩沉降值较小;覆岩水平变形与下沉的方向均指向采空区中心偏下区域;层状岩体易引起弯曲折断破坏;采场覆岩相对下沉增量和水平相对位移增量单调递减。     

采场上覆岩层运动范围与顶板事故可视化研究

确保采场上覆岩层稳定是矿井安全生产的关键。只有确定了采场上覆岩层的运动情况才能进行有效的采场支护设计。运用岩石破裂渐进过程分析(RFPA^2D)系统，对某矿采场工作面上覆岩层随工作面推进的运动情况作了数值模拟，从中有效地获取了上覆岩层的运动信息，确定了上覆岩层的运动范围，为有效控制采场顶板事故、合理进行采场支护设计提供了依据。     

大规模地下采矿对露天-井工协同开采影响分析（增刊）

本文针对甲玛铜多金属矿露天-井工协同开采问题,采用数值模拟、相似模型试验和有限元强度折减法分析了大规模地下充填开采的覆岩移动特性和大规模开采对露天边坡稳定性的影响。分析结果表明,大规模地下充填开采后覆岩产生一定程度的下沉,开采引起的地表变形相对剧烈区域包括了角岩露天坑的西边帮区域。相似模型实验与数值模拟变形趋势一致,上覆岩层的位移在嗣后充填后得到了有效控制。大规模地下充填开采对于边坡的稳定性影响甚微。