含隐伏断层煤矿底板采动突水规律数值模拟

针对含隐伏断层煤矿底板采动突水过程中,采空区底板突水破坏区域存在空间分布的特征。在考虑采动岩体流固耦合作用的基础上,结合某矿工作面具体工程地质条件,应用RFPA2D-flow程序模拟了含隐伏小断层底板的采动突水过程,对底板破坏区域的空间分布情况进行了划分和分析。研究结果表明:含隐伏小断层条件下,断层采动活化,使底板更易沟通含水层,与完整底板相比,只有在工作面推进到第1条小断层时表现出类似的突水分阶段特征,之后则根据隐伏断层分布特征,表现出类似循环特征的突水增速区与流量平稳区之间的交替变化。     

隐伏断层诱发巷道底板突水研究

隐伏断层在掘进扰动和承压水共同作用下可能形成突水通道诱发底板突水。以山西省刘家梁煤矿巷道突水问题为工程背景,以底板含隐伏断层的巷道为研究对象,通过理论分析、岩石力学试验、数值模拟的方法,研究了巷道在掘进过程中,围岩应力场、位移场、塑性区的演化情况。结果表明：随着巷道掘进,隐伏断层顶界面处围岩受应力场影响,由压缩态变为膨胀态;在倾角大于50°的正断层中,小倾角隐伏断层顶界面处围岩受到的剪应力峰值更大,当剪应力达到某一临界值时,断层不断向上活化扩展,最终演化形成沟通底板破坏带的突水通道,且突水通道更易在卸压区底板贯通。     

受采动影响底板隐伏断层滞后突水分析

为研究底板隐伏断层滞后突水,基于矿山压力与岩层控制理论,针对底板隐伏断层与回采工作面的不同空间位置关系,分析了采动引起的矿山压力对断层水压力的影响,得出断层水压增高的规律及断层水压力计算公式,分析了导致断层水压力变化的影响因素。分析结果表明：断层水压力随着断层倾角的增加而减小,受采动影响断层水压力随着最小主应力和支承压力的增加而呈线性增大的趋势。基于断层与回采工作面的不同空间位置关系,分析了受采动影响导致底板隐伏断层突水的力学原因,可为底板隐伏断层突水灾害防治提供理论依据。     

含隐伏小断层底板突水过程数值模拟研究

为研究隐伏小断层的连通情况、发育高度与空间分布因素对底板隐伏小断层突水过程的影响,根据董家河煤矿实际工程地质条件,建立3种情况简化模型,运用RFPA-Flow有限元软件对煤层底板隐伏小断层在采动应力扰动和承压水共同作用下活化、扩展、贯通的全过程进行模拟。研究结果可为承压水上开采引发的突水事故的预测提供参考。     

含隐伏小断层底板采动突水机理数值模拟研究

为得到含隐伏小断层的煤层底板开采中的突水机理,分析底板裂隙演化及渗流突水通道的形成规律。采用RFPA2D-Flow软件分析了含隐伏小断层底板在工作面开采中,底板岩层破坏、突水通道的形成及突水发生的整个动态发展过程,得到了开采过程中底板岩层裂隙的产生和扩展演化、损伤破坏区域的形成过程及渗流场的运移过程。结果表明:底板隐伏小断层活化突水主要分为隐伏小断层活化和活化裂隙区域扩展2个阶段。底板不同位置隐伏小断层的裂隙贯通存在差异,距采空区越近,隐伏小断层越易活化形成突水通道,随着采空区卸压效果的增加,隐伏小断层突水的可能性逐步增大。     

