高陡山体下煤层重复采动诱发岩质斜坡变形破坏过程分析

为研究高陡山体下煤层重复采动诱发岩质斜坡变形破坏过程,采用离散元数值模拟的方法,建立了高陡地形条件下煤层采动数值计算模型,从水平位移云图和纵向位移云图来分析煤层重复采动诱发岩质斜坡变形的渐进破坏过程。得出高陡山体下重复采动诱发坡体崩塌经历了3个阶段,即煤层初始变形阶段、重复采动导致坡体不均匀沉陷开裂阶段,坡体整体失稳垮塌阶段;同时得出坡体的不均匀变形引起整个坡体不同位置产生不同形式的破坏,坡表的最终失稳形式有滑坡和崩塌2种,主要由坡体的原始地形坡度和地层岩性决定。     

地下采空诱发含软弱夹层顺层岩质斜坡变形破裂的相似模拟

以重庆武隆鸡尾山顺层岩质滑坡为例,依据相似原理,利用重庆大学变滑面顺层斜坡相似模拟试验装置,进行地下顺坡开采、逆坡开采、留设上下边界矿柱形成不同采空区影响下顺层岩质斜坡变形破裂响应相似模拟试验。试验结果表明:1顺层岩质斜坡在滑动面下沉量变化最大位置,坡体变形破坏剧烈,裂隙发育明显。2同样地质环境和采矿条件下,逆坡开采后形成的采空区对斜坡变形破裂影响最严重,更易诱发坡体破坏失稳,其次是顺坡开采,留设上下边界矿柱开采相对影响斜坡变形破裂较小。斜坡下逆坡开采采空区范围较小,越易造成坡脚岩体发生断裂破坏崩滑。3不同的岩层性质及距滑动面法向距离,其形变移动响应特征不同,但坡体均出现沿滑动面向临空面的滑移。4地下采空区影响下含软弱夹层缓倾斜顺层斜坡的变形机制为弯曲-断裂、挤压-滑移-拉裂。     

降雨诱发采动滑坡物理模拟试验研究

采动滑坡是岩土工程中极具挑战性的问题之一,采动滑坡为矿区地质灾害的主要类型,其危害性相较于其他类地质灾害更加严重。采煤会诱发平缓结构斜坡发生强烈的地面变形,研究结果表明天然状况下采煤结束后一定时间内地面变形将趋于稳定,采动滑坡的发生受降雨影响显著。以贵州马达岭滑坡为地质原型,马达岭斜坡为平缓倾内的层状结构斜坡,具有上硬下软和上陡下缓结构特征,是受采矿和降雨影响诱发的滑坡。采用物理模拟方法,应用模型箱和相似材料根据相似比建立滑坡模型,采用土压力监测计、孔压力监测计和三维激光扫描仪对模型进行监测,研究了模型在开采与降雨两类工况下变形及内部应力的变化情况和在开采与降雨共同作用下斜坡变形破坏过程,再现了滑坡从孕育到发生的全过程,分析强降雨诱发采动滑坡形成的机制。研究表明:采空区形成后,坡内原有的应力平衡被打破,发生应力重分布,采空区顶板应力卸荷,边界部位应力集中,顶板位置首先发生弯曲沉陷,产生大量离层裂缝,裂缝不断向四周扩展,逐渐形成大量竖向拉张裂缝,采空区的边界部位出现多条斜向裂隙;同时采动的影响不断向上传播,采空区顶板处产生裂缝多与上覆岩体中发育的裂缝贯通形成大型裂缝;降雨作用下,坡内裂缝...     

