煤层底板采动裂隙演化规律数值模拟

采用RFPA2D和FLAC3D软件对龙门二1煤层底板岩体受采动影响的最大破坏深度及发育规律进行了数值模拟研究,并将煤层底板破坏深度的经验公式计算结果与数值模拟结果进行了对比。结果表明,数值模拟与经验公式计算结果基本一致。     

浅埋煤层导水裂隙带发育规律的数值模拟研究

为研究煤层开采对其覆岩含水层的影响情况,通过RFPA2D数值模拟软件,分析了神东矿区补连塔煤矿31401综采工作面采动过程中覆岩的运动规律和导水裂隙的发育情况。结果认为补连塔煤矿31401综采工作面开采过程中,其第三含水层与其上下的砂质泥岩和粉砂岩形成了复合隔水关键层,能够有效保护上面的第一、二含水层,防止地下水资源的流失。     

煤峪口矿81010工作面煤层底板裂隙发育特征及防治

针对煤炭开采过程中出现的突水事故,采用RFPA数值模拟软件建立采动模型,对底板裂隙破断过程和声发射进行模拟,研究煤层底板采动裂隙扩展突水通道,结果表明:离断层越近,断层内水压导升高度越高,断层出现活化,裂隙扩展发育,最终贯通形成导水通道,在进行注浆改造后,单个钻孔的最大涌水量为8 m³/h,说明注浆加固防治水效果较好,能确保工作面的安全回采。     

综放采场支承压力对覆岩裂隙发育规律的影响机理研究

煤体采动后采场原有应力平衡被破坏,工作面前方支承压力动态变化,引起采场上覆岩体失稳变形直至破断,形成采动应力降低区以及采动裂隙场。通过RFPA有限元法再现了综放工作面开采过程中上覆岩层裂隙时空动态演化特点,并得出工作面前方支承压力及裂隙发育高度的量化数据。综合考虑相似模拟实验数据,以期为高位瓦斯抽放巷的合理布置提供参考依据。     

带压煤层开采底板裂隙发育深度综合研究

为了分析带压煤层开采底板岩体破坏规律,选择成庄矿为工程现场,通过对其不同深度主采煤层底板采动破坏情况经行数值模拟,以及对工程现场底板裂隙实际发育深度的注水试验探测,综合研究带压煤层开采底板裂隙演化规律。结果表明:煤层埋深与煤层采厚对底板裂隙的发育影响不大,工作面宽度与底板岩性为主控因素,另外,工程试验对数值模拟结果的验证,证明数值模拟可作为一种研究带压煤层底板裂隙发育深度的可靠手段。     

底板隐伏断层采动活化突水的断裂力学分析

为研究含隐伏断层煤矿底板采动突水发生的力学机理,根据底板隐伏断层赋存的实际特征,建立力学模型。利用断裂力学理论分析方法,研究了工作面推进过程中,在采动应力和承压水压力联合作用下底板突水通道形成的过程。获得了隐伏断层活化突水的力学判据,并分析了影响突水的主要因素。结果表明:临界水压力q是底板突水的必要条件,主要受到隐伏断层长度a、倾角β、支撑压力Q、底板厚度h等因素的影响,而当分支裂纹扩展长度达到一定值,使得有效隔水层厚度不足以抵抗采动应力和承压水压力的作用时,能够满足底板突水的充分条件。根据实际工作面工程地质条件,采用数值模拟方法对底板破坏过程中的底板应力变化和渗流情况进行了分析,使理论分析得到验证。     

煤层覆岩裂隙带高度预测的数值模拟-安全系数法

通过岩石力学试验,获得模拟所需的材料物理力学参数,经过损伤参量校正建立合理的数学模型,运用FLAC进行数值仿真模拟,并对模拟结果使用安全系数的方法进行开采覆岩裂隙带高度预测,可以得到真实可靠的参考资料,而且可以大大降低生产成本.     

底板裂隙型突水机理三维数值模拟研究

 永夏矿区矿井生产受到太原组灰岩水的严重威胁,特别是底板裂隙引起的灰岩突水更是严重影响矿井安全生产和经济效益。根据裂隙切割底板隔水层引发突水的情况,把底板裂隙突水分为导通式裂隙突水和递进导升式裂隙突水两种类型,并利用Flac3d软件对这两种类型的突水机理进行了模拟研究,为底板裂隙突水的防治提供了一定的理论依据.     

