含水岩层采动破坏相似模拟试验探讨

随着绿色开采的提出，岩体采动破坏物理模拟再现技术也应随之发展，从单一岩层作用，到岩层中存在水时的岩层破坏状况，以及岩层采动破坏对水的存在状况的影响，将成为岩体采动破坏物理模拟再现技术的新方向。本文就近几年来由中国矿业大学岩层控制实验室完成的几个典型物理模拟再现模型作一些介绍，提出了今后工作的设想。     

采煤工作面顶板压力及采动压力传播范围预测

根据“外塌陷角理论系统”公式预测采煤工作面顶板压力显现值，提出采动压力影响范围和压力显现大小的计算公式，同时阐述了“外塌陷角理论系统”与其他矿压理论的差别。     

覆岩含水层采动破坏机理流固耦合分析及保护措施研究

为了研究煤层开采对覆岩含水层的破坏机理,采用岩石破裂过程流固耦合分析系统UDECFlow,根据老三沟井田6煤工作面地质条件,对覆岩含水层(砂砾岩、细砾岩和粗砂岩含水层)的破坏过程进行数值模拟。模拟结果显示,随着工作面的推进,裂隙不断向上发育,直接顶、基本顶的相继破断和垮落导致了导水裂隙的形成;同时随着工作面的推进,先前生成的一些裂隙出现了闭合,而工作面附近又产生新的裂隙。以6煤为例,对上覆含水层的保水开采难度进行分级,并提出了相应的保水开采技术,如加快工作面推进速度、注浆加固、降低采高、充填开采及部分开采等,将指导6煤开采时覆岩含水层保护,对同类开采地质条件下的矿井有较好的指导借鉴意义。     

采煤工作面顶板压力及采动压力传播范围预测

根据外塌陷角理论系统公式预测采煤工作面顶板压力显现值,提出采动压力传播范围和传播压力大小的计算公式,简论外塌陷角理论系统与其他矿压理论的差别。     

采动诱发断层活化规律的试验研究

根据某煤矿F_2断层实际地质资料,通过相似材料模拟试验的方法对两盘工作面依次回采对断层活化的影响、断层带的应力变化规律及突水路径的形成进行研究,研究结果表明:随工作面的推进,断层界面的垂直向应力呈现先减小后增大的趋势,且同一推进步距时,上盘界面的应力变化量大于断层带的应力变化量,大于下盘界面的应力变化量;两盘煤层中间地带在两盘依次开采过程中均受到影响,其产生活化突水的可能性较大。     

底部含水层采动应力路径及体变特征有限元数值分析

研究采矿活动对厚松散含水层扰动影响是一项很有现实意义的工作，可以为厚松散含水层下隐伏矿井的安全开采提供科学保障依据。以河南永城煤田某矿13021工作面为研究原型，通过相关地质条件建立工程地质模型，借助有限元分析方法，对采动过程中底部含水层特定监测位置的应力路径及体变特征进行了相关研究，分析认为各点的应力状态及体积应变均受。工作面推进距离的控制，一定程度上解释了采动水压力的变化机制。     

采高对采动卸压瓦斯富集区影响的试验研究

为研究采动覆岩中卸压瓦斯富集区的影响规律,以采动裂隙椭抛带理论为基础,建立采高影响下采动卸压瓦斯富集区的模型,运用物理相似模拟试验方法,以山西某高瓦斯矿井主采工作面为原型,揭示综采工作面采动卸压瓦斯富集区的采高控制机理。研究结果表明:随着采高的增大,三带高度也逐渐增大,采高与采动覆岩裂隙的三带高度呈现线性关系,采高与三带高度的拟合曲线斜率处于2～4范围之间。而随着工作面推进,上覆岩层逐渐形成了压实区和裂隙区,压实区随着采高的增大而变小,裂隙区随着采高的增大而变大。通过对不同采高的各岩层的离层量拟合关系分析,发现不同采高开挖后形成的裂隙形态呈现对称的椭抛面,最后通过拟合关系建立了采高影响下的二维采动卸压瓦斯富集区的模型,为采动覆岩卸压瓦斯富集区的识别提供一定的理论基础。     

上海庙矿区石盒子组粗砂岩孔隙含水层探水注浆技术

上海庙矿区石盒子组地层胶结成岩差,岩石硬度低;粗砂岩含水层孔隙发育,富水性强.含水层注浆时,透水不吃浆,注浆效果差.根据具体情况,采用小段高逐层加压注浆,并增加止水套管长度,改进止浆垫施工工艺,科学选用注浆材料,保证了粗砂岩孔隙含水层注浆效果.     

