倾斜煤层底板采动破坏深度计算及破坏特征分析

根据半无限体理论,建立了倾斜煤层走向底板采动破坏深度力学求解模型,计算了倾斜煤层底板采动最大破坏深度。以平煤十矿的开采地质条件为工程背景,基于FLAC~(3D)数值仿真软件,对22300工作面底板采动破坏特征进行数值模拟。研究表明:沿煤层走向方向,底板采动塑性破坏区大致呈1个勺底偏向停采线一侧的"勺状"分布形态,且当推进至工作面"见方"期(回采距离等于工作面斜长)时,底板采动破坏深度首次达到峰值15 m。采用位移传感器法,对底板破坏深度进行现场实测,底板位移监测曲线表明,底板采动最大破坏深度为14~16 m,与理论计算及数值模拟所得结果吻合。     

深部倾斜煤层采动底板破坏演化特征分析

为研究深部倾斜煤层底板破坏特征及破坏深度,以羊东煤矿8469工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的方法,对煤层采后底板应力分布规律、塑性区发育特征及破坏深度进行了研究。通过数值模拟与理论分析可知:煤层开采后,作用在周围煤岩体上的支承压力产生不同的应力分区。沿煤层走向方向,应力呈对称性变化,形状近似马鞍状,在工作面两端处产生应力集中;沿煤层倾向方向,倾斜剪切力的存在使底板岩体由采动破坏转变成滑移破坏,塑性破坏区和应力变化大致呈勺型分布形态,最大应力集中区出现在工作面下侧。随着工作面向前推进,底板破坏范围相应增大,但推进255m后,破坏深度不再增加。现场实测表明,底板浅部岩层最早受到扰动,且受到的扰动程度最高。扰动范围随最大注水量的减少而增加,在底板下25m范围内的岩层受影响较小。由此可知,该工作面底板破坏深度为25.0～29.2m。     

承压水上采煤底板破坏特征北大核心

根据弹性力学空间半无限体理论建立了沿煤层走向底板受力力学模型,计算了工作面推进过程中底板内任一点处的水平应力大小。以菏泽龙固煤矿1302工作面的采场条件为工程背景,基于FLAC^(3D)数值仿真软件对该工作面推进过程中底板破坏特征进行数值模拟。研究表明:煤层回采后,采动底板最大破坏深度为15 m左右。采空区底板水平应力呈"凹"型分布,随着工作面的推进,采空区两端煤壁附近底板水平应力集中效应显现。采用钻孔双端封堵测漏装置对1302工作面底板破坏深度进行现场实测。实测表明:1302工作面底板最大破坏深度为14 m,与数值模拟所得结果基本吻合。     

承压水上采煤底板破坏特征

根据弹性力学空间半无限体理论建立了沿煤层走向底板受力力学模型,计算了工作面推进过程中底板内任一点处的水平应力大小。以菏泽龙固煤矿1302工作面的采场条件为工程背景,基于FLAC~(3D)数值仿真软件对该工作面推进过程中底板破坏特征进行数值模拟。研究表明:煤层回采后,采动底板最大破坏深度为15 m左右。采空区底板水平应力呈"凹"型分布,随着工作面的推进,采空区两端煤壁附近底板水平应力集中效应显现。采用钻孔双端封堵测漏装置对1302工作面底板破坏深度进行现场实测。实测表明:1302工作面底板最大破坏深度为14 m,与数值模拟所得结果基本吻合。     

煤矿顶板采动破坏高度模拟与实测技术研究

针对工作面开采后顶板采动破坏带探测难题,为了掌握开采引起的顶板岩层裂隙发育高度,确保含水层下煤层安全开采,先采用经验公式预计、FLAC3D数值模拟等方法,对阳城煤矿实际工作面顶板采动裂隙发育高度进行计算和模拟,再运用"钻孔双端封堵测漏装置"进行现场实测,对经验公式预计和数值模拟结果进行验证,并使三者结果进行相互比对。研究表明:(1)顶板采动破坏带发育高度的理论公式预计值为41.3m,数值模拟结果为33.92m,现场实测结果为37.67m;数值模拟结果与现场实测所得结果基本接近,而经验公式预计的结果偏于保守,综合考虑,确定该工作面顶板岩体采动最大破坏高度为37.67m;(2)随着工作面推进,顶板塑性区不断增大,当工作面推进至90m时,顶板岩体裂隙发育高度已经达至上限值33.92m,此后不再增加,塑性区最大高度呈一条与煤层顶部近似平行的直线,且顶板塑性区变化与最大主应力的变化趋势一致;(3)从煤层倾向切面来看,顶板塑性区发育高度形状近似成"马鞍形",这与实际相吻合。综上所述,该煤矿顶板采动破坏高度模拟与实测结果,可指导煤矿安全生产,并为矿井防治水提供重要的科学依据,具有重要的实用价值。     

