基于UDEC的山区浅埋煤层数值模拟研究

受地下采动影响,坡体发生移动变形,内部应力重新分布,同时,开采使地表产生裂隙,坡体很容易失稳,甚至发生滑坡、泥石流等大型地质灾害,并且也加剧了环境损害[1]。本文根据贵州山区煤矿地质复杂条件,运用二维离散元程序UDEC(universal distinct element code)对贵州某矿3号煤层进行数值模拟,研究随着工作面的推进长度,分析其上覆岩层移动规律及裂隙发育过程。     

浅埋煤层裂隙发育规律研究

对浅埋煤层进行相似模拟研究并且对采动所产生的开采损害进行实测,利用模型测定上行裂隙与下行裂隙带的发育深度。上行裂隙与下行裂隙是否导通决定着隔水层的隔水性。通过对浅埋煤层覆岩裂隙发育规律进行研究,为浅埋煤层保水开采提供依据。     

采动裂隙场发育高度数值模拟研究

以顶板卸压带瓦斯抽采为主的瓦斯治理措施是有效防止回采工作面上隅角瓦斯超限的手段之一,采动裂隙是瓦斯运移的主要通道,采动裂隙场的分布决定着瓦斯抽采钻孔的布置层位,因而其发育高度的精准确定是该手段有效利用的前提。通过UDEC数值模拟确定了大水头煤矿东104工作面采动裂隙场发育高度,并通过数值计算得出该工作面初采期覆岩裂隙发育模型。结果表明：东104工作面19.18 m以下区域为垮落带,裂隙带最大发育高度为55.94 m.初采期间,采动裂隙场发育高度与工作面推进长度之比为0.559 4,初采期覆岩裂隙发育沿走向方向顶部呈尖顶或椭球状,而沿倾斜方向呈平顶状,端部都呈逐渐降低的形态。     

浅埋煤层开采覆岩裂隙发育规律的数值模拟

煤层开采引起的覆岩变形移动,造成顶板水突入井下,严重威胁煤矿生产安全。以榆阳矿区某矿一工作面为背景,基于离散单元数值模拟软件UDEC2D,模拟了浅埋煤层开采时上覆岩体中的位移、应力和裂隙的演化规律。研究表明:随着工作面的推进,采空区中部的裂隙部分被压实,裂隙主要富集于开切眼和工作面附近的上覆岩层中,并与裂隙带顶部的裂隙分布区构成了一个类梯形形状区域;工作面推进至140m时,裂隙发育到最大高度94.5m。研究成果为水下安全开采提供了依据。     

浅埋煤层工作面的UDEC数值模拟研究

利用UDEC数值模拟软件对山西焦煤集团东曲矿浅埋煤层工作面开采导致的覆岩移动及裂隙发育过程进行数值模拟研究,真实反映了在工作面推进过程中覆岩移动及裂隙发育规律,得出浅埋煤层开采后直接顶和老顶的垮落步距以及上覆岩层移动规律.     

火区下煤层群开采裂隙发育规律研究

为保证火区下煤层群开采的安全可行,对石圪节3#煤层火区下煤层群开采形成的裂隙发育高度进行了理论计算,得出了3#煤层开采对底板的破坏深度及下组煤开采形成的裂隙发育高度,并对裂隙的分布规律进行了分析。同时,利用UDEC软件对开采造成的裂隙发育规律进行了数值模拟,模拟结果与计算结果基本相符,得出8#与9#煤层开切眼及停采线各内错10m时,裂隙发育高度及贯通程度较小。     

近浅埋煤层重复采动覆岩裂隙发育相似模拟

为了得到近距离浅埋煤层重复采动对覆岩裂隙发育的影响,以神东集团石圪台矿为工程背景,利用相似理论进行相似模拟实验,通过对比单层煤开采与重复采动在矿压显现和移动破坏等方面的变化对覆岩裂隙发育进行分析,得出了近距离煤层重复采动对覆岩位移、矿压及裂隙演化的特征影响。结果表明:相比于单一煤层开采,重复采动覆岩裂隙明显增多,来压步距有所减短;覆岩达到最大下沉量位置更靠近开切眼一侧,为工程实践提供了一定理论基础。     

基于UDEC的高瓦斯煤层采动裂隙场分布研究

研究分析了针对阳泉煤业集团新元公司高瓦斯煤层工作面瓦斯超限状况,依据UDEC数值模拟确定了工作面采动中最大主应力和铅垂方向应力的分布特征,并结合理论计算确定了本煤层瓦斯主抽技术的具体措施.     

浅埋近距离煤层覆岩裂隙发育高度研究

针对浅埋近距离煤层易受重复采动导致覆岩裂隙发育不规律的问题,以榆树泉煤矿近距离煤层为背景,利用理论计算与数值模拟分析煤层覆岩破断规律。回采下层煤产生的断裂覆岩与回采上层煤造成的垮落顶板达到新的平衡,向上发育新的裂隙,最终高度83 m。利用双端堵水器探测水量漏失流速发现近距离上、下煤层回采时覆岩裂隙高度分别为46 m、85 m。     

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。     

浅埋软岩厚煤层导水裂隙空间特征及发育机制模拟研究

以某煤矿为例,对浅埋软岩厚煤层导水裂隙空间发育特征及发育机制进行相似模拟研究。实验结果表明:覆岩空间结构只存在垮落带和裂隙带,浅埋软岩厚煤层回采时直接顶初次破坏时为剪切破坏;基本顶初次破坏时以弯曲破坏为主,剪切破坏为辅;基本顶周期破坏时,纵向上以弯曲破坏为主,剪切破坏为辅,走向方向上为剪切破坏。     

