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。     

斜沟煤矿采动覆岩裂隙运移规律试验研究

本文通过采用理论计算、现场实测和数值模拟的方法,研究分析斜沟煤矿18104工作面覆岩裂隙发育的演化规律及垮落带、裂隙带"两带"高度,孔巷三维测试结果表明:18104工作面垮落带高度是9.5m,裂隙带高度是34.7m,现场实测结果与数值模拟结果基本一致,而理论计算得到的裂隙带高度明显偏小;研究成果为类似条件矿井水灾和瓦斯治理提供了一定的依据。     

煤矿采场上覆油页岩采动裂隙及孔隙率分布

为研究上覆油页岩工作面推进过程中覆岩采动裂隙的演化机理,以子长县南家咀煤矿为工程背景,采用UDEC模拟软件,分析覆岩垮落特性与应力卸压区动态演化规律,并根据岩层下沉量得到充分采动下垮落岩体的三维孔隙率分布规律。研究表明：采场覆岩垮落形态呈上窄下宽的梯形分布,采动裂隙呈采空区两侧稳定发育,中部逐步压实至最小值的演化趋势;卸压区垂直应力明显低于采空区中部,赋存于采场垮落带内的油页岩层,卸压区分布形态随工作面推进逐步由“V”形转变为“W”形;根据采空区垮落岩体的三维孔隙率分布模型可知,同一平面高孔隙率区域呈环状分布,且随岩层赋存高度升高环状区域逐渐向采空区中部收缩,整体呈“空心梯台”结构。     

采场上覆岩层动态移动规律研究

通过建立相似材料模拟实验,对倾斜煤层开采引起的上覆岩层移动进行了系统地全面地观测研究。利用首次观测数据和开采结束稳定后数据,定性与定量分析了岩层内部各点移动矢量,得出测点移动矢量图。分析不同区域内6个观测点的动态运动轨迹,得到了详细的移动轨迹。对岩体内部巷道工程的损害及治理具有指导意义。     

采动覆岩裂隙演化规律的特征研究

地下矿物开采过程中,地层中的原始地应力场遭到破坏,造成覆岩应力重新分布,进而引起了覆岩的移动与破断形成了裂隙场。基于相似材料模拟试验得出覆岩裂隙演化的一般规律,即裂隙场的物理特征;利用有限元数值模拟试验,研究在煤层动态开采过程中,上覆岩体的应力分布状态,并联系裂隙场的物理特征作出了进一步的解释。     

平煤十三矿采动覆岩裂隙演化规律研究

当煤矿自矿区采出时,采空区上覆岩层会发生变形破坏,一方面煤矿资源会向裂隙发育部位运移,另一方面则存在一定的矿区安全隐患。为了保证煤矿开采工程的安全性,准确掌握矿产运移分布情况,本文采用了关键层理论和数值模拟的方法,以此分析采动覆岩的裂隙演化规律。研究结果显示,裂隙在走向和倾向上呈现出\"梯形台\"发育特征,在采空区上方裂隙呈现出中部压实、四周发育的\"O\"形圈分布;在采空区边缘形成卸压区域,此区域裂隙发育,具有较好的抽采效果。除此之外,采空区中部压实区域宽度范围为175m,裂隙不发育,离层率趋于0;采空区进风巷侧35m、回风巷侧30m范围内离层率较大,最大离层率达到了136mm/m。本文通过数值模拟得到了平煤十三矿采动覆岩的裂隙演化规律,这不仅为煤矿资源抽采提供了理论依据,而且为煤矿安全事故防治工作提供了保障。     

大采高采场上覆岩层运动规律的研究

应用"关键层"理论对宫地矿大采高采场上覆岩层结构进行了计算分析,确定了工作面覆岩层的主关键层和亚关键层,应用三维离散单元法软件3DEC建立应变模型对不同采高情况下覆岩层运动规律进行了研究。研究结果表明,随着工作面采高的增加,覆岩层的冒落空间、顶板离层量及碎胀系数增加,顶板断裂线明显前移。上述分析结果为大采高综采面围岩控制提供依据。     

采动覆岩裂隙演化规律的定量描述

对采动覆岩裂隙的定量描述一直是困扰采矿工程的科学问题。通过室内相似材料模拟实验,对综放工作面覆岩裂隙破坏过程进行了监测,并根据采动覆岩裂隙的发育过程在时间及空间的数字成像,提出了应用"双重分形"理论揭示采场覆岩裂隙的萌生、扩展、贯通的过程,获得了采动条件下覆岩裂隙时空演化的定量描述方法。     