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。     

重复采动下陡岩变形破坏特征分析北大核心

针对含软弱夹层的顺层陡岩受地下重复采煤的影响,采用离散元数值软件UDEC模拟陡岩下方缓斜近距离煤层群区段上行开采,分析陡岩的变形破坏特征。研究结果表明:在重复采动过程中,开采不同煤层时,基底岩层的下沉曲线、水平位移曲线、垂直应力曲线以及剪应力曲线的变化趋势基本相同;上煤层开采后,陡岩坡肩卸荷裂缝会向下贯穿软弱夹层,在坡肩处形成危岩体;中、下煤层开采后采动裂隙会继续由上往下向坡体内延伸到基底岩层附近造成陡岩山体断裂;随着重复采动次数的增加,陡岩的变形破坏程度会急剧增大。     

采动地裂缝动态发育规律及治理标准探讨

为了研究西部矿区浅埋煤层开采造成的地裂缝灾害,以神东矿区为研究基地,对大柳塔矿22201,52304工作面开采的地裂缝进行了持续动态监测,研究了采动地裂缝的动态发育规律,建立了采动地裂缝发育深度和宽度、落差之间的定量函数关系模型,在此基础上,提出了采动过程中的临时性地裂缝治理标准和依据。研究表明:随着工作面的推进,采动过程中的临时性裂缝呈现"增大-减小-闭合"的动态规律;地裂缝发育深度与宽度之间存在线性增大的正比例关系,深度与落差之间存在对数关系;为保证安全生产,当"由上到下"扩展的地裂缝与"自下而上"发育的导水裂隙带贯通时,临时性裂缝需要治理,治理标准为导水裂隙带高度与地裂缝深度之和大于煤层埋深,治理依据为裂缝最大安全宽度或最大安全落差。     

浅埋煤层过沟开采覆岩破坏特征及裂隙演化规律研究

浅埋煤层覆岩破坏规律及裂隙发育特征是影响矿井涌水有关系,尤其在地表沟谷区,由于剥蚀作用使煤层埋深减小,为了研究清楚浅埋煤层过沟开采时,上覆岩层的扰动破坏规律与裂隙发育特征,以榆神矿区张家峁煤矿14213工作面的过沟段为研究对象,通过相似材料物理模拟与数值模拟的方法,对覆岩的破坏规律及裂隙发育特征进行了研究。结果表明,煤层开采过程中,顶板覆岩会伴随产生层间离层与切穿岩层的垂向裂隙,回采至60 m时,煤层顶板悬露面积达到极限发生垮落,原有层间离层伴随垮落消失,新出现的层间离层继续向上发展,离层空间与垂向裂隙交替发育,回采至105m时,垂向裂隙导通至地表,离层结构完全破坏,岩层发生整体下沉。裂缝的动态发育规律是:斜坡裂缝的宽度随着开挖的进行由小变大并趋于稳定,坡脚裂缝的宽度则是由小变大、再变小至闭合,沟底裂缝的宽度由小变大再变小的趋势。地表裂缝的这种演化规律主要与地形和地表应力状态有关。坡肩和斜坡上部,采动裂缝形成后受斜坡拉应力的影响而宽度增大;坡脚采动裂缝形成后受坡脚压应力的影响而宽度变小甚至闭合;沟底采动裂缝形成后受压应力和坡段岩块压实调整宽度变小。     

采空滑坡成因机制分析

在现场地质调查的基础上,对滑坡变形破坏特征和发育过程进行了分析,结果表明:滑坡失稳破坏系地下采空诱发,进而对地下采空诱发地表斜坡失稳机制进行了探讨。地下采空导致整个上覆坡体变形沉陷并发生地表浅部滑动破坏,其变形过程可以归结为4个阶段,即煤层开采、后缘拉张、坡体剪切、滑坡发生。     

厚松散层近浅埋煤层开采导水裂缝动态演化规律研究

以陕北矿区韩家湾煤矿2304工作面为研究对象,通过理论分析、理论计算、相似模拟实验等方法,对厚松散层近浅埋煤层开采导水裂缝动态发育规律开展相关研究。通过建立采动岩土层动态移动变形预计模型,给出全盆地下沉、水平变形预计公式;建立了以关键层下沉为关键参数的上行导水裂缝发育高度和以隔水层移动变形为关键参数的下行导水裂缝发育深度计算方法;分析预计2304工作面推进过程中上行裂缝和下行裂缝的动态发育变化过程,相似模拟实验现象与预计结果基本吻合。研究可为相似地质条件下采动裂缝发育预计提供参考。     

唐山马家沟矿急倾斜煤层开采地表非连续变形规律

根据马家沟矿急倾斜煤层开采地表实测资料和现场勘察结果,对地表非连续变形的分布、发育规律进行了研究.研究结果显示,马家沟矿急倾斜煤层开采地面发育大量裂缝,这些裂缝在空间分布上具有间隔性,在时间发育上具有间歇性,对地面沉陷分区性具有控制作用,对采动影响范围扩展具有屏障作用.这些认识对类似条件矿井的急倾斜煤层"三下"开采具有一定参考价值.     

