巨厚煤层分层开采覆岩移动规律数值模拟研究

以准东煤田大井二号煤矿BM煤层的分层开采为例,利用FLAC~(3D)数值模拟得到采动后上覆岩层的体积应变增量切片。分析结果表明:受煤层采动影响,覆岩移动破坏区域由采空区向深部延伸,大致呈鞍形分布。覆岩裂隙发育速度随各分层开采逐渐减缓,裂隙发育高度与已采煤层厚度成幂函数关系。     

深埋巨厚煤层分层开采覆岩破坏规律研究

以准东煤田大井2~#煤矿B_1巨厚煤层分层开采为工程背景,采用关键层和材料力学相关理论及UDEC数值模拟对煤层分层采出后覆岩破坏进行研究。UDEC数值模拟得出煤层全部采出后覆岩的最终破坏高度约为256.8 m,验证了理论计算的合理性。     

巨厚煤层开采覆岩运动规律模拟

针对平均煤层厚度为21m的具体情况,分别采用离散元数值分析软件UDEC3.1和相似材料模拟进行了研究,研究表明大采高使工作面前方支承压力分布范围增大和峰值位置前移,沿着工作面推进方向,覆岩整体呈现梯形跨落,覆岩跨度不断增加,引起的地表移动范围也不断增大,完全采动影响下,地表垂直沉降范围大致为跨度的2.6倍。     

巨厚煤层开采覆岩含水层破坏模拟——以准东大井矿区为例

本文针对准东矿区巨厚煤层典型赋存特征,以大井矿区为研究对象,通过识别覆岩关键层及含水层,采用UDEC数值模拟方法,建立大井矿区巨厚煤层开采覆岩力学模型,对不同开采方法覆岩含水层破坏进行了模拟研究。结果表明:研究区覆岩关键层分为4层、覆岩含水层共2层;开采厚度相同时,大采高开采覆岩下沉量、裂隙带发育高度及开采对含水层的扰动影响均大于放顶煤开采;采高24m,推进长度为300m时,导水裂隙已发育至含水层Ⅱ;主关键层对覆岩位移、裂隙分布及开采对含水层的扰动影响起关键作用。     

准东大井矿区巨厚煤层开采覆岩裂隙分布特征

针对准东巨厚煤层典型赋存特征,选取大井矿区为研究对象,构建了巨厚煤层开采力学模型,模拟研究不同开采方式采场覆岩裂隙分布特征。结果表明:在采场应力的控制下,工作面前方覆岩裂隙由原岩裂隙区依次演化为原岩裂隙闭合区、微裂隙发育区、裂隙快速发育区、破断裂隙发育区、离层裂隙发育区、裂隙逐渐闭合区;覆岩主关键层是覆岩裂隙发育程度高低的分界线,其也会控制覆岩裂隙发育高度;巨厚煤层开采覆岩裂隙主要分布于采空区两侧,且沿岩层破断线呈"八"字形分布,并随工作面推进呈现周期演化,其是覆岩含水层水体向采场渗流的关键通道,对矿井的安全生产至关重要;从保水采煤角度考虑,放顶煤分层开采对覆岩含水层扰动影响较大采高分层开采小。     

特厚煤层开采覆岩运移规律的相似模拟研究

特厚煤层开采覆岩运移直接影响矿井的安全高效生产。以郭家河煤矿为研究对象,在系统分析该矿3号煤层首采工作面地质条件的基础上,研究了2个相邻综放工作面开采过程中的覆岩破断特征和地表下沉规律。研究结果表明,在煤柱支撑作用下,与工作面两端相比,上覆岩层在工作面的中部位置下沉最为明显;随着相邻工作面区段煤柱的变形失稳,当其上覆围岩的拱形结构发生破坏时,上覆岩层将出现整体下沉。研究成果有助于推动郭家河煤矿特厚煤层安全高效开采。     

巨厚煤层软弱覆岩分层综放开采覆岩破坏高度研究

为了确定巨厚煤层软弱覆岩分层综放开采条件下覆岩破坏特征,以老虎台矿55003工作面为对象,采用数值计算、微震监测和瞬变电磁探测方法对区域分层综放开采过程中覆岩破坏高度进行分析,确定了采出厚度与覆岩破坏高度的关系。研究表明,抚顺矿区巨厚煤层软弱覆岩条件下覆岩破坏高度与采出厚度呈线性正相关,覆岩破坏高度为采出厚度的8.4倍。巨厚煤层软弱覆岩的破坏高度比坚硬覆岩综放开采要小。覆岩破坏主要受到油页岩和绿色页岩组成的岩层结构的制约,同时受到F7-1断层和F7断层的影响。     

