渗透作用下井周孔隙压力分布数值模拟研究

钻井过程中,钻井液中的水在渗透作用即压差和化学势差作用下进入泥页岩井壁,或者泥页岩中的流体流入井筒,引起地层孔隙压力变化,改变井壁周围应力分布。为了研究渗透作用对井周孔隙压力的影响,建立了力学-化学耦合作用下井壁周围孔隙压力分布模型,采用有限差分法求解该模型,得出井壁周围孔隙压力分布规律,模型参数对孔隙压力的影响,为泥页岩井壁稳定研究提供依据。     

轻放采场围岩压力分布及矿压显现规律

工作面围岩压力分布及矿压显现规律是巷道合理布置和煤柱合理留设的关键因素，采用数值模拟、现场实测综合方法获得了轻放面围岩压力分布及矿压显现规律．研究表明：轻放回采巷道围岩及支架沿走向变形规律基本一致，可分为3个阶段；工作面围岩运动具有近场效应，轻放面平巷在临近工作面附近变形剧烈，平巷支护设计理念应从载荷控制向变形控制转变．     

煤矿跨采遗留煤柱合理尺寸的估算研究

以赵固一矿11031工作面轨道顺槽与11011工作面带式输送机顺槽之间留设56 m宽煤柱为研究背景,通过理论分析的方法,计算出支承压力分布高峰位置,并计算出极限平衡区,得出理论上的合理煤柱尺寸。同时利用FLAC3D数值模拟的方法,模拟出留设不同宽度煤柱下的巷道的最大主应力分布规律,再利用深基点位移计进行矿压观测,得出不同位置处围岩的变形规律,从而对跨采遗留煤柱合理尺寸进行估算,以提高煤炭资源利用率。     

采场底板岩层应力的解析法计算及应用

在分析矿山压力的基础上,建立了煤层底板应力分析计算模型,运用弹性理论对煤层底板随工作面推进相对固定位置剖面处应力分布规律进行了求解.结合实际资料,随着工作面推进,煤层某相对固定位置底板应力沿深度变化幅度越来越小,在一定深度范围内垂直应力的释放速度远大于水平应力的释放速度,故最大主应力的方向由开始的垂直方向变为后来的水平方向.这可为带压开采下煤层底板突水和工作面底鼓防治提供理论依据.     

综放采场围岩支承压力分布及动力灾害的层厚效应

以谢桥矿1151(3)综放工作面地质及开采技术条件为背景,采用大型非线性三维计算机数值模拟,对不同开采高度（3.0,5.4,8.0,12.0 m）进行模拟研究.研究表明：不同采高工作面围岩支承压力分布规律存在明显差异,随着煤层一次采高的增加,工作面煤体内和采空侧煤柱内支承压力峰值呈下降趋势,峰值位置超前工作面距离增大,煤体抵抗损伤应变能的区域变大;工作面侧向实体煤支承压力峰值沿走向在工作面前方与煤层厚度无明显关系,而在工作面后方随采高逐渐降低,峰值位置离煤壁也越远.应用损伤力学和能量法分析了支承压力分布对煤与瓦斯突出层厚效应影响规律,表明综放开采随一次开采高度的增加,采场周围煤岩体内积聚的弹性能降低且抵抗损伤变形的能力增强,有利于减缓动力灾害.     

低渗煤样CH_4非线性压力分布与渗透率演化

为研究低渗煤岩全应力-应变过程中的渗流特性,基于COMSOL Multiphysics数值模拟软件,结合达西定律与固体力学理论对张集矿的标准煤岩试件内部气体渗透特性进行数值模拟。结果表明:甲烷气体在煤样中的非饱和渗透过程中,气体压力非线性分布现象十分明显,但随着渗透时间推进,其气体压力分布规律逐步趋于线性;围压与屈服强度存在正相关的关系,与渗透率呈负相关的关系,此外,低渗煤岩的流固耦合渗流效应更加明显。     

轻放采场围岩压力分布及矿压显现规律

工作面围岩压力分布及矿压显现规律是巷道合理布置和煤柱合理留设的关键因素,采用数值模拟、现场实测综合方法获得了轻放面围岩压力分布及矿压显现规律.研究表明轻放回采巷道围岩及支架沿走向变形规律基本一致,可分为3个阶段;工作面围岩运动具有近场效应,轻放面平巷在临近工作面附近变形剧烈,平巷支护设计理念应从载荷控制向变形控制转变.     

