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-裂隙水耦合下含深大裂隙岩溶山体失稳破坏机理

岩溶坡体裂隙对山体的稳定性起到了控制作用。为研究采动和裂隙水作用下含深大裂隙岩溶山体的失稳破坏机制,依托贵州纳雍普洒"8·28"特大崩滑案例,在现场调查的基础上,分析了山体崩滑特征,采用离散元UDEC数值模拟,研究了地下开采和裂隙水渗流耦合作用下含深大裂隙岩溶山体的变形破坏过程和失稳机制,分析了采动诱发含深大裂隙山体的破坏特征,讨论了裂隙水渗流对采动山体变形的作用规律。结果表明,采动对坡体变形的影响是一个随开采不断调整的过程,随开采进行,坡体变形由坡体整体下沉转变为坡体中部临空挤出。岩溶山体的深大裂隙对坡体的变形和破坏起控制作用,其中延伸最长的主裂隙决定了坡体的破裂演化形式。坡体破坏时,坡顶岩体沿主裂隙向下滑移,挤推中、下部坡体,在中、下坡体内形成潜在滑面,潜在滑面向主裂隙底部扩展并贯通。采动作用下含深大裂隙岩溶山体的整体失稳破坏过程为:坡体沉陷变形—坡顶向坡内倾倒—主裂隙闭合—坡体上部沿主裂隙滑移—主裂隙开裂—坡体中部挤出—中、下部岩体破碎—潜在滑面贯通—崩滑形成。地下开采前,裂隙水是引起坡体变形的主要因素,但对坡体稳定性影响不大。开采后,采动对坡体的变形起主导作用,水力对坡体变形和...     

黄土沟谷区浅埋煤层开采斜坡变形破坏机理

为了分析浅埋煤层开采条件下黄土沟谷两侧斜坡的变形破坏机理,基于隆安煤矿深岩沟区域煤层开采地质条件,采用三维数值模拟计算以及理论分析相结合的研究方法,研究了煤层开采后上覆岩土体的应力分布规律、两侧坡体位移分布规律、变形破坏特征以及失稳破坏过程等。结果表明：沟谷两侧斜坡位移以竖直方向为主,水平方向位移均指向采空区中心。斜坡根据变形特征可分为4个变形区：采空区上方一定高度范围内的覆岩冒落塌陷区|采空区中部的松散土体弯曲沉陷区|松散土体弯曲沉陷区和地表移动边界之间的拉裂-倾倒区|地表移动边界之外的未影响区。斜坡的失稳破坏过程可以分为4个阶段：中部沉陷—两侧及后缘拉裂—剪切变形—失稳破坏。研究成果可以为黄土沟谷区域地质灾害评价、采动边坡变形破坏预测以及地表保护提供借鉴。     

重复采动对顺层岩质斜坡变形破坏的数值模拟研究

煤层开采过程中顺层岩质斜坡易发生滑坡,且这类滑坡往往规模大,危害性大;以UDEC离散元法为基础,研究地下煤层重复开采对顺层岩质斜坡的影响。研究结果表明:采动影响的下沉量随埋深减少依次递减,岩层在受采动影响后的变形为非连续性变形,与单层开采相比,重复采动会导致斜坡在水平方向的移动变形显著增大;重复采动导致斜坡发育新的裂缝和裂缝群,更容易导致软弱结构层发生破坏,坡体稳定性进一步降低;单层采动时的"变形积累-裂缝产生-扩展-闭合"动态发育过程在重复采动时会演变成"变形积累-裂缝发育扩展-发育稳定"动态发育过程。     

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。     

山体赋存煤层群开采边坡失稳规律研究

以贵州发耳煤矿山体赋存煤层群地质条件为工程背景,通过分析采动过程中山体的变形规律、坡面上的开采沉陷规律、坡角的变化规律等,研究煤层开采引起边坡失稳的规律。山体赋存条件下开采容易引起山体变形破坏、坡角增大等,导致边坡局部出现剪切破坏面进而引起边坡失稳。通过山体条件下开采边失稳规律分析,可对山体边坡安全分析评估,针对局部剪切破坏采取防治措施,保障山体赋存条件下安全开采。     