地下资源开采诱发的一种滑坡模式研究 ——以采空触发滑坡为例

矿山开采必然会带来一系列地质灾害问题,采动滑坡作为其主要灾害之一,严重影响着人类生产活动。然而,凭借笔者多年的工程实践经验,对山西煤矿区发生的滑坡灾害进行调查研究后发现,有一类滑坡从发育位置、变形特征、形成机理等方面均有异于传统意义上的"采动滑坡",但又受采动间接影响,兹称其为"采空触发滑坡"。通过对山西煤矿区此类型滑坡的典型案例进行研究分析,总结该类型滑坡特征,区分其与传统采动滑坡的异同点,主要有以下4个方面:采空触发滑坡通常发育在采空沉陷影响区以外的一定范围内;其变形一般在采空沉陷结束后才开始显现,且变形通常持续时间较长;开采沉陷并非滑坡形成最直接的影响因素,而是由坡体内部软岩蠕变破坏所致;采空触发滑坡的发生是一个能量逐渐累积的过程,即具有聚能效应。结合笔者前期研究成果,最后对采空触发滑坡的形成过程和成因机理进行了初步分析发现,该类型滑坡形成机理分为4个破坏阶段,分别为应力调整阶段、蠕动变形阶段、变形加速阶段与斜坡失稳阶段,与其对应的破坏模式为采空沉陷结束—坡体内部岩体应力松弛—软岩蠕变—蠕变作用向坡顶发展—坡体挤压变形、破坏。     

近浅埋煤层重复采动覆岩裂隙发育相似模拟

为了得到近距离浅埋煤层重复采动对覆岩裂隙发育的影响,以神东集团石圪台矿为工程背景,利用相似理论进行相似模拟实验,通过对比单层煤开采与重复采动在矿压显现和移动破坏等方面的变化对覆岩裂隙发育进行分析,得出了近距离煤层重复采动对覆岩位移、矿压及裂隙演化的特征影响。结果表明:相比于单一煤层开采,重复采动覆岩裂隙明显增多,来压步距有所减短;覆岩达到最大下沉量位置更靠近开切眼一侧,为工程实践提供了一定理论基础。     

开滦东欢坨矿北二采区上行开采5煤层可行性分析

针对东欢坨矿北二采区上行开采5煤层可行性进行研究。在分析北二采区5煤层上行开采影响因素的基础上,采用"三带法"、"比值法"进行了初步的经验方法判别。建立工作面开采数值模型预测回采下部8煤层与上行开采5煤层后顶板裂缝带波及范围。经验判别得出5煤层位于8煤层垮落带之上,采动影响系数大于经验临界值7.5,上行开采5煤层可行。数值模拟了采动影响下围岩的扩容区,以体积应变大于等于0.025的等值线密集区视为导水裂隙区,得到8煤层回采顶板导水裂缝带最大高度为53m,上行开采5煤层后顶板导水裂缝带最大高度向上增长0.4m。下部8煤层开采将5煤层顶板改造为极软弱顶板,导致其裂缝带发育高度偏小,利于上行开采。     

浅埋深薄基岩矿井综放工作面导水裂缝带发育规律研究

转龙湾煤矿首采工作面煤层埋深160 m左右,基岩厚度60～120 m,属于浅埋薄基岩开采。本文分析了转龙湾煤矿II-3煤层覆岩特征,井下现场探测了首采试验区的采动覆岩破坏导水裂缝带发育高度,采用有限差分数值仿真方法模拟了薄基岩浅埋煤层综放开采条件下的覆岩运移破坏过程。研究表明,采动覆岩塑性破坏区的形态经历了"马鞍形"—"拱(箱)形"的演化发育过程;随着采动空间的增大,采空区两端超前破坏裂隙扩展速度较中部变慢,最大导水裂缝带发育高度位于采空区中部,裂采比为20。     