准东大井矿区巨厚煤层开采覆岩含水层渗透特性研究

基于准东大井矿区赋岩柱状及岩性,构建了赋岩物理模型与数值模型。基于该模型,开展了赋岩位移与含水层渗透特性的模拟研究。结果表明:开采首分层覆岩含水层各测点位移随开挖长度的增加而增加;测点1~#物理模拟开挖至70～250m及数值模拟开挖至100～300m时,位移呈快速增加,其后位移变化稳定;测点2~#物理模拟开挖至70～420m及数值模拟开挖至250～500m时,位移呈快速增加,其后位移稳定;测点3~#物理模拟开挖至430～600m及数值模拟开挖至450～600m时,位移快速增加。物理相似模拟及数值模拟各测点变化趋势基本一致;覆岩含水层各测点有效应力与孔隙介质渗透率呈负相关;覆岩含水层各测点有效应力与裂隙介质渗透率呈正相关。开挖1～5分层渗透率大小为:测点1~#测点3~#测点2~#;开挖6～8分层渗透率大小为:测点3~#测点1~#测点2~#;覆岩含水层渗透特性与覆岩孔隙-裂隙双重介质动态变化特征有关,与采动覆岩应力变化具有耦合效应。     

厚煤层分层采动直覆砂岩运移规律研究

为分析厚煤层分层开采后直覆砂岩顶板岩层移动规律，以顾北矿A组煤南-1采区13121^上工作面为工程背景，采用物理相似试验和理论分析相结合的方式对顾北矿厚煤层分层开采覆岩运动进行了研究。通过构建分层开采覆岩的结构力学模型，得出覆岩荷载计算公式。研究结果表明：直接顶垮落步距为85 m;工作面前方18～20 m处实体煤处于支承压力峰值，下分层应力峰值范围为19.07～23.35 MPa、上分层应力峰值范围为17.98～20.98 MPa; 11.6 m厚细砂岩层及其下部岩层发生破坏，失去对其上覆岩层的承载能力，导致下分层的应力峰值大于上分层；上分层裂隙带高度为32 m,垮落带高度为17 m,下分层裂隙带高度为40 m,垮落带高度为23 m,下分层垮落范围比上分层发育。为顾北矿分层开采提供参考依据。     

近距离采空区下开采覆岩移动规律相似模拟研究

通过实验室相似材料模拟试验,分析了近距离采空区下进行采煤,上覆岩层的破坏状况和支承压力分布规律,以及顶板冒落和采动裂隙发育的特征。分析了上覆岩层来压规律对煤炭开采过程中的安全影响,以此为在采空区下安全采煤防止上覆岩层裂隙水的侵入提供有效的理论和实践上的依据。     

矿区开采过程中覆岩移动规律数值模拟研究

针对传统数值模拟方法模拟覆岩移动规律时误差高的问题,提出了矿区开采过程中覆岩移动规律数值模拟新方法,即通过计算覆岩在自重应力作用下的蠕变公式,代入静力平衡条件,得出覆岩移动规律数值模型;对模型底部边界进行全约束,以单元自身重力进行加载,模拟覆岩移动,得出覆岩移动规律数值模拟结果并进行分析。结果表明,设计的数值模拟方法的周期来压步距模拟误差值最高为0.260μm,实验对照组的为0.581μm,设计的数值模拟方法可将周期来压步距模拟误差值降低约50%,可以实现覆岩移动规律的精准数值模拟。     

任楼煤矿覆岩破坏移动规律的试验研究

通过实测和相似材料模拟试验，着重研究了任楼煤矿综赦和炮采工作面顶板岩层移动特征和“两带”高度发育形态，为煤岩柱的合理留设和7212、7242等提高开采上限工作面安全开采提供了重要依据。     

