坚硬顶板断裂过程的数值模拟

本文给出了采用数值模拟方法研究开采过程中坚硬顶板断裂过程的原理，并对大安山矿７０２工作面的老顶来压规律及顶板垮落、断裂破坏过程进行了数值模拟研究，模拟结果为该矿的顶板管理提供了科学依据     

复采区顶板断裂数值模拟研究

针对圣华煤业3~#煤旧采区存在遗留空巷和煤柱特点,对其回采过程中顶板初次断裂和周期断裂边界条件进行了探讨,并根据薄板理论,把顶板依据不同边界条件形式对顶板断裂过程进行了数值模拟。分析出了顶板在承受上部载荷以及采空区煤柱支撑作用下薄板断裂的特征,以及在顶板初次垮落和周期垮落过程中的裂纹发展规律,对后期工作面顶板支护提供了相应的理论基础。     

综采工作面导硐法过顶板破碎带工程实践研究

结合贺西煤矿8307综采工作面在推进过程中出现大面积冒顶、顶板超前断裂,造成工作面不能正常回采的条件,运用数值模拟方法对贺西煤矿8307综采工作面顶板的运动规律进行分析,并根据研究结果提出使用导硐法通过顶板破碎带,并提出具体支护设计。结果表明,破碎顶板得到有效控制。     

下行通风瓦斯运移规律及瓦斯抽放技术研究

采用RFPA2D数值模拟软件对东庞矿21101工作面煤层顶板冒落规律及裂隙特性进行了数值模拟,利用模拟结果分析采空区顶板产生裂隙、断裂、冒落和离层情况及其变化规律。采用Fluent数值模拟软件对下行通风工作面采空区瓦斯运移及分布规律进行了模拟研究。在此基础上对21101工作面高位钻孔参数进行了优化设计,并对抽放效果进行了考察分析。验证了下行通风工作面瓦斯运移规律研究的准确性及高位钻孔设计的合理性。     

煤层间距对采空区下顶板运动规律影响特征分析

为了尽可能地避免上、下采空区的贯通,采用了数值模拟的方法,针对不同煤层间距下,随着采空区下工作面的不断推进,研究上覆岩层的离层空间、动压显现特征以及"三带"裂隙高度。模拟结果表明,随着煤层间距不断增加,在工作面上方顶板岩层中的拉伸破坏单元逐渐的增多,加剧了采空区下坚硬顶板的垮落和断裂,同样减小了顶板的断裂步距。     

采场顶板初次断裂位置及其影响因素

通过采用Winkler弹性基础理论、UDEC数值模拟和实验室相似材料模拟方法,研究了邻近岩层约束作用对顶板断裂位置的影响。研究得出:单梁模型由于没有考虑覆岩的约束作用,其分析结果与实际存在较大差别;煤壁塑性区的存在是顶板超前煤壁断裂的前提,但由于受覆岩约束的影响,断裂位置通常并不与弹塑性分界重合,也不与离层起始点重合,其间关系受岩梁刚度、煤层刚度、层间黏结力大小影响;顶板刚度越大,断裂位置越靠近弹塑性分界点,顶板刚度越小则越靠近煤壁;层间黏度越大,断裂位置越靠近煤壁,甚至出现在煤壁后方。     

坚硬顶板断裂震源模型及应力波远场震动效应

煤矿开采过程中坚硬顶板断裂产生的冲击震动效应具有极大危害,为研究坚硬顶板断裂引发的远场震动效应,重点考虑煤矿特征尺度下坚硬顶板断裂裂纹扩展速度,分析了顶板断裂过程动力学演化特征,基于地震学位错震源理论,推导了坚硬顶板断裂滑移时空分布函数,建立了适用于分析煤矿特征尺度下坚硬顶板断裂过程的震源模型。以义马矿区千秋煤矿21141工作面巨厚砾岩层为例,基于该震源模型采用MATLAB和ANSYS/LS-DYNA软件模拟分析了坚硬顶板断裂产生的震动位移场幅值和震动能量。结果表明:新的震源模型可用于定量描述采场坚硬顶板断裂产生的远场震动效应。研究成果能够用于对顶板断裂冲击震动效应进行灾前评估,同时为深入揭示顶板扰动型冲击地压动力学机理提供了理论依据。     

