水力耦合作用下煤岩渗流动态演化规律

为探究煤层注水时水在煤体中的渗流演化规律,采用实验室试验与数值模拟结合的方法,开展了地应力及孔隙水压力耦合作用下煤体结构变形及渗透率演化规律试验,并建立了水力耦合下体积变形演化数学模型,基于UDF二次开发进行了煤岩注水渗流动态演化数值模拟。研究结果表明:煤岩孔隙率变化受应力与水压共同作用的影响;煤岩轴向变形量与水压分布由上至下呈递减式传递,体积变形与轴向力、孔隙水压大小成正相关;孔隙水压为赋存于孔裂隙的自由水提供渗透动力,并对煤岩基质骨架产生力学作用,水压越大,煤岩基质骨架越容易破坏;采用UDF程序加载渗透性试验结果对孔隙率随孔隙水压变化进行拟合的结果更接近试验结果,误差较小,对于研究煤岩渗流规律可以提供一定的参考。     

平行工作面煤壁断层的采动应力演化规律研究

文章分析了平行工作面煤壁断层的采动应力转移特征,采用UDEC4.0软件对正断层情况下工作面从断层下盘向断层推进过程中工作面超前支承压力的变化进行研究。     

基于UDF的煤层注水渗流演化规律的数值模拟研究

为了更好地揭示煤体高压注水渗流演化规律,提高煤层注水抑尘效果;基于三轴压缩和煤矿生产实际,通过煤岩渗透性试验得到煤岩变形与孔隙水压匹配关系;利用用户自定义函数UDF模块将其编译到Fluent中对钻孔注水过程中的流体压力场、速度场及水量分布情况进行模拟,分析不同注水压力下钻孔径向周围煤体内润湿范围以及渗流速度等因素。结果表明：渗流场压力随着孔隙水压的增大而增大,压力变化率随着时间段的增长逐渐降低并趋至稳定,渗流场速度变化展现出相似的变化规律;随着孔隙水压的不断增大,煤体孔隙率随之增大,煤体内部含水率逐渐升高,分布范围从钻孔周围逐渐向两侧扩大,煤层钻孔周围的润湿过程是一个快速增长后缓慢降低达到稳定的状态。     

大倾角煤层孤岛工作面采动应力演化规律研究

为指导大倾角煤层孤岛工作面矿压防控,以王家山煤矿203工作面为工程背景,通过数值模拟和现场实践,揭示该类孤岛工作面采动应力演化规律及冲击危险性。结果表明：在北部采空区、小窑破坏区和东部采空区的耦合影响下,203工作面回风巷侧采动应力集中程度高于运输巷侧;203工作面周围煤岩体存在顶煤和底煤双剪切带,导致顶板侧顶煤在重力作用下易于破碎放出,而顶板侧底煤的应力集中程度进一步加剧。基于采动应力集中系数K的分区结果和现场钻屑监测,203工作面回风巷是矿压防治的重点区域。提出综合大直径钻孔卸压和煤体卸压爆破的分级解危措施并在现场实施,解危效果显著。     

基于应变软化模型的煤柱采动应力分布精细化数值模拟

以山西经坊煤业08综放工作面工程地质条件为背景,开展了工作面护巷煤柱采动应力的现场钻孔应力实测;同时,分别建立了基于摩尔-库伦(MC)本构模型以及应变软化(SS)本构模型的数值计算模型,精细研究了综放工作面煤柱采动应力空间分布及演化规律。现场钻孔应力监测及数值模拟结果表明：与传统的MC模型相比,基于SS模型的精细化数值模拟能够准确地获得综放工作面煤柱采动应力空时分布规律,其结果更接近于现场钻孔应力监测结果;基于SS模型的煤柱上的支承压力峰值位置滞后工作面40-50m,而基于MC模型煤柱采动应力峰值位置始终处于采空区中部,不能反映采空区顶板垮落破断对采动应力分布规律的影响;基于SS模型的煤柱上的侧向支承压力与工作面前方的超前支承压力分别相比基于MC模型的结果小43.3%与26.2%。研究成果对于指导综放工作面护巷煤柱尺寸留设以及巷道布置与支护设计具有一定的理论与工程指导意义。     