岩层采动裂隙演化规律与生态治理技术研究进展

岩层采动裂隙是破坏覆岩含水层威胁井下安全生产的直接原因,也是工作面推过后,地表持续下沉变形及生态累积影响的根源.为了解当前覆岩裂隙发生机制、演变规律、研究方法及生态影响与治理进展,实现资源开发与矿区环境的协调、可持续发展,阐述了采动裂隙演化规律与生态治理技术发展现状.介绍了煤矿采动裂隙的形成过程、裂隙类型、研究方法、监...     

煤层为主含水层采动中的覆岩裂隙演化规律研究

小纪汗井田是以2号煤层为主含水层的矿井,为确保煤层安全回采,采用RFPA~(2D)对煤层开采进行数值模拟,分析了煤层为主含水层开采时采动裂隙演化和支承压力特征,对现场进行了实测,得出了煤层为主含水层采动中覆岩裂隙演化特征。研究结果表明:采动裂隙是2号煤层的主要充水通道;利用RFPA~(2D)数值模拟对导水裂隙带发育高度的预测与实测结果吻合良好,但结果比较保守。     

采场上覆岩层应力分布规律的数值模拟研究

针对采场围岩应力复杂多变和难以预测的实际问题,以FLAC3D模拟软件建立了三维空间力学模型,开展了采场上覆岩层应力的动态演化和分布规律数值模拟分析,得出了工作面不同推进距离采场上覆岩层在走向和倾向上应力的分布特征,可为采场合理支护方式、支护参数和矿山压力及其控制等有关问题提供数据支持和依据,保障采煤工作面安全有序进行。     

采动覆岩裂隙演化规律RFPA数值模拟分析

采用RFPA数值模拟实验,研究了山西省天池矿103综放工作面在开采过程中上覆岩层裂隙动态演化规律,进而为研究采场围岩裂隙中卸压瓦斯运移规律提供依据,以期实现煤与瓦斯的安全共采。     

采场上覆岩层塑性断裂区域和移动规律研究

采场岩体一面临空,上覆围岩的应力由原来的三向应力状态变为二向应力状态.在次生应力的作用下,随工作面的推进,上覆岩层将出现受拉区和塑性区.为此,提出了岩体断裂失稳的应力判据,该判据可以计算出顶板的拉应力区、塑性断裂区和O型圈的范围.并以白皎煤矿地质资料为背景,用3D-σ有限元分析软件,建立了采场的三维结构模型,用应力判据结合数值分析的结果,计算出了顶板拉应力区、塑性断裂区和O型圈的范围;并分析了不同步距老顶受拉区、塑性区、O型圈和顶板沉降的演化特征.研究成果可为采场压力计算和控制提供理论依据.     

采动覆岩裂隙动态演化规律的三维模拟

以新景矿3213工作面为背景,基于非连续介质的离散元方法,对工作面回采过程中覆岩运移和裂隙演化规律进行了三维全过程数值模拟。研究结果表明:覆岩的裂隙富集区形态、大小范围会随着工作面的推进发生变化;在工作面推进初期呈"拱形"形态,当推进到80 m时,由于采空区中部裂隙逐渐压实而呈"中部镂空的圆拱型"形态,开采完成后则成"圆环状"形态;且在此"圆环"中不同位置的裂隙富集区大小也存在一定差异,在采空区倾向两端的裂隙富集区形态近似相同,而沿工作面走向,工作面上方裂隙富集区的宽度和高度略大于开切眼处。     

厚煤层大采高采场上覆岩层运移规律数值模拟研究

基于斜沟煤矿18105大采高工作面采场的煤岩赋存条件与开采条件,建立FLAC3D数值计算模型,随着工作面不断推进,研究厚煤层中大采高采场中上覆岩层运移规律,模拟分析大采高采场覆岩的应力分布、位移情况以及大采高工作面推进过程中采场围岩应力场、位移场和围岩破坏情况。研究结果可为厚煤层大采高采场围岩控制提供理论依据和工程参考。     

采动围岩裂隙动态演化规律研究

为研究采动围岩裂隙的动态演化规律,采用钻孔电视法观测顶底板裂隙,采用声测法测试工作面前方煤体裂隙.观测数据处理结果表明:顶底板裂隙存在离层裂隙、竖向裂隙、斜交裂隙、横向裂隙等多种裂隙形态;根据距离工作面不同位置处裂隙密度的不同,采动裂隙分为原生区、扩展区、贯通区和缩减区;根据声速波形特点和超前支承压力分布,煤壁前方煤体裂隙分为原生区、衍生区、扩展区和贯通区,这为完善瓦斯抽采系统提供了参考.     