采动作用下孔隙水压力对深埋软岩巷道稳定性的影响

为研究软岩巷道围岩在深部高应力环境下高孔隙水压力对其稳定性的影响规律,结合大平煤矿的回采工作面S2S9的工程地质资料,建立了二维有限元模型模拟研究了煤层开采过程中高孔隙水压力对深部软岩巷道围岩稳定性的影响及孔隙水压力分布规律。研究结果表明:随着采空区面积的增大,工作面和开切眼附近的高孔隙水压力区域逐渐扩大,导致工作面顶板突水危险区域扩大;孔隙水压力呈现两头高,中间低的趋势,与工作面上方覆岩"马鞍型"的破坏区域是相符的。     

土石坝施工期的孔隙水压力试验研究

土石坝施工期稳定计算时,需要计算孔隙水压力。对用于土石坝填筑的不透水土体需进行试验研究,以提供施工期的初始孔隙水压力μ0。经对三轴试验、孔隙水压力消散试验及压缩试验所计算得的孔隙水压力μ0参数进行比较,并结合孔隙水压力消散系数CV研究,提出土石坝施工期稳定计算所需的合理建议参数。     

开采顺序对浅部煤层覆岩破坏与孔隙水压力演化影响数值模拟

为分析不同开采顺序对厚松散层底部含水层下开采渗流场与应力场相互影响及其演化规律,建立了厚松散层底部含水层下浅部煤层开采的流固耦合数值模型,模拟结果表明:开采顺序对覆岩渗流场及移动破坏特征有很大影响,采用由深部向浅部的递采顺序所产生的塑性区范围、竖向位移、孔隙水压力变化相对由浅部向深部的递采顺序较安全可靠。     

含水层水压对底板断层突水危险性的影响

随着煤矿开采深度的增加,受奥灰岩溶底板高承压水的威胁日趋严重,矿井突水事故的频率不断增加。建立了弹塑性多孔介质渗流应力耦合模型,并基于多物理场耦合模型软件COMSOL Multiphysics,结合徐州某矿突水实例,分析了含水层水压的变化对含断层底板突水危险性的影响。研究表明:随着含水层水压的增大,岩体介质的有效应力减小,岩体强度降低并容易产生塑性破坏;含水层水压越大,底板的塑性破坏区范围越大,含断层底板的突水危险性越大。研究结果可为承压水上采煤底板断层突水的防治提供参考。     

三轴试验中孔隙水压力的影响因素分析

三轴试验是测试土的抗剪强度的重要方法之一,该试验可以直接测出孔隙水压力,但由于受土的内部结构及测试技术等因素的影响,孔隙水压力值波动很大。本文重点从饱和方法、端部约束、土剪胀、土剪缩等方面分析了其对孔隙水压力的影响,并提出了应对措施,分析所得结果可供工程技术人员参考,以提高土体三轴试验精度。     

煤层开采对底板突水的影响

本文通过对影响煤层底板突水的因素分析及开采矿压对煤层底板的破坏作用和破坏特征的研究,得出开采对底板水影响的一般规律     

巨厚含水层采动影响下矿井涌水量预测

在地下采掘活动的影响下,导水断裂带未能贯穿含水层时,大井法计算的涌水量误差较大。针对这种情况,对复杂地质条件合理概化,建立导水断裂带未能贯穿含水层的水文地质概化模型,对大井法进行改进,将含水层概化为垂直方向上互不影响的两元结构,提出倒置非完整大井法,可以分别计算顶部和侧向的水量,使其更贴近实际情况;并结合相关理论进行推导,得出相应的数学模型。结合彬长矿区亭南矿和胡家河矿2个工作面的现场实测地质资料,应用该方法计算涌水量,并与实际涌水量进行对比,结果较为准确,验证了顶板巨厚基岩含水层采动影响下,倒置非完整大井法计算涌水量的合理性。     

松散层底部含水层富水性评价

为实现松散含水层下煤层的安全开采,基于青东矿13采区松散层底部含水层——第四含水层的水文地质条件和工程地质条件,探讨了青东矿13采区第四含水层的厚度分布特征、水质情况、渗透系数(K)及贮水系数(u*)的特征,分析了第四含水层的富水性情况,在此基础上给出了采区松散含水层下开采煤岩柱的留设类型。结果表明:青东矿13采区第四含水层为弱富水性含水层,依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与开采规程》,要求留设的安全煤岩柱类型为防砂安全煤岩柱。     

Mechanism of Water Inrush of a Deep Mining Floor Based on Coupled Mining Pressure and Confined Pressure

Mine Water and the Environment - We studied the water inrush mechanism in deep mines using experiments to determine the full stress–strain permeability of different lithologies in deep coal...     

孔隙压力在瓦斯突出过程中的作用机理研究

考虑了煤岩体物理力学性质的非均匀性和非连续性的特点,应用岩石破裂过程分析系统(RFPA2D-GasFlow),对不同孔隙压力下煤体发生瓦斯突出的特征进行数值试验研究,分析了孔隙压力对瓦斯突出的影响。研究结果表明,不同孔隙压力条件下,煤体的破裂形式及瓦斯突出特征是不同的:当孔隙压力较小时,煤体产生剪切破坏,形成煤体倾出,此时,地应力在瓦斯突出中起主导作用。     

基于带压开采下覆岩移动破坏规律研究

本文以相似模拟试验为手段,对铁新煤矿9301回采工作面+470m水平煤层带压开采下覆岩移动规律进行研究。研究结果表明:当采掘工作面向左推进到250mm(50m)时,位于煤层上方的覆岩发生第一次离层破坏垮落现象,即初次来压现象;当煤层向左推进到1400mm(280m)时,共发生9次来压现象;煤层开采到140cm(280m)时,沉降基本发生到了地表。