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。     

采动与隐伏断层双重作用下底板破坏特征

针对工作面底板含隐伏断层条件下底板水害多发的问题,综合数值计算与现场实测2种方法探究底板岩体采动破坏特征。模拟结果得出:底板塑性区范围随工作面推进距离增加而扩大,距底板隐伏断层远场的完整型底板岩体最大破坏深度约为18 m,靠近底板隐伏断层的岩体最大破坏深度约为28 m,隐伏断层活化是促进底板破坏深度增加的积极因子;受隐伏断层存在的影响,底板岩体采动破坏范围呈现出以过隐伏断层顶部竖轴为对称轴的正"八"型破坏形态;钻孔窥视实测得到采动破坏影响范围内呈现出裂缝贯通型"环形"破坏圈的特征,底板采动破坏深度最大值约为29 m。结果表明:受隐伏断层和采动应力影响,底板破坏深度明显增大,且扩展路径沿着隐伏断层顶部斜向下发展,数值模拟与实测结果误差约为3.4%。     

大采高工作面底板破坏深度实测与数值模拟

针对寺河矿3~#煤层带压开采问题,选取W2302综采工作面为工程背景,进行底板破坏深度研究。采用现场压水试验方法,对该工作面底板破坏规律进行采前、采后全过程实测,利用FLAC~(3D)数值模拟软件,对底板破坏深度和型态进行了数值仿真。研究结果表明:现场实测该工作面采后底板最大破坏深度为17.8 m;数值模拟底板破坏最大破坏深度为20 m,二者结果基本相吻合。     

工作面底板采动破坏深度研究

以新元矿9203工作面实际开采情况为背景,采用应变法现场原位监测煤层底板采动破坏深度,通过现场煤层底板监测钻孔内不同深度的应变传感器采集到的采动中应变变化规律,分析得出工作面底板采动破坏深度在11.5~13.5 m之间,再利用FLAC3D软件进行数值模拟,对模拟结果的应力分布及塑性区范围分析,结合煤层底板实际岩层组合情况,得出底板采动破坏深度约为12.2 m,该值在现场监测结果范围之内,验证了现场监测结果的正确性。     

采动条件下厚煤层底板破坏规律动态监测及数值模拟研究

以某矿综放工作面的开采实际为背景,采用现场应变测试和数值模拟相互验证的方法,对采动条件下厚煤层底板破坏深度进行综合对比研究。现场实测表明,某矿综放工作面煤层底板岩体破坏深度介于13~16 m之间,采动矿压对底板的影响具有较远距离的"超前"显现和"滞后"延续的特点,(超前、滞后距)表现有由浅及深相应减小的总体特征;数值模拟研究表明,工作面底板下0~16 m为底板破坏影响带,即底板最大破坏深度为16 m,16~36 m岩层受煤层开采影响较小,再往下有接近原岩应力的趋势;综合分析得出该面采动底板变形破坏深度为16 m,研究结果为我国类似条件下煤炭资源安全开采及矿井水害防治提供参考依据。     

带压开采首采工作面底板破坏深度研究

为得到离柳矿区柳家庄煤矿8号煤层首采工作面底板破坏发育特征,采用数值模拟及现场实测相结合的方法,研究了80101首采工作面底板破坏裂隙的发育形态及深度、不同工作面宽度条件下的底板破坏深度发育特征;根据压水判别依据,确定了5组底板破坏探测孔裂隙发育深度的实测数据。数值模拟结果表明:未受相邻采场采动应力影响下的首采工作面底板破坏深度发育较小,底板破坏在工作面走向上呈倒马鞍形,即工作面端部两侧底板破坏深度最大,最大破坏带向外侧倾斜为剪切破坏为主;工作面中部底板破坏深度小,以拉张破坏为主;底板破坏深度受工作面宽度影响较大,底板采动破坏深度与工作面宽度呈线性变化。现场实测结果表明,柳家庄煤矿80101首采工作面底板破坏深度为16.32~16.92 m,验证了数值模拟的有效性,同时为离柳矿区下组煤带压开采提供了基础资料。     