承压水体上煤层底板下位隐伏断层采动突水机制研究

由于煤层底板隐伏断层分布广、数量多、隐蔽性强且不易探测的特点,使得底板隐伏断层活化突水成为深部开采突水的主要形式之一。根据底板隐伏断层发育规模及空间位置条件,总结提出了底板沟通隐伏性断层突水、上位隐伏性断层突水及下位隐伏性断层突水3种模式。针对承压水体上煤层底板下位隐伏断层底板突水模式,通过力学分析、底板突水相似模拟及FLAC^3D数值拟研究了煤层回采过程中底板空间采动应力变化规律、隐伏断层扩展及突水通道演化过程。研究结果表明：近煤层底板采动岩体随工作面推进,经历压缩-卸荷-恢复过程,形成采动破坏带,底板空间采动应力状态以工作面为分界线呈现水平“S”型分布形态;采动-水压-隐伏断层作用下,隐伏断层将对采动应力随工作面移动起到阻隔作用;隐伏断层顶部受矿压-水压作用的破坏程度时机更早、程度更严重,更易诱发导水裂隙发育,隐伏断层原生裂隙扩展并向逆工作面推进方向上方发育,与采动破坏带沟通形成突水通道;采动承压水导升运移与采动裂隙发育紧密相关,采动承压水导升强度及强渗流区范围随工作面推进渐进发展,底板隐伏断层采动突水先出现隐伏断层上方采空区,突水量随工作面推进渐进增加。在将含...     

采动过程中底板隐伏陷落柱突水数值模拟

为弄清采动在工作面底板岩溶陷落柱围岩破坏及突水中所起到的作用,以葛亭煤矿底板隐伏岩溶陷落柱为研究对象,采用FLAC3D数值模拟软件对采动过程中的垂直方向应力场、塑性破坏区和垂直方向位移变化进行分析研究,分析了不同推进距离下隐伏底板岩溶陷落柱的突水过程。研究结果表明,随着推进距离的不断增加,岩溶陷落柱的塑性破坏范围不断增加,底板垂直方向的位移不断增大,当煤层底板的塑性破坏区和岩溶陷落柱的塑性破坏区发生连接时,容易发生底板岩溶陷落柱突水事故。     

断层上下盘采动活化突水数值模拟研究

 摘 要：为了研究断层上下盘开采活动对断层活化突水的影响规律,本文利用数值计算软件FLAC3d,结合赵固二矿F109正断层的实际地质条件,建立数值计算模型。研究了工作面分别布置于断层上下盘时周边围岩应力场与渗流场的耦合作用,以及周边岩体应力和位移的变化情况。模拟结果表明,断层活化突水是塑性破坏场与渗流场相互耦合作用的过程;当工作面布置在断层上盘时,开采过程中底板位移量较大,断层上盘承受的垂向应力较断层下盘要大。断层上下盘开采活动对断层活化影响作用不同,工作面布置于断层下盘开采更安全。     

采动断层活化引发突水机理研究

 根据山东兖矿的工程地质条件及水文地质条件,特别是由于井田范围内构造较复杂,断层发育,受到断层的切割作用,本文采用相似材料模拟实验的手段,进行采动断层活化突水的观测与分析,探索突水发生的根本原因——断层两盘的相对位移（断层活化）导致煤层顶底板突水。主要从地层沉降变化情况、煤层顶板岩层导水裂隙带高度变化情况等方面分析了断层活化突水的可能性。采动后断层活化的相似模拟试验有助于优化断层防水煤柱的留设宽度、制定合理的开采方案,在开采中提高生产效率并避免矿井突水事故的发生。     

采动影响下隐伏陷落柱突水数值模拟

以塑性区范围、裂隙内的液体压力和渗流速度为评判依据,分析隐伏型陷落柱受开采扰动的突水危险性。根据流固耦合理论,采用FLAC3D软件实现隐伏型陷落柱突水进行数值模拟,分析了开采扰动下不同隐伏深度的突水过程。研究表明,在开采扰动下陷落柱会从底部开始产生剪切破坏并剪切破坏面向上扩展,当陷落柱周围的破坏区域与工作面周围破坏区域贯通就会发生突水;陷落柱隐伏深度越小,开采扰动对的陷落柱内渗流场的影响越大;当陷落柱隐伏深度低于30 m时,存在突水的危险性。     

