煤层开采覆岩破坏数值模拟研究

煤层开采引起的岩层与地表变形移动,可使位于开采范围内的地表水渗入井下,威胁煤矿生产安全。因此,研究覆岩破坏规律,特别是导水裂缝带的高度就显得极为重要。快速拉格朗日分析法是一种新的数值分析方法,尝试将其应用于综采放顶煤条件下冒落带和裂隙带高度的预测,基于山西省某煤矿一工作面进行模拟,并将数值模拟结果与经验公式计算数值以及实测数值进行对比分析,论证了FLAC数值模拟程序在预测煤层开采覆岩破坏状况中应用的可行性。     

煤层开采覆岩破坏与地表变形规律的数值模拟

基于研究矿区煤层覆岩的地质条件,结合数值模拟方法,研究了厚松散层薄基岩条件下不同采宽采厚开采的覆岩破坏与地表移动变形规律,得到了覆岩导水裂隙带高度随放采比及采厚增大而增大的结论,提出了该采区防水防砂技术,控制采高,加强顶板管理,为煤层的安全开采提供依据,为提高煤炭资源的开采率做出科学的分析和建议。     

多煤层开采覆岩破坏规律数值模拟及工程实践

为分析多煤层开采覆岩破坏规律,以安盛煤矿2煤8201工作面、5煤8501工作面为工程背景,采用理论方法计算8501工作面单煤层开采覆岩导水断裂带高度,运用FLAC3D软件模拟分析多煤层开采覆岩破坏规律与导水通道发育特征。结果表明:导水断裂带理论高度为65.35m,占层间距的84.87%;多煤层开采条件下,距8501工作面切眼200 m位置处产生低应力区,垂直应力峰值约为6.2 MPa,较单独开采时减小了32.6%,该区域产生大面积塑性破坏区,超过层间距77 m,覆岩产生足够长的导水通道造成水害威胁。工程实践表明:对采空区积水进行疏放后,8501工作面已安全完成回采,未发生水害事故。     

浅埋煤层过沟开采上覆岩层破坏规律数值模拟

针对安山煤矿2002工作面过沟开采地表形成的裂隙可能导致季节性流水涌入矿井造成矿井水害的问题,提出采用计算机数值模拟技术,模拟过沟开采煤层覆岩破坏的发育规律,为工作面安全过沟开采提供理论依据。     

不同间距多煤层开采覆岩破坏特征的数值模拟

基于矿区煤层赋存的地层条件,建立地质模型,进行有差分数值模拟,分析不同间距多煤层开采的沉陷特征,同时对比分析多煤层开采覆岩的位移量随间距变化的关系,揭示了不同间距多煤层开采覆岩破坏规律差异,为工程实践提供理论基础.     

应用数值模拟方法研究煤层覆岩破坏规律

田庄煤矿是设计年产量60万t的国营煤矿。为了煤炭生产的接续,提高工作面煤层的开采上限,该矿与中国矿业大学合作,根据已有资料及邻近矿井资料,用数值模拟方法分析提出了覆岩开采破坏规律,提高了煤层的开采上限。其结果安全可靠,并获得了较好的经济效益。     

数值分析近距离煤层开采覆岩破坏特征

针对上煤层开采对下煤层造成覆岩破坏的不利影响,此文以井工一矿近距离煤层4#、9#煤层作为研究对象,依照理论研究、数值模拟计算和现场实测相结合的方法研究近距离厚煤层协同开采条件下,下煤层底板巷道覆岩应力的变化特征,并实测分析了煤层底板破坏状态及关键层在节理发育过程当中的作用,继而为实现近距离煤层群的安全以及提高生产效率提供参考依据。     

基于固流耦合理论的覆岩破坏特征及涌水量预计的数值模拟

通过FLAC^3D的流固耦合功能建立了计算模型,模拟了在多含水层及海水等大型水体条件下,煤层开采过程中顶板破坏场、孔隙水压力分布以及在动态开采中水流矢量分布.并在此基础上,通过FLAC^3D内置Fish函数,计算了开采过程中工作面最大涌水量.结果表明,随着开采形成的断裂带和含水层沟通,含水层水向采空区渗入,在前方煤壁处发生突水,并计算得到工作面最大涌水量为15.5 m³/h.     

开采不同覆岩结构煤层的数值模拟

利用FLAC3D数值模拟软件,以补连塔煤矿近水平煤层为背景,对不同结构介质条件下的现代煤炭开采分别进行数值试验。结果表明:在同样强度的开采下,坚硬覆岩具有较强的抗扰动能力,工作面安全开采及地表受到的影响相对较小,而软弱覆岩抗扰动能力较弱,工作面溃沙、透水事故较容易发生,工作面安全开采及地表受到的影响相对较大;并且坚硬岩层离工作面较近时,覆岩受开采扰动影响较大。     

不同倾角煤层开采覆岩破坏规律数值模拟

通过数值模拟,分析了不同倾角煤层开采对覆岩破坏及导水裂隙带发育规律的影响。根据位移等值线图分析得出,随着煤层倾角逐渐增大其沉降位移有增大趋势;根据应力图分析可知,导水裂隙带的厚度随着煤层倾角的增大,也呈现一定程度的增加趋势。该结论为工程实践和采矿安全提供了理论依据。     