基于UDEC模拟局部填充浅埋煤层裂隙控制模型研究

针对陕北榆神府矿区王家沟煤矿1501、1502综采工作面的实际情况,通过物理相似模拟实验,验证了应用局部填充协调开采方法可以有效控制导水裂隙的发育高度,为陕北能源绿色开采和生态环境保护寻找新的有效方法。     

浅埋煤层局部充填开采上行裂隙发育高度研究

采用长壁局部柔性充填开采方法是实现浅埋煤层特殊保水开采的有效途径,通过走向长壁局部充填开采的物理相似模拟实验,分析了等间距充填2条带情况下隔水岩组的稳定性规律,得出了在充填体强度、弹性模量不变的情况下,不同的充填间隔宽度和充填宽度直接影响上行裂隙的发育高度,最终影响隔水岩组的稳定性。基于物理相似模拟实验,建立了特殊保水开采区局部充填隔水岩组稳定性力学模型,确定了上行裂隙发育高度计算公式。     

浅埋近距煤层覆岩导水裂隙发育规律固液耦合试验研究

为弄清浅埋近距煤层采动覆岩导水裂隙发育规律,设计了固液耦合相似模拟试验,分析了浅埋近距煤层开采过程中覆岩导水裂隙发育规律及隔水层弥合特征。下煤层开采过程中,浅埋近距煤层上煤层开采后已压实稳定的覆岩导水裂隙会二次发育,不同开采区域的覆岩导水裂隙发育程度不同。采动隔水层裂隙发育与其遇水膨胀是同步动作的。开采边界的隔水层裂隙在上煤层开采过程中遇水膨胀后能够弥合,在下煤层开采过程中由于遇水膨胀能力不足而无法弥合。采空区中部的隔水层裂隙在岩层回转挤压和隔水层遇水膨胀共同作用下能够弥合。     

浅埋煤层回采巷道正交试验优化设计研究

基于张家峁煤矿实际地质条件,运用正交实验设计结合UDEC数值模拟的方法,研究分析了影响巷道稳定性的六大因素对巷道两帮应力的敏感性程度。研究发现,各因素对巷道两帮应力的敏感性程度排序为垂直应力>直接底强度>断面形状>煤层强度>巷道宽度>直接顶强度,其中垂直应力的影响程度为高度显著。进行了正交试验的结果检验,得出基于正交试验设计的结果具有可靠性。     

浅埋近距离煤层开采裂隙演化机理研究

为研究浅埋近距离煤层群下行开采下煤层采场上覆岩层裂隙二次扩展机理,本文以柠条塔煤矿浅埋近距离煤层群开采为工程背景,通过FLAC3D数值计算、物理相似模拟及理论分析,得出煤层群下煤层采场上覆岩层裂隙二次扩展的基本特征和应力场分布,覆岩裂隙以张剪型复合裂隙为主,裂隙尖端起裂符合最大正应力准则。基于宏观裂隙与微观裂隙的相似性原理,建立裂隙扩展力学模型,应用裂隙尖端断裂能量理论和Griffith准则,给出了裂隙扩展方向、起裂应力强度因子、扩展速度和裂隙发育高度计算公式。     

不整合地层下煤层开采覆岩裂隙场发育特征

以宁夏石嘴山矿西区3号煤层开采为工程背景,采用相似模型试验、数值模拟计算,研究深部不整合覆岩下煤层开采所引起的裂隙发育特征,并对两种方法分别得到的裂隙带形态进行对比分析。由于煤系地层与上覆地层不整合,开采扰动后应力重分布及覆岩裂隙发育具有其特殊性。研究发现：煤层开采过程中,采空区周围出现＂应力拱＂;地层不整合面的存在阻...     

浅埋煤层导水裂隙发展规律物理模拟分析

对于富水沙层下、水体下等保水开采研究课题，本来应该进行固液两相相似模拟研究，但因此种研究手段还处于试验阶段，所以进行单相固态模拟还是非常必要的。根据不同工作面覆岩破坏和导水裂隙发展情况以及防水安全岩柱保护层稳定性变化，实验得出了从不同基岩厚度采场实现保水开采的合理推进距。导水裂隙带高度发展过程的实验对神府矿区的间歇式保水开采方案的实施和该区煤炭资源合理开发具有重要指导意义。     

叠加开采下浅埋煤层裂隙演化与连通特征

浅埋近距离煤层群上覆岩层受重复采动影响,裂隙叠加发育易形成采空区与地表连通。以典型近距离开采煤层群为例,采用物理模拟实验和数值分析的方法对上、下煤层开采过程中上覆岩层的裂隙演化时空规律和应力分布特征进行了模拟。结果表明:两煤层开挖结束后,裂隙高度呈驼峰式分布,沿倾向和走向方向的两侧上方形成了较为明显的应力集中区;上部煤层开挖结束后,最大竖向裂隙发育高度为75 m,但并未连通地表;随着下部煤层开挖,裂隙重复发育,裂隙高度随工作面推进逐渐增加,两侧裂隙率先与地表连通。     

浅埋煤层黏土隔水层下行裂隙弥合研究

通过对隔水层土样实验,获得了离石黄土和三趾马红土的应力应变全程曲线、渗透系数和膨胀率.基于考虑黏土应力应变全程相似和水理性相似的固液耦合相似模拟,揭示了浅埋煤层长壁开采覆岩采动裂隙带分布规律,发现了上行裂隙和下行裂隙是隔水层稳定性的主要因素,下行裂隙是潜水流失的主要通道之一.发现了隔水层土体膨胀性将产生的裂隙弥合现象,可减缓下行裂隙的发展.建立了下行裂隙模型,给出了下行裂隙弥合判据,为隔水层稳定性和保水开采研究提供了理论依据.