工作面底板隐伏陷落柱突水模拟分析

针对某煤矿工作面中存在的底板隐伏断层,在开采过程中可能发生突水事故这一情况,采用瞬变电磁法探测底板富水性并结合相关地质资料,应用FLAC3D数值模拟软件模拟工作面推进过程中的围岩应力场、围岩位移场、渗流场、塑性破坏区的变化。最后根据模拟结果提出相关防治方法。     

Study of Mine Water Inrush from Floor Strata through Faults

The mechanism of mine water inrushes in coal mines in China differs considerably from that in other countries. In China, most water inrushes occur from floor strata, the source of water inrush being karstic limestone aquifers. This paper describes the mechanism of mine water inrushes through a fault in the mine floor using principles of strata mechanics, and the path of water inrush from an aquifer to the working face. A criterion to judge whether the ground water inrush will occur through a fault or not is also described, together with a case history of water inflow in Feicheng Coalfield, China.     

承压水上开采底板突水机理研究

根据Hoek-Brown经验准则修正公式,估算出底板不同深度岩体扰动系数D和地质强度指数GSI的值,判断底板的破坏程度。结合孙疃矿1028工作面现场观测资料,对距煤层5 m处底板垂直应力分量进行算例分析,理论计算得出底板的应力分布。为进一步验证算例分析的可行性,运用FLAC3D软件对孙疃矿1028工作面进行数值模拟,在同等条件下,两者底板应力分布相吻合。并模拟不同开挖步距对底板应力及位移的影响,进一步分析研究承压水上开采底板运移破坏机理及突水规律。     

煤层底板隐伏小断层突水数值模拟

针对煤层底板隐伏小断层突水过程,应用RFPA-FLOW2D软件进行模拟计算分析。结果表明:在矿压和水压共同作用下,煤层底板破坏过程经历了小断层活化、小断层活化区扩展和裂隙贯通3个阶段;底板渗流场和裂隙场同步演化,突水位置可准确标定。多条小断层突水过程模拟结果表明,隐伏小断层越发育,底板破坏区贯通强度越大,煤层底板发生突水的可能性也越大。     

承压水上膏体充填开采底板采动破坏特征

为研究承压水上膏体充填开采底板采动破坏特征,以岱庄煤矿11607工作面的采场条件为工程背景,基于FLAC~(3D)数值仿真软件,建立承压水上膏体充填开采流-固耦合数值模型,对充填工作面回采过程中煤层底板的破坏特征进行了研究分析。研究表明:充填开采采动底板的承压水导升高度不明显,煤层底板破坏深度在工作面推进至12.4 m后趋于平缓,且当工作面推进至100 m时达到底板最大破坏深度仅为6 m,理论计算了充填工作面采动底板的最大破坏深度范围为3.83~5.27 m,采用单孔恒定水压法对11607工作面底板进行现场实测,测得底板最大破坏深度为6.50 m,与理论计算、数值模拟所得结果基本吻合。     

底板承压水上断层突水的力学分析

针对底板承压水上断层的受力特征,建立了简化的力学模型,根据弹性力学得到了断层面上正应力和剪应力的解析公式,并对断层倾角、工作面推进距离这两个因素影响下的断层面上的剪应力变化情况进行了详细的分析;基于隔水关键层理论,对断层影响下的临界水压进行了公式推导,分析了临界水压随断层倾角的变化情况。结果表明,断层面上的剪应力峰值在β<60o时是随着倾角增大而增大的,在β>60o时是随着倾角增大而减小的;随着工作面向断层推进,剪应力峰值也逐渐向浅部转移。临界水压随着断层倾角的增大经历了先增大、后减小的过程;当断层倾角在β<40o或β>65o时,隔水关键层可能发生破断,将会继断层形成另一条突水通道。