冯家塔矿区高陡坡体采动损害演化机理分析

冯家塔矿区地表沟壑纵横切割,煤层埋藏浅,在采动影响下地质灾害频发。结合冯家塔矿区的地形、地质条件,重点分析了开采沉陷导致高陡坡体发生失稳破坏的机理。分析结果表明,该矿区沟坡陡峭、地形变化大,沟坡两侧岩层风化严重、节理裂隙发育、岩土体抗压强度较低,地下开采改变了覆岩和地表边坡原始应力平衡状态,这3种因素共同构成了高陡坡体发生失稳崩塌的地形、物质和动力条件,导致了矿区地质灾害频发。     

不同倾角采动边坡移动变形特征及稳定性分析

为了研究采动对不同倾角的坡体稳定性影响,基于FLAC3D数值模拟,分析了不同倾角的采动坡体位移变形情况。运用强度折减法计算出煤层开挖前后不同倾角的坡体安全系数,并对坡体稳定性进行了分析。研究表明:坡体倾角越大,受采动影响及位移越大,不同倾角下最大垂直位移均集中在坡脚处,最大水平位移随坡体倾角增大向坡顶转移;坡体倾角越大,安全系数越低。煤层开采后,最大安全系数为30°坡体时的1.22,最小安全系数为75°坡体时的0.73。;坡体倾角大于60°时,采动坡体处于易失稳状态,应采取必要的边坡防治措施。     

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.     

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。     

急倾斜煤层重复采动回采巷道变形破坏机理与支护技术研究

针对急倾斜煤层重复采动条件下回采巷道稳定性控制难题，以典型的急倾斜煤层回采巷道为背景，采用现场实测、数值模拟和物理相似模拟实验方法，对重复采动条件下急倾斜煤层回采巷道变形破坏特征进行了分析研究。结果表明：重复采动影响下急倾斜煤层巷道围岩变形破坏具有非对称特点，其变形破坏失稳是一个复杂的时间空间问题。据此提出了“主动支护、关键部位加强控制”的支护原则，采用“强力锚杆+长锚索+W钢带+钢筋网”非对称耦合支护方式，有效地控制了巷道变形破坏，该研究成果可为解决急倾斜煤层巷道支护难题提供借鉴。     

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。     

地下转露天开采条件下某露天矿高陡边坡稳定性分析

某露天矿为地下转露天开采,在复杂工程地质条件和原地下采空区的综合影响下,露天边坡极易发生塌陷、台阶失稳等灾害,严重威胁露天矿安全生产。为研究地下转露天开采条件下某露天矿高陡边坡的岩体变形破坏规律,结合实际地质条件,利用Dimine-Midas/GTS NX耦合建立大型露天矿三维工程地质模型,并进行稳定性计算分析。分析结果表明:地下采空区顶板变形量较小,对露天矿边坡影响不大;南部强风化岩区域边坡位移量较大,边坡有向外"滑动"的趋势;开挖至-180m平台时,边坡安全系数降至临界值,并出现塑性区开始贯通坡脚现象;综合分析得出该矿山开采的临界水平为-180m平台。通过对该实例工程边坡的破坏机制分析,揭示了边坡变形破坏的主要因素,并为后续边坡治理提供理论指导。     

深部煤层瓦斯抽采钻孔变形失稳区域研究

深部开采煤层具备“三高一低”特性,抽采钻孔在深部煤层施工时及抽采过程中极易发生喷孔、塌孔等现象。采用数值模拟分析了不同部位抽采钻孔的变形失稳情况,确定了易发生变形失稳区域;根据弹塑性软化理论模型,研究了巷道围岩裂隙区和塑性区半径的变化规律,确定了钻孔位于巷道围岩内9.28 m左右区域容易发生失稳坍塌;现场实际钻孔变形失稳影响因素众多,钻孔失稳坍塌的部位亦有所不同。研究成果对钻孔失稳坍塌区域的准确防护、进而解决深部开采煤层抽采钻孔失稳坍塌问题有着重要的现场指导意义。     

