钱家营煤矿1621E工作面采动覆岩破坏特征研究

工作面开采过程中上覆岩层破坏易产生安全事故,通过数值模拟的手段,得到了1621E工作面开采后煤层覆岩的位移和垂直应力分布特征,分析得出工作面开采后,上覆岩层的最大下沉量为3.1 m,上覆岩层的垂直应力下降。     

采动覆岩“三带”移动变形及裂隙几何分形规律研究

为探究煤层开采时扰动应力对上覆岩层内巷道稳定性的影响情况,基于平煤股份十二矿己组煤层的工程地质条件,开展相似模拟试验。研究了煤层开采后上覆岩层“三带”内的位移场和应力场发展规律,并以部分段岩体为例研究了“三带”分形维数随工作面推进距离变化规律。试验结果表明,煤层开采后上覆岩层裂隙主要为纵向破断裂隙和离层裂隙,随着工作面的推进,离层裂隙逐渐成为主要的裂隙分布形式;上覆岩层“三带”的下沉量、应力测点值及分形维数与测点煤层距离密切相关,距离煤层越远,其值越小;煤层工作面开采的采动应力对位于弯曲下沉带内的巷道稳定性影响程度较小,位于弯曲下沉带内巷道的安全性可以得到保障。研究对类似矿山巷道布置具有一定参考意义。     

极近距离煤层同采工作面底板应力分布规律研究

通过力学模型的建立分析研究和数值模拟相结合的方法,对山西华苑煤业9~#、10~#极近距离煤层首采同采工作面上煤层开采后底板的应力分布规律进行研究,得出9~#煤层开采后底板的垂直应力和水平应力分布范围及峰值大小,为该矿极近距离同采工作面合理错距提供参考。     

综采工作面覆岩应力分布及运移规律分析

分析了综采工作面覆岩应力分布及运移规律,主要研究了不同工作面推进距离下上部覆岩的应力分布及上覆岩层运移规律。研究得出:随着工作面推进,产生的集中应力逐渐向煤层底板和前方扩展,支承压力的峰值点位置先增加后逐渐稳定,工作面上覆岩层逐渐垮落,垂直位移和水平位移逐渐增加,上覆岩层围岩运动的影响范围也逐渐增大。     

峰丛地貌浅埋煤层重复开采地表变形规律试验

为了揭示峰丛地貌下浅埋煤层重复开采诱发工作面覆岩破断运移、峰丛移动变形规律,以贵州典型峰丛地貌为工程背景,借助相似模拟、UDEC数值模拟及理论分析等手段,对工作面覆岩运动及地表移动演化规律进行研究。结果表明:随着煤层开采,山峰坡体左右两侧先后出现裂缝,随工作面的推进,裂缝逐渐缩小;重复开采对峰体左右两侧岩体结构破坏较小,而对内部岩体结构破坏较为严重;煤层开采结束后,采用UDEC模型分析峰体垂直应力以及垂直位移发展情况,发现垂直应力主要集中在峰体中央部分,垂直位移数值较大的区域同样为峰体中央部分;同时,在煤层开采结束后,相似模拟模型与UDEC模型均出现了一定程度的下沉情况,下沉量最大区域为峰丛山峰部分。     

基于数字散斑技术的煤层群开采覆岩运移规律试验研究

为研究缓倾斜近距离煤层群开采时上覆岩层运移及含水层水动力演化规律,防止煤层群下行开采时发生突水事故,采用流固耦合相似模拟试验、应用数字散斑技术、理论分析等研究手段对某煤矿六采区综采工作面煤层群开采后的顶板变形破坏进行研究。结果表明:(1)14~#上组煤层开采过程中,隔离煤柱能够较好地控制顶板的移动变形,15~#下组煤层重复开采时会破坏上组煤层隔离煤柱,导致顶板的变形破坏加剧;(2)煤层群开采后覆岩位移传播方向为竖直方向,同一岩层位移呈现出中间下沉量大、两侧下沉量小的盆地特征;(3)应用数字散斑技术测得14~#上组煤层和15~#下组煤层开采后覆岩位移最大影响高度分别为29.0m和32.8m,与经验公式法计算结果进行对比,观测误差分别是1.8%和5.3%;(4)工作面依次下行开采14~#煤层和15~#煤层时,K_4含水层有发生突水的危险。     