孤岛综放工作面沿空掘巷围岩变形因素研究

基于孤岛工作面地质条件、开采工艺及原始矿压显现规律,运用关键层理论研究两侧极不充分采动条件下基本顶关键层效应对巷道围岩稳定性的影响,并通过数值模拟软件UDEC,详细分析了煤层硬度、基本顶断裂位置、护巷煤柱尺寸及孤岛工作面开采等因素对综放沿空掘巷顶板垂直应力分布和围岩变形特征的影响,并指出沿空掘巷支护重点。     

吸附作用下煤样瓦斯渗流的数值分析

通过建立同时考虑吸附作用和渗透率变化的数学模型,利用Ansys-Fluent软件对煤层瓦斯的流动过程进行了数值分析,计算了不同压力下瓦斯流动的密度、速度、流率及压力分布,分析了煤层瓦斯的流动规律及吸附作用的影响。研究表明:使用所建模型得到的计算结果与实验数据吻合良好;随压力增大,瓦斯密度在出口附近急剧下降;压力梯度沿轴向变化平缓,但在出口附近随压力增大而迅速增大;受吸附作用影响,质量流率沿轴向逐渐下降,下降幅度随压力增加而增大。     

深部厚煤层工作面沿空掘巷合理煤柱尺寸研究

针对唐山煤矿Y485里工作面沿空掘巷留设煤柱尺寸问题,分析了采空区侧的支承压力分布规律,初步探究了沿空侧最优掘巷位置。通过FLAC3D数值模拟对采空区侧垂直应力分布进行模拟计算,得出了应力降低区范围为0~8 m,并分别模拟了不同煤柱宽度下垂直应力的分布规律,综合考虑确定工作面沿空掘巷煤柱留设尺寸为5 m,不仅可以保持巷道的稳定性,还可以最大限度的减少煤炭资源的损失。     

顺层长钻孔预抽煤层瓦斯数值模拟研究

以丁集矿11-2煤层为对象,使用COMSOL数值模拟软件模拟在煤层实施顺层长钻孔预抽煤层瓦斯措施后钻孔周围瓦斯压力分布规律。通过模拟不同钻孔长度和不同孔间距条件下的钻孔周围瓦斯压力分布规律来得出不同条件下顺层长钻孔的控制范围,为顺层长钻孔的参数优化提供指导。     

金庄矿特厚煤层综放沿空巷道围岩卸压控制研究

针对金庄矿8202工作面沿空巷道在整个掘进及回采期间围岩变形量大、矿压显现剧烈等问题,提出在采空区侧实体煤内布置卸压巷的方案。然后通过FLAC3D数值模拟软件分析沿空巷道围岩垂直应力分布规律、卸压巷在不同位置下对沿空掘巷围岩应力的影响。     

深部松软煤层钻孔孔周煤体变形产渣特征研究

针对煤矿井下高瓦斯软煤顺层长钻孔排渣困难、成孔率低、施工困难等问题,通过数值模拟实验研究了井下深部软煤体变形破坏特征,分析了顺层长钻孔孔周松软煤体变形特征及应力变化,以揭示顺层长钻孔孔周松软煤体变形产渣规律。研究表明:深部高瓦斯软煤顺层钻孔孔周煤体的应力平衡临界条件破坏后将发生大体积突然垮落;钻孔水平最大变形位移为1.22mm,垂直方向最大变形位移为10.7mm;径向孔周煤体垂向变形呈现逐渐减小趋势,且垂向变形明显大于钻孔水平变形。在水平方向上,钻孔孔周煤体应力分布呈现先增大再逐渐减小的变化规律,径向距离对水平应力分布的影响逐渐减小;随着径向距离的增加,钻孔孔周煤体应力分布逐渐降低,钻孔孔壁处煤体的应力出现最大值,且垂直方向处应力值最大。     

注浆压力对顺层抽采钻孔封孔质量影响研究

为研究不同注浆压力下各顺层钻孔的封孔质量,以轩岗煤电有限责任公司刘家梁煤矿2214工作面为试验对象,根据矿井煤层实际赋存情况,采用COMSOL数值模拟软件,模拟不同注浆压力下浆液在煤层中的扩散范围,数值模拟结果表明,在1～4 MPa注浆压力范围内,浆液在煤层中的扩散半径与其注浆压力的大小成正相关关系,而浆液扩散半径的增加幅度随注浆压力的增加呈现逐渐减小的变化趋势。同时在钻孔始封深度、封孔长度等封孔参数一定的情况下,按照1、2、3和4 MPa四个等级进行现场顺层钻孔封孔试验,并利用漏气率对各抽采钻孔的封孔质量进行评价和对比,现场试验表明,采用1 MPa和2 MPa注浆压力的顺层钻孔分别有4个和2个钻孔出现漏气,其平均漏气率分别为32.76%和28.65%,而采用3 MPa和4 MPa注浆压力的钻孔均未出现漏气现象。综合数值模拟及现场试验结果表明,该工作面顺层钻孔封孔时其注浆压力应不小于3 MPa。     