特厚煤层重复开采覆岩与地表移动变形规律研究

为研究大同矿区特厚煤层重复开采覆岩与地表沉陷问题,以塔山煤矿8103和8104工作面的地质采矿条件为工程背景,沿倾向主断面建立了二维相似材料模型。反演分析了仅开采上覆侏罗系煤层时覆岩沉陷规律、两煤层重复开采时覆岩沉陷规律、离层发育规律、煤柱群垮塌规律以及地表塌陷规律,揭示了该地质采矿条件下覆岩与地表沉陷机理。研究结果表明：采用刀柱式采煤法开采侏罗系煤层,上覆岩层未发生显著的破坏和变形;在特厚煤层重复采动影响下,覆岩以一定的角度向上垮落和裂隙发育,当侏罗系煤层采空区受到下组煤开采扰动时,采空区中煤柱群受扰损伤,支撑能力降低,导致其上覆岩层沉陷加剧,在弯曲下沉带上方形成新的导水裂缝带,覆岩沉陷呈现“四带”发育特征。结合实测数据,分析了工作面沿倾向方向地表移动变形规律,基于Origin 8.0平台和概率积分法进行了二次开发,对倾向观测线上山方向实测下沉数据进行了拟合求参,获取了部分概率积分预测参数。研究结果可对大同矿区开采沉陷治理工程提供参考。     

厚煤层开采覆岩移动规律的现场监测研究

现有的监测大多在巷道顶板5～8 m深的范围展开,本文通过深孔多点位移计实时监测了工作面回风巷和运输巷顶板岩层0～20 m深处范围内的岩层移动规律.获得了不同回采阶段覆岩移动变形规律,并根据监测曲线获得了周期来压步距.     

煤层群下厚保护层开采覆岩移动规律

为了研究4-1#厚煤层作为保护层预先开采后,其覆岩的移动变形规律及对上部3-1下煤层的稳定性影响,运用UDEC离散元数值软件模拟了随着工作面推进对顶板及上覆3-1下煤层的影响程度,并根据现场工程实践,得出下部厚煤层开采对瓦斯释放及顶板泄压效果显著。     

厚煤层综放开采覆岩移动规律数值模拟分析

为了掌握高河矿综放工作面上覆岩层移动规律,为工作面布置及“三下”开采提供参考,结合高河矿E1302综放工作面地质情况,采用数值模拟方法,对工作面地表移动、上覆岩层移动及岩层破坏特征进行模拟分析。研究表明:岩层移动在基岩内衰减较为明显,在松散层内近似整体沉降,厚基岩具有一定的控制地表沉陷变形的能力;导水裂缝带发育髙度最大约为140 m,裂高采厚比为20;综放开采强度大,地表的沉陷变形值增大,地表裂缝增加,从而导致地表下沉系数增大。     

准东煤田巨厚煤层开采技术研究

针对准东煤田巨厚煤层开采面临的技术问题,研究认为B1煤层适宜采用分层综放开采,具有分层数目少、掘进率低的优点;B1煤层顶煤垮落角约为80°,最大可放煤高度17.01m;考虑顶煤可充分垮落条件,计算不同割煤高度条件下的容许采放比均超过了1∶3,可按1∶3的采放比进行放煤设计;为避免下分层工作面处于上分层工作面的开采扰动区,分层厚度应大于13.84m;应适当加大首分层的厚度,分层数目不宜大于3层。     

浅埋厚煤层分层开采覆岩移动规律模拟研究

利用数值模拟(RFPA岩石破断过程分析系统软件)和相似材料模拟,模拟研究了神府东胜矿区大柳塔矿活鸡兔井浅埋煤层工作面上覆岩层在采动后的活动规律。并根据模拟结果,分析了随着工作面采动和推进,上覆岩层的破断过程、特征与来压特点。     

近浅埋厚煤层综放开采覆岩运移规律相似模拟研究

为了研究我国西部某矿区2-2煤层近浅埋厚煤层综放开采时覆岩运移规律,以某综放工作面为实际工程背景,根据相似理论,运用相似材料模拟实验,从不同角度对工作面开采后覆岩运移规律进行了分析。通过研究,得出了近浅埋煤层开采时基本顶的初次垮落及周期垮落步距、覆岩垮落形态、覆岩垮落"三带"特征和岩层位移特征,为具有相同地质条件煤层的安全开采提供依据,同时对其他具有相似地质条件煤层开采覆岩运移规律研究提供参考。