炭窑坪煤业100203工作面覆岩破坏规律研究

为了获取炭窑坪煤业100203工作面覆岩破坏规律，采用理论计算与数值模拟的方法，对覆岩破坏进行研究。通过UDEC数值模拟软件模拟了100203工作面开采顶板破坏情况，模拟结果显示：随着煤层开挖顶板破坏高度的增加，煤层顶板最大塑性破坏高度为75 m，导水裂隙带发育高度预计经验公式得到的数值74.69 m相近，在数值模型中K5砂岩含水层在顶板开采扰动破坏范围内。实际地质环境中煤层顶板至K5砂岩含水层存在波动，模拟结果顶板破坏高度75 m会对顶板K5砂岩含水层产生破坏。     

特厚煤层开采坚硬顶板覆岩结构及其演化特征分析

特厚煤层开采形成了大空间采场，坚硬顶板断裂扰动波及范围广，工作面来压具有强矿压特征，尤其当煤层顶板“见方”开采期间，采场矿压作用更加强烈。据此，采用现场实测和物理三维相似模拟方法，探讨了特厚煤层开采覆岩扰动高度及坚硬顶板断裂特征。首先基于现场实测研究分析了覆岩破断失稳规律，实测结果表明，特厚煤层开采过程中，煤层顶板存在超前断裂现象。伴随工作面的推进，顶板初始运动主要是围绕断裂线近区基点旋转下沉，滞后工作面一定距离；地表岩移观测结果表明，特厚煤层顶板分层构成顶板群组并产生组合运动，具有层位运动特点，且伴随工作面推进，层位顶板运动存在阶跃现象。基于地表裂缝形态及钻孔多点岩移观测反演，揭示了特厚煤层开采过程中的顶板断裂及运动特征，认为特厚煤层开采覆岩扰动高度大，坚硬顶板断裂具有转向特征，伴随煤层开采推进，由低位顶板层位的横向“O-X”断裂逐渐向高位硬岩的纵向“O-X”断裂转向；特厚煤层坚硬顶板开始发生断裂转向的临界位置即所谓的煤层开采“见方”区，合理解释了工作面开采的“见方”来压现象；高位顶板纵向断裂尺寸大，扰动影响范围广，是诱发采场强矿压的主要因素，确定了特厚煤层采后覆岩“低-中-高”层位...     

大采高采场切顶卸压小煤柱护巷技术研究与应用

为解决大采高工作面强动压影响工况条件下小煤柱沿空掘巷维护难题,以阜生煤矿1102大采高工作面1106沿空掘巷为研究对象,采用理论分析、数值模拟及现场实测的方法,研究采空区侧顶板断裂对小煤柱护巷围岩稳定性的影响.建立了沿空掘巷侧向顶板断裂及煤柱载荷计算模型,得到煤柱载荷与采空区顶板断裂角呈线性递增的关系;基于切顶卸压沿空...     

沿空留巷顶板断裂规律数值模拟分析

结合葛泉矿1528工作面运输巷的工程条件,在关键层理论研究成果基础上,通过计算机数值模拟的方法,建立了反映岩层基本特征的力学模型,研究了留巷上方顶板断裂的应力特征、变形特征、破坏特征。采用正交试验法对老顶断裂影响因素进行数值模拟,并对其进行影响分析和排序,从而确定了影响次序。     

顶板深孔爆破防治小煤柱冲击地压研究

以巴彦高勒煤矿1202回风巷小煤柱区域为研究对象,采用数值模拟、理论分析、钻孔窥视等方法,研究小煤柱区域应力分布状态及顶板断裂结构特征。对煤柱侧顶板卸压机制及其断裂结构进行了分析,结果表明:采空区顶板的断裂能够实现应力的转移和释放,较断裂前垂直应力降幅达32. 0%、应力峰值位置向实体煤侧偏移4 m,同时有效降低了拐角煤体与其他区域的应力差值。划分了小煤柱侧顶板断裂类型,结合全断面窥视结果,确定出深孔爆破技术治理煤柱侧坚硬顶板的爆破参数。顶板治理措施实施后,巷道变形量得到有效控制,降低了小煤柱区域冲击地压危险程度。     