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。     

近距煤层开采覆岩导水裂隙带高度观测研究

为了提高崔庄煤矿近第四系松散层条件下33上01,33下01工作面的开采上限,在确保安全生产的前提下,采用井下打仰上孔测漏水量方法、经验公式预计和数值模拟方法,开展了单独开采3上煤与3上,3下两层煤全采后上覆岩层导水裂隙带高度的研究工作.实测单独开采3上煤与3上,3下两层煤全采后上覆岩层导水裂隙带高度为59.59 m和66.0 m;经验公式预计两值为47.1 m和50.8 m;数值模拟计算两值为53.21 m和62.3 m.将实测数据与经验公式预计及数值模拟结果进行了对比分析,仅采3上煤与3上,3下煤全采,上覆岩层冒落带高变化不大,导水裂隙带高增加不超过10 m,研究表明本次实测的结果可靠.     

极近距煤层矿压显现强度的间距影响规律研究

为分析浅埋近距煤层下工作面在通过上层采空区和遗留煤柱时矿压显现机理,合理确定支架支护阻力,对浅埋深、近距条件下煤层开采矿压显现强度变化规律与工作面支架阻力确定问题进行了探讨。结果表明:随着层间距的增大,支架阻力逐渐减小;当层间距小于15 m时,层间距变化对该工作面矿压显现变化影响较大;当层间距大于15 m时,层间距变化对该工作面的矿压显现变化影响较小。在采空区、煤柱与实体煤层下矿压显现呈现不同规律:采空区下来压步距9.8 m,最大工作阻力10 920 k N,动载系数1.3;煤柱下来压步距10.8 m,最大工作阻力11 065 k N,动载系数1.35;实体煤下来压步距12.2 m,最大工作阻力10 742 k N,动载系数1.39。     

煤储层压裂裂缝导流能力计算模型及应用

裂缝导流能力是影响煤层气井产能的重要因素之一,除实验研究裂缝导流能力外,还需应用数学方法建立裂缝导流能力计算模型,实现对裂缝导流能力快速有效的评价。以Carman-Kozeny公式为基础,建立了不同条件下的煤储层裂缝导流能力计算模型,分析了支撑剂尺寸、铺置层数、闭合压力与裂缝导流能力的关系。结果表明:支撑剂粒径越大,铺置层数越多,裂缝导流能力越大;闭合压力与裂缝导流能力呈现负相关关系;相同闭合压力时,支撑剂多层铺置的导流能力明显大于单层铺置时的导流能力。建议在压裂前期,使用较小粒径的支撑剂,使裂缝延伸更长;后期尾追较大粒径的支撑剂,提高近井地带的导流能力。     

近距离煤层群顶板结构及破断模型分析

通过对近距离薄煤层群不同间距下层间顶板破断情况进行分析,根据顶板厚度将近距离煤层群顶板结构分为3类：散体结构顶板、块体结构顶板及板式结构顶板。建立了不同顶板结构下的3DEC数值模拟模型,分析了不同推进距离下顶板位移及应力分布情况。模拟结果表明：散体结构顶板破坏时为散体破坏,不具有承载能力;块体结构顶板破坏时为块体破坏,表现出一定的承载能力,矿压显现不明显;板式结构顶板破坏时为板式破坏,具有较强的承载能力,并具有初次来压及周期来压特点。对官地煤矿3318工作面矿压现场实测,3318工作面直接顶初次破断来压步距约为22.3 m,平均周期来压步距约为19.8 m。实测结果与数值模拟结果相吻合,表明3318工作面顶板为板式结构。     

考虑启动压力梯度的低渗透煤层瓦斯渗流耦合模型及应用

低透气性煤层瓦斯低速渗流时具有非Darcy渗流的特征,为揭示非Darcy渗流现象的渗流机理,开展了包含非Darcy渗流现象的瓦斯渗流与煤岩变形耦合作用规律研究。根据低透气性煤层瓦斯渗流特征,考虑启动压力梯度作用下的非Darcy渗流规律,研究游离瓦斯渗流、吸附瓦斯扩散流动机理和煤岩变形等过程,建立含启动压力梯度的渗流耦合模型,并利用该模型开展本煤层预抽钻孔数值模拟研究,结果表明,考虑启动压力梯度的模拟结果更符合低渗透煤层瓦斯运移规律,依据模拟结果布置井下钻孔,工作面预抽钻孔抽采瓦斯量为1.09 m³/t,抽采效果理想。     