采动应力场控制下的冲击地压机理分析

根据某矿发生冲击地压实例,采用数值模拟方法,应用有限差分软件FLAC3D对发生冲击地压的应力原因进行研究。数值模型建立后,研究随工作面2的分步开挖,受工作面1采空区影响的联络巷附近区域的应力分布规律,结果表明:由于工作面1采空区的存在,在工作面2回采246m后,其超前支承压力与工作面1的采空区引起的支承压力在距联络巷20～50m处相互叠加,最大应力集中系数达1.8,如此大的应力集中为此处发生冲击地压的应力原因。     

断层下盘一侧采空工作面采动应力分布及其演化规律

以赵楼煤矿断层下盘一侧采空的11303(东)工作面地质条件为背景,采用FLAC~(3D)软件模拟分析了断层下盘工作面背向断层推进时,断层煤柱应力、工作面中部及采空侧端头超前支承应力演化规律。研究表明:工作面推进小于120 m时,断层煤柱应力集中程度逐渐增大,随工作面继续推进,断层煤柱集中应力变化不大。工作面推进小于80 m时,工作面中部超前支承应力峰值逐渐增大,而超过80 m后应力峰值变化不大。工作面采空侧端头受采动及相邻采空区影响,超前支承应力远大于实体煤侧,且在推进170 m时支承应力峰值达到最大。     

采动应力-裂隙动态演化规律的数值分析

采用可以模拟连续及非连续介质出现变动响应的离散元软件对采动围岩的应力和裂隙进行了分析。结果表明:采动应力变化在时空上和采面的距离和煤岩层间距有关,完全开采前近煤层应力变化为对称"V"型-非对称"V"型-"W"型,远煤层应力变化为对称"V"型-非对称"V"型;采动裂隙是采动应力变化的显现,裂隙的发育与采动应力集载和卸载频度有关,在煤层上方15³0 m应力幅度变化大,裂隙密度大、持续时间长,是理想的瓦斯抽放位置。     

高位硬厚岩层下重复采动应力演化规律

以某矿6302工作面为背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测等方法研究了对硬厚岩层下煤层重复采动的应力演化规律。研究结果表明:在多煤层重复采动过程中,下层煤的卸压边界角随着推进步距的增大,先增大后趋于稳定,2层煤之间岩层间隔起到了隔板的作用,下层煤上方的集中应力由于层间岩层的影响发生衰减。这一趋势随层间岩层厚度增加,衰减系数减小,相同岩层厚度情况下,岩层硬度增加,衰减系数越小。     

断层附近回采工作面采动应力分布规律研究

为了保证断层附近回采工作面的安全生产,必须了解该断层对工作面的采动应力分布规律。通过数值模拟,分析研究断层附近的回采工作面采动应力分布规律。结果表明:断层的存在不仅影响到应力峰值,而且影响到支承压力分布形式和分布范围,使得应力峰值向煤壁转移,应力分布范围减小。     

工作面坚硬顶板水力压裂对采动应力影响的数值模拟研究

水力压裂技术已经广泛在煤矿应用于处理工作面坚硬顶板问题,但其卸压机理并不十分明确.采用ELFEN数值模拟方法研究工作面坚硬顶板水力压裂处理对采动应力的影响,探讨卸压机理.数值模拟结果显示:对工作面顶板的水力压裂处理,主要是弱化顶板的完整性,使其在工作面推进后能够及时垮落,这种局部垮落,虽然不会显著影响支承压力分布特征,...     

大倾角采场合理采长的数值模拟研究

以平煤集团香山矿戊9-0-22090工作面的地质条件为依据,应用RFPA2D及FLAC3D数值模拟软件,对大倾角采场应力场分布随采长变化的规律进行了数值模拟分析,为大倾角煤层合理增加采长提供了一定理论依据.     