寺河矿采场覆岩结构及运动规律数值模拟研究

应用"关键层"理论与离散元数值模拟相结合,研究寺河矿大采高综采采场覆岩结构及运动规律,结果表明,顶板离层量的增加、顶板断裂线的前移是大采高工作面覆岩运动的两个特征.     

坚硬顶板定向断裂强制放顶技术研究及应用

坚硬厚顶板下安全高效采煤问题是我国煤矿开采中遇到的主要问题。为解决坚硬顶板难以垮落,容易造成顶板事故等,对霍州矿区煤层顶板K₂灰岩进行了现场取样,并通过LS-DNYA程序软件,对该顶板进行了定向断裂爆破模拟研究。在理论研究与数值模拟的基础上,确定了现场实施方案,由现场试验结果可知,采用切缝药包、扇形布孔以及预先对顶板进行弱处理,可以使顶板及时垮落,避免动力学灾害的发生,不仅保障人员和设备的安全,还为其他矿井坚硬顶板的弱化处理提供了借鉴。     

顶板断裂机理的离散元数值方法研究

在总结分析我国顶板断裂方面研究成果的基础上，采用离散元数值计算方法，分析了回采工作面顶板的受力变化及破断位置的变化规律，验证了采场压力分布的拱式效应，提出了动态拱、稳定拱等概念，解释了顶板断裂机理。     

经纺矿3-802工作面过空巷矿山压力分析及防治措施

针对经坊矿3-802工作面回采过程中受遗留空巷的影响,采用理论分析的方法对空巷与顶板断裂线的位置关系下的变形特征进行分析,认为空巷在顶板断裂线下时,变形最为剧烈。通过FLAC^3D数值模拟研究工作面推进不同距离下,空巷与工作面间的煤柱的应力分布规律及空巷围岩塑性破坏特征。结果显示：工作面离空巷越近,煤柱叠加应力越大,空巷的塑性破坏越严重,严重影响工作面前方顶板的稳定性。据此制定了工作面过空巷时临时支护方案及顶板、瓦斯安全防治措施。     

杜儿坪矿8#煤层顶板两带高度数值模拟研究

基于岩体力学特性及其变形破坏准则,运用FLAC3D数值模拟分析手段对杜儿坪矿68303综采工作面开采过程中顶板应力状态、破坏形态及采动垂直应力变化幅度进行了研究,通过提取顶板拉剪破坏、塑性变形及采动垂直应力变化较大幅度等区域的数据信息,分析推定了顶板两带发育高度。数值模拟与现场测试结果对比分析表明,数值模拟应力状态、破坏形态及采动垂直应力变化幅度等特性的分析结果基本能反映顶板两带的形成机理及高度范围,表明数值模拟分析手段可以作为综采工作面两带高度研究的有效方法。     

顶板破坏过程的数值模拟

运用岩石破裂过程中流固耦合分析F-RFPA2D系统,对回采过程中顶板的破坏过程进行数值模拟研究,得到了顶板由变形到破坏的全过程及其破坏的规律。     

综采工作面长度对周期来压步距的影响分析

结合采场顶板老顶断裂特点及数值模拟,运用弹性薄板理论构造采场老顶在周期断裂时的变形挠度方程,推导出采场顶板周期来压步距理论计算公式,通过工程实例验证了公式的正确性,研究成果可为煤矿采场工作面周期来压步距预测提供参考。     

大倾角厚煤层顶板破断规律的数值模拟研究

为了研究大倾角综采工作面顶板破断及矿压显现规律,采用UDEC2D数值模拟软件建立了沿工作面走向和倾向的数值分析模型,模拟了工作面开采过程中的顶板破断和矿压显现规律及围岩应力分布特征,可为类似煤层开采提供参考.