单孔岩石在孔隙水压力作用下破坏过程的数值模拟

应用岩石破裂过程渗流-应力耦合分析系统RFPA~(2 D),对单孔岩石在孔隙水压力作用下的破坏过程进行数值模拟研究。研究结果表明,孔隙水压力会降低岩石的强度,随着孔隙水压力的增大,裂纹扩展速度加大并很快进入失稳扩展阶段,此时声发射发生一次较大的突跳,将这个突跳压力称为岩石破裂过程中的失稳临界压力,通过声发射来监测临界压力可以对工程实践有一定的指导意义。     

底部含水层孔隙水压力采动波动及影响机制的试验研究

涌水溃砂是松散层底部砂土含水层和薄覆岩下煤炭开采的典型地质灾害,如能够掌握砂土层中采动水压力动态变化规律,捕捉涌水溃砂的前兆信息,将会起到灾害预警和提升开采安全水平的作用。以刘河煤矿13021工作面为地质原型,以松散层底部受开采影响的砂土含水层为研究对象,通过建立水压力监测相似模型,分析了2个分层开采过程中覆岩变形破坏特征及底部含水层砂土孔隙水压力动态变化过程,并由此建立了水压力波动与覆岩变形破坏程度之间的联系。研究认为,覆岩移动控制着上覆土体变形,每次覆岩下沉至稳定的过程中,各监测点均会出现明显水压力波动现象,远离开切眼的监测点水压力变化明显滞后;覆岩下沉量与剧烈程度控制着水压力变化幅值。     

断层对煤层开采应力分布影响的数值模拟分析

以芦岭煤矿8煤层开采为例,运用FLAC3D软件分析了断层倾向与工作面推进方向在不同情况下,断层带两侧应力分布特征的差异。工作面布设分别在断层上盘逆断层倾向推进和在断层下盘顺断层倾向推进。通过数值模拟分析得出,当逆断层倾向推进的时候(工作面位于断层上盘),随着工作面推进,在断层带上出现应力集中现象,且随工作面继续推进应力集中及影响范围呈增大的趋势,断层带起到了一个阻止应力集中向前传递的作用,应力集中于断层带及上盘上;当顺断层倾向推进的时候(工作面位于断层下盘),随工作面推进,断层带两侧先出现应力减小随后增大,继续推进应力传递到对盘,断层带应力集中程度减小,断层未能限制应力的传递。因此,可以利用此结果,为工作面及巷道位置选择提供依据,避免应力集中对巷道造成破坏,延长巷道服务年限。     

复杂采空区对工作面开采影响的数值模拟分析

基于FLAC3D数值模拟软件对复杂采空条件下的工作面开采进行模拟,分别模拟不同推进距离对工作面基本顶塑性破坏区及围岩支承压力分布的影响,得出了采动过程中直接顶初次垮落步距和基本顶初次来压步距;煤层顶板开始与上覆破坏岩层导通时的推进距离;工作面最易发生压架事故的位置。模拟结果表明,运用数值模拟方法,可以较为全面地揭示复杂采空区下基本顶塑性破坏特征及破坏范围,围岩支承压力分布特征,有利于选择、优化设计方案,根据上覆煤层的采空条件,合理布置下部煤层工作面的开采位置。     

双含水层长壁开采顶板透水的数值模拟

为了研究煤矿顶板透水机理,揭示顶板透水规律,以便为矿井开采、防治水技术措施提供设计依据,根据黄陵矿区长壁综放工作面开采技术条件和岩石力学性能等参数,建立力学模型,运用岩石破裂过程分析软件RFPA2D,对自开切眼至充分采动全过程覆岩随工作面推进时的变形、裂隙带发育、冒落情况进行了数值模拟,模拟过程中的透水量和实际检测到的透水量相吻合。     

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。     

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。     

断层对采动应力的影响数值模拟研究

为研究断层对采动应力演化控制作用及发生滑移特征,利用FLAC3D软件对断层带两盘的接触状态以库仑剪切模型的接触面单元代替,模拟随着工作面沿断层倾向和沿断层走向推进时断层接触面上法向应力和剪切应力的演化特征、断层滑移危险性演化规律。结果表明:断层面上法向应力和剪切应力的演化具有明显的时空特征,且断层面上剪切应力对采动影响的敏感性强于法向应力;当工作面沿断层倾向或断层走向推进时,开采层上方断层先于开采层下方断层"活化",开采层上方附近断层在采空区距离断层20 m时最容易出现"活化",开采层下方断层在采空区距离断层小于10 m时滑移危险性最高;相比之下,工作面沿断层走向推进时开采扰动对开采层附近断层产生的影响较工作面沿断层倾向推进时大。     

非均匀性水压对围岩致裂失稳数值模拟

在深部采矿工程中,岩溶高压水给生产带来了严重的安全隐患,利用RFPA3D软件对水压致裂进行数值模拟计算,得出了裂纹扩展不均匀的特点,同时伴随着裂纹面形成,压力升高,裂纹面将会越来越大。     

某煤矿工作面初次来压应力分布数值模拟研究

针对祁南煤矿34下4综采工作面采用7.0 m×3.0 m的大断面开切眼,利用FLAC2D数值模拟软件,对综采工作面初次来压期间的应力分布规律进行了数值模拟,得到了工作面初次来压期间工作面的垂直应力及水平应力的分布规律,可为类似工程提供一定的指导意义。