断层落差影响下的采动应力演化规律数值模拟

为研究断层落差影响下的采动应力演化情况,构建了断层力学模型,以逆断层为例分析断层附近支承压力分布状态,研究断层面应力状态;利用FLAC^3D数值软件模拟了2 m、5 m、7 m、10 m断层落差条件下的采动应力情况,并且每种断层落差下设置10 m、20 m、30 m、40 m、50 m煤柱。研究发现：断层落差对应力集中具有明显作用,另外,煤柱尺寸对于应力集中程度也具有不可忽视的影响。     

采动应力作用下深井巷道围岩稳定性分析与控制

以某矿千米深井巷道为原型,通过数值模拟研究,对采动应力作用下的巷道围岩破坏特征进行了分析,并对锚杆支护参数进行了优化研究。通过加强支护和改变局部锚杆支护参数,可以有效控制巷道围岩的变形,提高其整体稳定性。     

不同断层倾角下采场冲击危险性数值模拟研究

以红岭煤矿F505正断层为工程背景,采用理论分析、数值模拟方法,对不同断层倾角条件下沿断层走向回采采场的冲击地压危险性进行分析,比较了不同断层倾角条件下采场的冲击危险程度及诱发因素。研究结果表明：随着断层倾角的增大,上、下盘工作面采空区断层煤柱应力集中程度明显增加,其中,下盘断层煤柱应力集中程度增加更明显;工作面超前支承应力分布呈现非对称性,且断层侧应力峰值更高;下盘工作面回采的基本顶位置断层滑移量明显大于上盘工作面回采的断层滑移量,断层倾角越小,基本顶位置断层滑移量越大,采场容易发生动载型冲击事故。提出了工作面不同开采条件下采场冲击地压的防治措施,可为断层影响区域工作面的安全回采提供指导。     

千秋矿综放面巨厚悬空砾岩层采动应力分布特征数值模拟研究

利用离散元软件UDEC4.0对千秋矿21141综放工作面在巨厚悬空砾岩层下的采动应力分布进行模拟研究.结果表明,随推采面积的加大,砾岩在不断弯曲变形,挠度增大,砾岩体对工作面前方煤体及切眼后方煤体的作用力逐渐增大,并随煤体的开采而重新分布,因此工作面煤体内部支承应力将随着煤体塑性范围的扩大向深部转移,并重新积聚产生新的冲击危险.     

不同采高近浅埋煤层采场数值模拟

为研究不同采高近浅埋煤层采场应力演化规律及支架载荷,采用UDEC离散元数值模拟软件建立近浅埋煤层采场模型,并在不同采高条件下进行开挖实验。模拟结果与现场矿压观测统计结果相似,模拟结果比较可靠。     

复杂地基应力-应变场演化规律的三维数值模拟分析与应用

复杂地基,尤其是深厚回填土地基,其工程特性和均匀性极差,在建筑物荷载作用下,变形极其复杂。要较准确地判断地基的变形规律和发展趋势,涉及到:上部荷载、基础和地基三者相互效应;应力-应变场空间形态特征及其演化规律;地基赋存地质环境变化对地基变形的影响等。应用三维数值模拟技术,这些问题可迎刃而解。该文以阳泉某小区7#、8#楼地基变形为例,进行了成功的实践,效果较好。     

大采高工作面过断层采动应力演化与顶板稳定性研究

运用数值模拟研究了大采高工作面过断层期间围岩应力演化,分析了断层周围应力和工作面前方支承应力随推进的变化;分析了大采高工作面过断层与一般采高工作面过断层、正常回采期间工作面顶板结构特征;分析了过断层期间顶板稳定性,指出了顶板可能发生的失稳类型,提出了注浆加固煤柱来提高顶板稳定性的措施。实践表明:注浆加固后过断层期间煤柱具有较好的承载能力,顶板完整性较好,支架未出现异常的载荷及破坏,能够较好的控制顶板。