山区浅埋煤层裂隙发育UDEC模拟研究

受地下采动影响,坡体会发生移动变形,内部应力重新分布,同时,开采使地表产生裂隙,坡体很容易失稳,甚至发生滑坡、泥石流等大型地质灾害,并且也会加剧环境损害[1]。因此,为分析山区浅埋缓倾斜煤层开采时,覆岩裂隙发育变化及地表移动情况等,根据贵州山区煤矿地质复杂情况,运用UDEC软件对响水煤矿3号煤层12309工作面进行数值模拟。模拟结果表明:山区浅埋缓倾斜煤层与平原地区水平煤层开采引起的裂隙变化、地表移动变形等有所不同;坡角陡的地方裂隙发育,稳定性差,容易失稳发生滑坡;3号煤层12309采面开采后,覆岩受开采影响强烈,顶板跨落最大位移约为3.178m。     

浅埋薄基岩重复采动条件下“两带”高度发育规律实测研究

为了研究浅埋薄基岩重复采动条件下覆岩"两带"高度发育规律,以隆德煤矿实际地质采矿条件为工程背景,采用理论计算、现场实测的分析方法研究了隆德煤矿101工作面单一煤层开采及209工作面重复采动条件下的"两带"高度发育规律。研究结果表明:浅埋薄基岩煤层单一工作面开采的垮采比为5.34～5.64,裂采比16.31～16.66,与理论值相近,厚及巨厚坚硬岩层对导水裂缝隙带发育具有抑制作用;重复采动条件下,上部煤层的垮采比增大,下部煤层垮采比减小,现行采煤规范中重复采动条件下的"两带"高度计算公式忽略了两层煤的相互影响;隆德煤矿浅埋薄基岩条件下101、209工作面重复开采的导水裂缝隙带高度约为90.31～99.95 m,裂采比为22.58～24.99。     

近距离煤层群多重采动覆岩破坏特征及应力传递规律研究

近距离煤层群开采覆岩破坏特征不同于单层煤开采,同时存在层间相互影响的问题。以晋能控股煤业集团燕子山煤矿11~#煤层、14-2~#煤层、14-3~#煤层三层近距离煤层为研究对象,通过进行物理相似模拟实验和数值模拟计算,研究分析了近距离煤层群开采时顶底板围岩的覆岩破坏特征及应力传递规律。研究结果表明：近距离煤层群下行开采过程中,随着采动次数增加,顶板横向裂隙超前发育和纵向裂隙穿层效果更为明显,垮落块度明显减小,来压规律不明显;煤层顶板覆岩因采动产生的应力峰值随采动次数增加而降低;初次采动影响下,稳定后的覆岩应力要明显小于原岩应力,而多次采动稳定后的覆岩应力与该次采动前相近;上覆岩层在多重采动影响下,破坏更彻底,形成台阶式的岩层切落。研究结果可为条件相似的近距离煤层群开采顶底板围岩控制、采空区积水及瓦斯防治提供参考依据。     

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。     

窑街矿区采动影响的山体滑坡机理探讨

为了分析矿区采动影响的山体滑坡机理,以金和一号矿井后山采动斜坡山体滑坡为研究对象,分别运用极限平衡理论、有限差分数值方法分析了采空区上覆山体滑坡的内在机理,并将斜坡失稳归结为:地下采空-后缘坡坏-剪切蠕动的推动式顺层滑坡破坏模式.     

红透山铜矿深部斜坡道围岩发生层裂破坏数值分析

本文围绕红透山矿红透山矿深部-707m水平13#采场斜坡道围岩层裂破坏,通过现场工程地质调查、岩石力学实验、围岩应力分析,对13#采场斜坡道的围岩质量进行分析及岩体力学参数估算;在此基础上,应用FLAC3D分析回采对斜坡道围岩层裂破坏影响,开采矿体围岩在切向应力作用下,岩体微裂纹沿切向应力方向扩展、贯通,形成平行于开挖边界的宏观裂缝;数值分析采动过程斜坡道围岩层裂发生力学机制及其围岩应力场变化规律,数值模拟结果表明,深部斜坡道围岩高应力、采动应力以及爆破震动共同作用造成岩体产生层裂破坏。