金属矿山开采过程上覆岩层应力与变形特征

采用数值分析方法, 研究了动态开采过程中金属矿山采空区覆岩在拉应力、垂直应力作用下的位移及变形破坏特征。研究发现拉应力对覆岩造成的破坏较其它应力显著, 是覆岩垮落的主导因素。分析覆岩内部垂直应力发现: 开采初期覆岩内部压应力显著, 随着开采进行, 在采空区的正上方, 压应力逐渐向拉应力过渡; 垂直应力呈“凹”形分布在采空区两端部, 其形状和应力值随采空区的增大而增大。随着工作面的推进, 覆岩下沉范围和下沉量均逐渐增大; 下沉曲线的最大下沉点, 向工作面推进方向逐渐移动; 下沉曲线的光滑程度体现了监测点在覆岩所属区域是弹性区、塑性区还是垮落区。研究结果可为矿山围岩支护提供一定参考依据。     

大平煤矿厚煤层开采覆岩应力场及位移场数值分析

为了研究大平煤矿厚煤层在开采过程中的覆岩运移特征,以铁煤集团大平煤矿S2S9工作面综采工程为研究对象,利用数值模拟手段,对其工作面采动垂直应力场及位移场特征进行分析,得出顶板内岩层垂直应力等值线分布规律,岩层下沉特征及下沉量变化规律,揭示了工作面开采完成后地表下沉及水平移动特征。     

岩层倾角对采动覆岩应力演化影响规律数值模拟

为研究岩层倾角对采动覆岩应力演化规律的影响,以西北某矿缓倾斜工作面为研究背景,建立近水平和缓倾斜煤层2种模型,采用FLAC3D模拟研究不同开采条件下覆岩应力、位移演化规律和“三带”分布特征,对比分析煤层倾角对覆岩运动的影响,为揭示缓倾斜煤层开采上覆岩层活动规律提供参考。研究表明：随着工作面不断推进,缓倾斜煤层上覆岩层垂直应力的峰值大于近水平煤层上覆岩层垂直应力的峰值;缓倾斜煤层开采覆岩位移峰值大于近水平煤层开采覆岩位移峰值;近水平煤层和缓倾斜煤层开采距采空区上方10 m左右为冒落带,近水平煤层开采距采空区上方47 m左右为裂隙带区域,缓倾斜煤层开采距采空区上方50 m左右为裂隙带区域;缓倾斜煤层塑性区域范围大于近水平煤层塑性区域范围;通过数值模拟对比分析,不能忽略煤层倾角对采动覆岩应力的影响。     

上覆煤层开采围岩变形规律研究

为了研究上覆煤层开采围岩变形规律,确保下伏煤层的安全开采,采用FLAC^3D数值模拟软件,研究了上覆煤层开采过程中煤岩体的垂直应力变化情况、煤层顶板垂直应力与工作面推进距离关系以及上覆煤层开采围岩变形特征。研究得出,随着上覆煤层的不断推进,工作面下伏煤层支撑应力呈“M”型分布;随着工作面的不断推进,下伏煤层应力形成应力恢复区、膨胀变形区和压缩区3个区。     

倾斜煤层开采地表沉陷规律模拟分析

为了研究倾斜煤层开采时地表下沉及其上覆岩层的破坏影响规律,以安阳煤矿的地质条件为原型,利用软件模拟不同倾角下特厚煤层的开采。研究表明:在工作面前端出现应力升高区,随着倾角的变大应力拱逐渐向地表延伸,拱型结构逐渐向岩层上方移动,垂直应力集中系数随倾角的变大而减小;对于倾角小于30°煤层而言,上覆岩层垮落后就地堆积;当煤层倾角大于40°时,上覆岩层垮落并向煤层下山方向移动,从而使得采空区上山方向地表下沉值增大,而下山方向地表呈相对上升趋势,由于地下岩层破坏使得地表总体呈现U型塌陷坑。     