近距离特厚煤层采动影响下底板破坏及巷道稳定性研究

以开采平朔煤矿近距离特厚煤层过程中底板巷道的稳定性为研究背景,通过理论分析、数值模拟及现场实测,对采动影响下的底板变形和破坏规律进行探讨。结果表明:工作面底板破坏深度理论计算值为18.4 m(煤层间距35 m),底板巷道的顶板较为完整,该结果与钻孔窥视仪实测结果相一致。数值模拟结果发现,随着工作面的推进,工作面的底板破坏深度不断增加,破坏范围不断扩大,当工作面推进100 m时,采动影响造成的底板最大破坏深度达到16 m,应力峰值和应力集中系数分别为16 MPa、3.2。随着工作面向前推进,巷道两帮移近量、顶底板移近量受采动影响的变形规律可分为3个阶段,即缓慢增加段、快速增加段、稳定变形阶段,在-100 m～-50 m范围内,采动对巷道变形影响较小,巷道变形增加缓慢;在-50 m～50 m范围内,采动对巷道变形影响十分强烈,变形呈现快速增加;在50 m～100 m范围,采动效应较弱,巷道变形保持稳定。     

倾斜煤层底板采动应力分布规律及破坏特征

为探究倾斜煤层采动底板应力分布规律,根据弹性力学中的半元限体理论推导建立了沿煤层倾斜方向底板应力求解力学模型,计算了倾斜煤层采动底板内任一点处的水平应力、剪应力大小。基于FLAC~(3D)数值仿真软件对陈四楼煤矿21110工作面回采动过程中底板的应力变化规律和破坏特征进行了数值模拟。研究表明:1)当工作面推进90 m时,煤壁下方底板垂直应力开始大于水平应力,采空区煤层下方30 m范围内底板岩层中水平应力大于垂直应力,采空区煤层下方10 m范围内水平应力的减小幅度远小于垂直应力的减小幅度;2)当工作面推进至工作面"见方"(推进距离与工作面宽度相等)期时,煤壁后方10 m处采空区底板垂直应力开始大于水平应力,并且其减小幅度小于水平应力的减小幅度;3)采用钻孔双端封堵测漏装置对21110工作面进行现场实测,测得底板最大破坏深度为16.2 m,与理论计算、数值模拟所得结果基本吻合。     

深部开采底板采动破坏深度演化规律研究

针对深部开采工作面底板采动破坏带深度实测困难、已知实测数据极少的难题，采用数值模拟与井下钻孔注水试验相结合的方法，分别对林西矿深部工作面底板岩层完整区域、破碎区域底板采动破坏演化规律及深度进行了研究。注水试验实测结果表明：底板岩层完整区域采动破坏带深度为23.58 m,破碎区域采动破坏带深度为37.45 m。数值模拟结果表明：随工作面开采推进，岩层完整的底板采动破坏深度发育将经历“增长-稳定”的过程；岩层破碎的底板采动破坏深度发育将经历“增长-稳定-突增-稳定”的过程；底板赋存小构造(或裂隙)“活化”,并与底板采动裂隙联通，是导致岩层破碎的底板采动破坏深度加大的根本原因。     

采动影响下底板破坏规律及底板巷道稳定性分析

为进行采动影响下煤层底板变形破坏规律的研究,建立底板破坏深度求解力学模型,依据关键层理论和弹性理论得到沿走向底板内支承压力传播规律,再借助FLAC3D数值模拟软件分析3煤底板破坏特征,将倾斜煤层底板采动最大破坏深度按照相关理论进行核算。研究表明：底板浅位置的岩层,垂直应力等值线变化梯度相对较大,形状为半椭圆形;工作面回采重新达到平衡后,煤层底板的主要破坏形式为剪切破坏,且3煤工作面采动底板破坏最大破坏深度在21 m左右,底板巷道塑性区无明显增加;滑移线理论计算出采空区底板最大屈服破坏深度为10.68 m,而3号煤底板巷道与3号煤层相距约30 m,3号煤层的开采几乎不会对底板巷道造成影响,计算结果与仿真模拟结论相近。     