增量荷载作用下沿空工作面冲击地压防治研究

深部沿空工作面容易发生冲击地压，造成矿井停产，治理难度大，煤柱留设的实际效果已成为影响矿井安全高效生产的重要问题。以鄂尔多斯地区深部开采为背景，在分析巨厚基岩地层结构、工作面大煤柱和沿空巷破坏等冲击地压发生特征的基础上，研究沿空侧向覆岩结构及荷载特征下冲击地压发生规律。根据实际条件，计算分析了侧向支承压力分布特征，数值模拟研究了工作面侧向支承压力分布及急增载破坏特征，得到小煤柱留设是减弱巨厚基岩地层下沿空工作面冲击危险的最优方案，并进行了实践，实现了石拉乌素煤矿小煤柱工作面的安全开采，结果可为类似条件工作面沿空开采提供借鉴。     

急倾斜厚煤层综放开采覆岩运动及安全开采模式研究

 摘 要：采场上覆岩层的变形、破断和离层等矿压显现是制约工作面高效安全开采的关键,针对默勒二矿主采煤层厚、倾角大等复杂条件,通过现场观测、相似材料模拟试验和数值模拟方法研究了放顶煤开采时工作面的矿压显现及上覆岩层运移规律。物理模拟直观地反映了工作面开采中煤层顶板的运移特点与支撑压力分布,数值模拟反映了巷道及采场周围的塑性范围和应力分布。理论及模拟结果表明：工作面开采中有明显的初次来压和周期来压,支架沿走向易向煤壁失稳,沿倾向易向工作面下方失稳。工作面压力集中体现在下顺槽与工作面相接及附近区域。试验工作面合理参数为：放煤步距0.8 m（两采一放）,采放比1:2左右,工作面采煤机割煤高度2.3 m。     

煤矿应力异常集中区强矿压防治研究

根据木城涧煤矿三槽西五壁工作面的生产地质条件,采用FLAC^3D三维数值模拟软件,分析了工作面开采过程中的垂直应力,特别是超前支承压力的分布规律,以此划分了应力异常集中区,强矿压危险区域为工作面轨道顺槽前方不规则煤柱的尖角处,垂直应力集中系数达到2.75。利用电磁辐射对上述危险区域进行重点监测,对超过临界预警值的区域,及时采取煤体卸压爆破进行强矿压危险性的卸压解危,并利用电磁辐射检验卸压效果,直至监测指标降至临界值以下,最终确保了工作面的安全生产。     

支承压力影响下防火密闭构筑物构建

为了合理确定在支承压力影响下防火密闭墙的位置及结构,文中结合工作面支承压力分布规律,参考FLAC 3D数值模拟结果和《矿井密闭防灭火技术规范》中的相关要求,最终确定联络巷防火密闭构建在距辅运顺槽副帮4~7m;确定了工作面平巷联络巷防火密闭采用"1.0m混凝土墙+1.0m罗克休充填层+1.0m混凝土墙"的结构形式,提出了密闭构筑物使用过程中的管理要求。     

刚性挡墙主动土压力的有限元分析

针对经典土压力理论的不足之处,采用有限单元法对作用于刚性挡墙上的主动土压力进行数值分析,土体采用弹塑性的Mohr-Coulomb本构模型,在土与墙体结构接触面间引入接触单元,并按库仑摩擦准则定义接触关系,研究了刚性挡墙上主动土压力的大小、作用点位置及其分布规律,并对填土性质参数进行了敏感性分析。结果表明,刚性挡墙后主动土压力为凸曲线分布,作用点位置处于O.36~O.40倍墙高处;填土模量的增大将提高土压力数值,但在同时又引起作用点位置的下降;填土重度与土压力数值呈正相关,但对作用点位置的影响却较小;墙土间摩擦系数无论是对土压力大小还是作用点的位置都有较大的影响。     

锯齿状煤柱下工作面支承压力的分布特征

为了研究锯齿状煤柱下工作面支承压力的变化规律以及分布特征,采用FLAC3D5.0数值模拟软件对锯齿状煤柱下工作面推进到不同位置时煤体垂直应力场进行了模拟。通过对工作面推进过程中走向支承压力、倾向支承压力动态演化特征分析得出:受锯齿状煤柱宽度的变化以及煤柱集中应力的影响,煤柱下工作面的应力主要集中在两端,其中三角形区域最为明显,在煤柱最窄处形成叠加应力。