采空区及煤柱下回采巷道合理布置位置研究

针对多煤层开采上覆煤层后采空区及遗留煤柱引起底板应力变化,对寺河二号井94313综采工作面回采巷道位置进行相似模拟研究,分析上覆岩层变形破坏对下部煤层应力的影响,为下煤层回采巷道布置位置提供理论依据。结果表明:残留煤柱下9号煤层垂直应力呈单峰值分布,距离煤柱边缘30 m以外垂直应力趋于稳定。     

煤层覆岩破坏特征对承压水上安全开采的影响

通过承压水上煤层带压开采的相似模拟试验,分析采空区内底板隔水岩层垂直方向应力分布情况及变形特征,获得采空区内底板隔水岩层垂直方向位移值的变化规律。结果表明:老顶初次来压后,覆岩裂隙带高度逐渐增加,在采空区内底板岩层表面形成的压力也逐渐增加;当底板表面形成的压力较小而无法抑制住下伏承压水压力时,采空区内底板隔水岩层垂直方向位移值随工作面推进逐渐增大。因此,在评价承压水上安全开采时,需要考虑老顶初次来压后,煤层覆岩随工作面推进时的破坏特征。     

谢一矿51采区保护层开采卸压规律数值模拟研究

文章以淮南矿区谢一矿51采区地质条件和开采技术条件为背景,建立FLAC3D三维计算模型,深入系统地研究了B9b及B10保护层分别开采情况下,临近煤层应力分布规律。研究成果表明:①保护层开采情况下,被保护层工作面垂直应力SZZ可分为卸压区、增压区和稳压区;②B9b和B10作为下保护层分别开采条件下,对于上覆B11b被保护层工作面,深部卸压效果弱于浅部;B9b和B10作为上保护层分别开采条件下,深部卸压效果优于浅部;③B9b煤层和B10煤层作为下保护层分别开采,层间距对上覆煤层垂直应力的卸压效果影响不明显,但对增压区影响显著;④B9b煤层和B10煤层作为上保护层分别开采,层间距对下伏煤层垂直应力的卸压幅度和对增压区影响显著。     

充填开采覆岩变形破坏规律研究

利用FLAC3D对唐山矿铁三区9~#煤层充填开采进行了模拟,对比研究了垮落开采与充填开采下的覆岩变形破坏特征,并结合现场覆岩钻孔探测得到的顸板离层范围及裂隙扩展进行了分析,结果表明:充填开采塑性破坏呈长条状分布,覆岩变形以整体弯曲下沉为主,与垮落开采相比,塑性区分布范围明显减小,破坏高度降低63.5%,采空区顶板下沉量减少40.9%,现场充填开采效果良好,采空区上方仅直接顶及8~#煤层范围内存在破裂区,直接顶内裂隙发育程度及岩层破碎程度随孔深增大逐渐减弱,8~#煤层以垂直裂隙为主,部分区域破碎较为严重。     

极近距离煤层群下层煤工作面巷道合理布置位置数值模拟

澄合百良旭升煤矿开采的两层煤间距很近,下煤层开采巷道布置受上煤层开采影响大。应用FLAC 3D数值软件模拟分析了极近距离煤层群下煤层工作面巷道采用内错、重叠和外错布置形式时巷道的塑性破坏、顶板垂直应力和下沉位移特征。根据模拟结果分析,采用内错布置方式时巷道的破坏范围、巷道顶板应力变化和变形量均相对较小。通过进一步的数值模拟研究,巷道的塑性破坏大小、顶板垂直应力值和下沉位移量在内错8 m内变化不大,而随着内错距离的增大,塑性破坏范围和垂直应力值等也逐渐增大。结合压力传递影响角理论,经计算应力集中在下煤层中的影响范围为4 m。得出了下煤层开采巷道合理布置应采取内错的方式,具体位置参数为内错4~8 m。     