煤层底板采动破坏特征综合测试及数值模拟研究

以某矿综放工作面开采实际为背景，通过应变法对煤层底板不同深度岩层变形程度随工作面推进的变化进行实测，得出采动矿压对底板的剧烈影响范围具有“超前”显现和“滞后”延续特点，且矿压剧烈影响超前显现距为37 m，矿压剧烈影响滞后显现距为32 m，表现为由浅及深相应减小的总体特征；结合采动底板钻孔窥视镜成像分析，确定出工作面底板采动破坏深度约为12 m；以现场实测结果为基础，采用FLAC3D数值模对煤层底板采动破坏特征进行分析，揭示出煤层开采过程中底板的三维破坏特征。采用现场应变实测、原位钻孔窥视镜观测和数值模拟相互验证的方法，对煤层底板破坏特征进行综合对比研究，弥补了以往研究手段单一的缺点。     

承压水矿区切顶沿空留巷底板破坏理论与应用

为了研究承压水体上切顶沿空留巷底板破坏特征,基于矿山压力、弹性力学理论,考虑了沿空留巷条件下沿倾向方向上一个工作面顶板提前垮落对上覆岩层的支承作用,分别构建了周期来压时采场底板力学计算模型,理论计算采后底板分别在走向方向与倾向方向的破坏形态;采用钻孔压水试验与直流电法观测等多种实测手段验证了奥灰承压水体上开采底板破坏深度。研究表明:(1)理论计算采后底板沿工作面走向和倾向破坏形态:常规留设煤柱开采方式分别呈"勺形"和"倒马鞍形"、切顶沿空留巷开采方式均为"勺形";(2)常规留设煤柱开采方式底板破坏深度最大位置在工作面超前位置,切顶沿空留巷开采方式底板破坏深度最大位置在沿空留巷侧;(3)理论计算切顶沿空留巷开采较常规留设煤柱开采最大底板破坏深度减小1.8 m,减小百分比为13.8%,现场实测中切顶沿空留巷工作面底板破坏深度分别比条件相近的采用常规留设煤柱方式开采的董家河煤矿22507工作面、王村煤矿13506工作面底板破坏深度分别减小了2.06 m与1.86 m,减少百分比分别为19.1%与17.5%。理论计算与现场实测均表明切顶沿空留巷开采较常规留设煤柱开采方式底板破坏深度有着明显的减...     

杨村煤矿综采条件下薄煤层底板破坏深度的实测与模拟研究

通过2个监测钻孔8个应变传感器探头组成的现场应变实测系统实测应变增量的变化曲线,研究了兖州煤田杨村煤矿下组煤16上薄煤层底板采动变形破坏的深度及其受采动煤壁前方影响的范围。结果表明：16上煤底板破坏深度介于8.4~10.1 m;而运用FLAC3D进行底板变形破坏数值模拟得出的底板下塑性区破坏深度为9.1 m,与实测结果差别不大。     

杨村煤矿下组薄煤层底板采动效应特征研究

杨村煤矿下组煤的开采受到底板承压水的威胁,采动底板破坏深度的研究是底板岩层阻水能力评价的关键。以杨村煤矿4602工作面水文地质条件为基础,建立了下组薄煤层底板工程地质模型,通过数值模拟软件FLAC3D模拟研究煤层底板采动变形破坏规律,得出在正常采动情况下底板最大破坏深度约为12 m;并与该工作面底板实测结果进行了对比验证,二者结果基本一致。研究结果为杨村煤矿下组煤的合理开采、支护及底板岩层阻水性的评价提供了参考依据。     

煤层底板采动应力分布及破坏特征

基于弹性理论建立了沿煤层走向采动底板受力力学模型,计算了煤层回采过程中底板内任一点处的剪应力大小。根据武所屯煤矿16105工作面采场条件,利用FLAC~(3D)数值仿真软件对工作面回采过程中底板的应力分布规律进行流固耦合数值模拟。研究表明:煤层回采后,采空区底板垂直应力等值线呈"椭圆型"分布,采空区底板垂直应力向底板深部先迅速减小后缓慢增加,且增加的幅度越来越小。工作面两侧采动底板剪应力等值线大致呈"泡型"分布,当工作面推进至工作面见方(工作面推进距离等于其斜长)期时,底板剪应力达到峰值12 MPa,此时底板剪切破坏最为严重,同时还模拟计算了16105工作面底板的最大破坏深度为15 m。