基于损伤力学理论的脉冲压裂模型及模拟研究

脉冲压裂是一种新型的压裂增透技术,具有起裂压力低、压裂区裂纹扩展效果好等优点,更适用于非常规气体开采。首先,基于损伤力学理论和流固耦合理论建立了脉冲水压致裂的力学模型及其数值求解方法;其次,通过与已有实验的对比验证了本文所建压裂模型及其数值求解的正确性;最后,通过数值模拟初步研究了脉冲压裂频率、煤岩体力学参数(Biot系数)对压裂效果的影响机理。结果表明:1)脉冲角频率对最终裂纹扩展形态及扩展面积的影响较小,并非频率越大对压裂越有利;2)裂纹长度随Biot系数增加而增长,Biot系数对压裂效果的影响显著。     

深部“三软”煤层巷道锚杆支护机理及应用

文章从锚杆支护机理入手 ,提出了极限平衡区宽度概念 ,阐述了锚杆支护参数选择依据 ,制定了实施方案 ,并对不同支护形式进行了综合经济效益分析。     

近距离煤层开采导水裂隙带发育高度数值模拟研究

为解决邵寨煤矿2号、5号煤层重复采动面临的覆岩破断及两带发育高度问题,以及研究此情形下导水裂隙带演化规律,运用数值模拟计算方法,采用3DEC数值模拟软件,通过对近距离煤层条件下工作面的回采进行模拟实验,获得导水裂隙带的演化趋势,以及工作面回采结束后的两带最终发育高度。模拟结果表明,导水裂隙带高度沿工作面倾向是从零开始逐渐增加的,最终当工作面回采360 m时,导水裂隙带高度增加至100 m,而走向导水裂隙带初始为煤2层采动造成的高度为78 m,随着煤5层的回采导水裂隙带高度保持不变,当工作面回采至220～260 m时向上延伸至100 m,随后继续保持稳定,导水裂隙带最终发育高度为100 m,贯穿了延安组岩层达到安定组岩层但并未到达洛河组含水层,可以保障井下的安全生产。     

潘一东矿近距离煤层上行开采围岩裂隙演化规律模拟研究

结合潘一东矿深部煤层开采的具体工程地质条件,运用相似模拟、数值模拟相结合的方法,分析研究了深部煤层上行开采过程中,岩层破坏断裂、裂隙演化及下沉变形特征,进一步分析了岩层下沉变形曲线与岩层断裂、裂隙发育和受力状态的关系。研究表明:下煤层和上煤层开采过程中,岩层裂隙富集区主要分布在切眼向采空区内一定距离斜向上一定距离范围内和煤壁向采空区内一定距离斜向上一定距离范围内的岩层中;采空区正上方岩层经历一个裂隙产生、扩展、闭合的演变过程;下煤层开采时,煤壁处岩层断裂角小于切眼处;上煤层开采时,煤壁处岩层断裂角随两煤层工作面位置不同,经历一个先增大后减小的过程;岩层整体下沉曲线斜率不同区域与岩层裂隙发育情况及受力破坏状态是有密切联系的。     

重复采动影响下采场底板隔水层裂隙演化规律试验研究

我国华北型矿区均受石炭二叠纪煤系底部的太灰、奥灰强含水层影响。为分析带压开采过程中,受采动应力及水压双重作用下,煤层底板隔水层承载变形特征及其破坏机理,设计了承压水自动加载系统,通过物理模拟试验再现底板隔水层重复采动影响下裂隙萌生、扩展、贯通等破坏失稳过程。明确底板不同层位的裂隙分布及其形成机理,并通过全场位移监测系统得出底板岩层移动变形规律及位移分区特征。     

低透气性煤层脉动注水增透机理研究及数值分析

为了有效提高低透气性煤层渗透率,提出脉动注水增透技术,从微观机理上对脉动注水原理和疲劳裂纹起裂扩展过程进行了研究。在充分考虑有效应力以及滑动摩擦力的基础上,结合 Ⅰ-Ⅱ型裂纹断裂判据,首次计算得到考虑影响因素较全面的煤体原级裂纹起裂的临界裂隙水压计算公式;通过将分支裂纹力学模型简化为悬臂梁模型,计算得到适合分支裂纹起裂扩展的裂隙水压范围。通过FLAC3D内嵌FISH程序语言编写脉动注水函数,实现了对裂纹尖端裂隙水压变化趋势以及裂纹扩展规律的数值模拟,模拟结果表明原级裂纹起裂扩展临界裂隙水压为13.1 MPa,分支裂纹初次起裂扩展水压为12.91 MPa;裂纹扩展半径在水平方向为3.6 m,竖直方向为2.3 m。现场试验表明脉动注水压裂增透效果明显优于普通注水压裂增透效果。