榆神府矿区双煤层开采覆岩破坏及地面沉降特征研究北大核心

为研究双煤层开采条件下浅埋煤层覆岩破坏特征及地表沉降规律,以榆神府矿区典型浅埋煤层地质条件为基础,采用数值模拟方法,分析了6种不同工况下双煤层开采时覆岩破坏与地表沉降特征,并用物理相似模拟实验加以验证。结果表明:浅埋煤层覆岩破坏方式为全厚切落,留煤柱开采时隔水层中采动破坏呈现“泥盖效应”,不留煤柱开采时采空区两侧形成离层裂隙发育区,裂隙沿采空区两侧上方呈约45°发展;煤层开采时地表呈台阶式下沉,随着工作面推进,地表沉降中心不断前移,隔水层重量对地面沉降的影响逐渐减小,煤层厚度与地表沉降值呈正相关性;煤层开采过程中存在应力集中现象,上覆岩层中垂直应力沿煤层开采方向依次出现应力集中区、应力卸压区和应力集中区。     

寸草塔二矿31201综放工作面开采数值模拟研究

以寸草塔二矿31201工作面为背景,通过理论分析和数值模拟的研究方法,对该工作面上覆岩层的运移、采场围岩应力演化特征等问题进行深入研究分析。结果表明:煤壁支承压力峰值出现在工作面前方30 m处,峰值压力在8~9 MPa范围;开采沉降影响至地表,最大下沉位于模型中部的椭圆型区域,以此为中心向两边沉降量逐渐递减;直接顶最大下沉量5.25 m,已完全垮落在底板上,在模型中部出现"几"字状下沉区,并延伸至粉砂-细砂砾岩层。垂直应力分布规律以采空区为中心,上至基本顶关键层,下至模型底边界为应力释放区,该区域普遍应力值在2 MPa左右。而在采空区所在位置附近形成10次周期性应力释放。     

部分充填采煤法工作面煤体破坏特征及覆岩移动规律研究

为了研究部分充填开采下工作面煤体破坏特征及覆岩移动规律,本文以新桥矿为工程背景,拟通过PHASE 2D有限元软件建立相应的数值模型,研究了支承压力分布规律、工作面前方煤体塑性区发展规律、工作面顶板下沉量和覆岩移动规律.研究结果表明:工作面前方支承压力先增大再减小,最后趋于稳定,应力集中系数峰值为1.8;工作面前方燥壁破坏范围随工作面推进逐渐增大,并最终稳定在2m;工作面燥体前方直接顶的下沉量较小,而工作面煤壁后方直接顶的下沉量较大,直接顶下沉量最大为22 mm左右;覆岩垂直位移随工作面推进距离增大而增大,最大垂直位移为66mm左右.     

煤层群开采覆岩运移规律及“三带”高度确定

为研究煤层群开采条件下覆岩移动规律及“三带”分布范围，基于神东布尔台煤矿42106工作面概况，采用相似模型物理实验方法模拟了2^-2煤及4^-2煤2层煤先后开采的覆岩移动变化特征，分别就覆岩垮落特征、应力变化、岩层下沉量3个方面进行了对比分析。结果表明：上煤层工作面开采结束后，覆岩破坏程度整体较低，应力峰值主要存在工作面超前影响区域，存在块体铰接等现象；下层煤开采后裂隙带与上层煤采空区沟通，导致复合煤层采空区的断裂带远大于上煤采后的断裂带，应力相比上煤层整体较大，且顶板下沉量显著增大，覆岩历经离层、离层增大，最终闭合3个阶段。通过观测点数据测量确定了42106工作面“三带”高度，并在现场进行钻孔监测，验证了相似物理模拟结果的合理性。