常村煤矿N3-8工作面上覆岩层裂隙演化规律研究

为了研究回采工作面上覆岩层裂隙演化规律,找到采场瓦斯富集区,为高效抽采瓦斯提供理论依据,以潞安集团常村煤矿N3-8工作面回采为工程背景,采用理论分析、FLAC3D数值模拟和仰孔分段注水现场观测方法,研究不同回采长度下的上覆岩层裂隙发育规律。结果表明:N3-8工作面开采至约40 m,上覆岩层开始出现裂隙;开采到180 m,工作面上覆岩层裂隙发育趋于平稳状态。该回采工作面断裂带高度约为69.8 m,裂隙主要发育区域为距顶板0~36.6 m;模拟结果与实际测定基本一致。     

采场上覆整体移动带坚硬岩层破断规律研究

为了防治采场上覆坚硬岩层突然破断给矿井造成的离层水（瓦斯）突涌等严重次生灾害,对某煤矿工作面连续大面积开采上覆整体移动带内坚硬岩层的破断规律进行了研究。以该煤矿首采区覆岩空间赋存、岩体结构、力学性质及地应力等地质工程条件为基础,采用薄板理论计算、数值模拟等方法,对采区首采面及后续工作面开采上覆整体移动带坚硬火成岩岩床初次破断及周期破断距进行了理论计算和过程模拟分析。结果显示,首采面开采过程中坚硬火成岩初次破断约300 m,周期破断约130 m;后续工作面开采时受邻近采空区影响,火成岩初次破断约260 m,周期破断约120 m;结果与现场实测数据分析相一致。研究成果对坚硬覆岩下煤层开采离层水、离层瓦斯突出等地质灾害预测及防治具有重要意义。     

采动动载作用下底板岩层裂隙演化规律的相似模拟研究

在对多个矿区工作面进行现场探测发现工作面推过底板后的第一次顶板周期性垮落过程中,底板裂隙破坏深度会出现滞后加深的现象,为对这种特殊采矿地质现象进行分析,以某矿现场地质条件为依托,采用相似模拟手段,模拟采动动载作用下底板岩层裂隙演化规律。经研究发现:1)采空区底板岩层首次受顶板岩层垮落冲击作用后,底板岩层采动裂隙会出现滞后破坏加深的现象。在之后的2~3次顶板周期性垮落冲击过程中,底板岩层裂隙都有类似规律,但加深效果逐渐减弱;2)相似模拟试验的底板岩层位移与垂直应力监测结果证明了底板岩层经历了采前应力集中、采后膨胀泄压,采动动载冲击,采空区矸石充填平衡4个过程,底板裂隙的萌生、扩展以及再加深主要发生在1~2与2~3的转变过程之间,第4过程对底板裂隙的扩展实际是起到抑制作用的,底板破坏深度最大处一般出现在工作面推过测点后的1~2个周期来压至采空区底板被矸石充填压实之间这段距离,这也解释了为什么采空区滞后突水灾害时有发生;3)软弱底板岩层更易受采动影响,其位移与垂直应力的变化幅度较坚硬底板岩层而言明显偏大,但其底板裂隙发育深度和滞后破坏加深程度比坚硬底板岩层要弱。     

基于UDEC采场上覆岩层应力分布及破坏规律研究

采空区这一多孔介质对采空区瓦斯抽放与采空区瓦斯运移规律有重要的影响作用。基于UDEC软件对工作面上覆岩层的垮落规律进行研究,分析采空区在形成过程中采场上方岩层的应力分布和破坏规律,从而在水平与竖直方向上明确地对采空区进行划分,得出冒落带与裂隙带的高度分别为15.9 m与29.5 m,顶板初次垮落步距与离层区的宽度分别为41.6 m与120 m。这将为采空区的瓦斯治理及高抽巷位置的确定提供一定的科学依据。