急斜特厚煤层开采围岩与覆盖层破坏规律

为了再造一个山川秀美的西北地区,需要进行地下矿床开采引起围岩和地表覆盖层破坏规律,研究了急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采围岩破坏规律,提出开采过程顶煤和围岩的破坏过程大致可分为顶煤放出区,沿底坐滑区,顶板离层破坏区和煤岩滞后垮落区4个区,建立了急斜老顶狭长板模型,分析其变形破坏特征及主要影响因素,得出急斜特厚煤层开采破坏主要向煤层上方发展,地表呈串珠状塌陷坑,在老顶上方地质破坏不显著,只要对塌陷坑进行科学充填,就可实现地表绿化及城市利用。     

煤层厚度与层间岩性对上保护层开采效果的影响研究

采用数值分析的方法,建立了保护煤层开采厚度、被保护煤层赋存厚度及层间岩性对上保护层开采保护效果影响的计算模型。结果表明,当上保护煤层开采厚度增加但小于下部被保护煤层赋存厚度,或者上保护煤层开采厚度不变而被保护煤层赋存厚度增加时,保护效果逐渐增加;但当上保护煤层开采厚度大于被保护煤层赋存厚度时,保护效果基本一致。同时,当上保护煤层与下部被保护煤层间的岩层岩性越硬时,被保护煤层煤体单元的塑性变形量和应力减小量越小,保护效果越差。在实体煤岩内,岩性差异大的区域内水平应力降也较大。采空区下方不均衡分布的垂直应力的垂向挤压与水平应力的横向剪切作用,是底板煤岩体单元发生偏心失稳进而产生塑性变形和破坏的重要原因。     

煤层底板采动应力场及变形破坏特征的数值模拟研究

采用FLAC3D数值模拟软件对煤层底板下不同深度处岩体应力场及位移场分布特征进行模拟,得出了采动过程中煤层底板最大破坏深度及最易破坏位置。研究结果表明,运用数值模拟方法,可以较为全面地揭示采动条件下底板岩体的应力场、变形破坏特征及破坏范围、深度,有利于选择、优化设计方案,同时减少试验时间,提高矿井的经济效益与社会效益。     

峻德煤矿倾斜煤层开采沿空侧巷道诱冲机理研究

针对峻德煤矿倾斜煤层开采期间沿空侧巷道冲击地压频发的问题,采用现场调研、微震监测、物理相似模拟和数值模拟相结合的方法开展了研究,结果表明:倾斜煤层工作面开采期间靠近沿空侧巷道的覆岩关键层更容易破断产生剧烈动载扰动;随着煤层倾角减小,沿空侧巷道煤柱帮应力集中程度减小,实体煤帮应力集中程度增大,应力集中由煤柱帮内向实体煤帮内转移;在动静载叠加作用下导致巷道两帮煤体失稳破坏诱发冲击地压,且不同倾角煤层冲击启动区域不同。研究结果对倾斜煤层工作面后续回采阶段卸压防冲工作具有一定的指导作用。     

露-井联采下煤层倾角对边坡稳定性影响规律研究

随着我国煤矿井下支护技术和设备的快速发展,利用井工开采露天煤矿端帮呆滞煤技术也日渐完善,为了研究不同煤层倾角条件下,露-井联采叠加扰动对露天煤矿端帮边坡稳定性的变化规律,依据煤层赋存条件及开采方式将端帮边坡下煤层倾角分为水平、水平、顺倾、逆倾3种类型,采用理论推导分析井工开采对端帮边坡的破坏原理,根据安家岭露天煤矿的岩体力学参数建立数值模型,通过数值模拟方法从端帮边坡的高应力区分布、变形破坏程度和破坏范围3个方面进行研究,得出露天煤矿端帮相同开采工艺、不同煤层倾角条件下边坡稳定性变化规律。结果表明:煤层倾角越大,工作面两侧高应力区影响范围越大,合理控制开切眼位置与边坡面的距离,可避免井采高应力区对边坡稳定性的影响;端帮下煤层倾角越大,井工开采后边坡的破坏范围越大;煤层为顺倾赋存状态时的对边坡的破坏程度大于水平赋存状态,而逆倾赋存状态破坏程度小于水平赋存状态;端帮下煤层顺倾状态不利于边坡稳定,煤层逆倾状态有利于边坡稳定。