软煤层巷道支护数值模拟研究

针对新义煤矿11011工作面回采巷道煤层松软、围岩变形大、现有微拱工字钢支护难以满足生产安全需要的问题,利用FLAC数值模拟软件分别对微拱工字钢和外扎腿U型钢支护下的巷道位移矢量特征、应力特征及塑性区范围进行了分析．结果表明,外扎腿u型钢支护,能有效地改善围岩的应力状态和控制围岩的变形量,适合该矿软煤层特征;通过对12011皮带运输巷进行的工业性试验的实测变形数据分析表明,外扎腿u型钢支护,降低了顶板与两帮收敛速度与位移,提高了软岩巷道围岩强度和自承能力,维护了巷道围岩的稳定性,支护效果良好,能满足新义煤矿安全生产的要求,可为类似条件下的巷道支护提供参考．     

矿井底板突水的数值模拟

本文根据碉石力学和渗流力学理论，用广义的运动稳定性原理，建立了矿井底板突水的数学模型和突水发生的判别准则，并进行了数值模拟。     

邻近煤层受采动影响瓦斯排放率数值模拟研究

邻近煤层受采动影响瓦斯排放率与层间距的数值关系尚不明确,在预测和确定瓦斯排放率时,工作量大且精度难于保证。针对上述问题,根据邻近层瓦斯排放率与层间距的关系曲线,进行栅格化处理,得到了邻近煤层瓦斯排放率与层间距之间对应的原始数据。根据原始数据,对邻近煤层瓦斯排放率进行数值模拟,分别建立了上邻近层、缓倾斜煤层下邻近层和倾斜、急倾斜煤层下邻近层瓦斯排放率数学模型,并且对数学模型进行了误差分析和精度考察。研究表明,建立的邻近层瓦斯排放率预测数学模型精度高,可以为邻近层瓦斯涌出量预测、突出煤层开采保护层的条件选择和开采保护层的保护效果检验工程应用方面提供便利。     

煤层底板裂隙网络的生成

矿井突水案例分析表明，绝大多数突水是由构造引起的。因此，将岩体作为由裂隙切割而成的介质来分析矿进突水无疑更接近实际情况。本依据对现场石门岩壁裂隙统计得到裂隙分布规律，应用Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ法模拟原理，生成裂隙网络，为进行岩体裂隙特性评价和裂隙岩体力学模型的建立奠定了基础。     

承压水上采煤底板破坏规律流固耦合研究

为分析承压水上采煤底板变形破坏规律,建立了承压水上采煤流固耦合数学模型,采用FLAC3D模拟软件分析之。运用正交试验的方式对底板变形破坏影响较大、易量化的4个因素进行分析;在此分析基础上得出单一因素对底板破坏的影响关系。分析结果表明：影响底板破坏深度大小的因素依次是工作面宽度、隔水层厚度、承压水压力和煤层埋深;随着隔水层厚度的增加,底板的破裂深度及范围有减小的趋势,同时在隔水层底部的原位张裂范围也在减小,甚至消失;在流固耦合模式下随着水压力的增加,岩体的破坏程度远远大于非耦合的情况。     

煤层底板破坏带电阻率法异常特征研究

我国大约60％的煤矿不同程度受到奥灰水的影响,研究承压水上采煤引起的底板破坏规律对于煤矿安全开采具有十分重要的意义。本文对电阻率法探测井下底板破坏带视电阻率异常特征进行研究。应用商业电法正反演软件EarthImager3D设计工作面推进过程中底板破坏带地质模型,利用混合边界条件下有限差分法进行正演模拟,并分析其异常特征和分布规律。正演结果表明,电阻率法能探测出底板破坏带异常,随着工作面的推进,在视电阻率剖面图上异常体的位置出现相应的移动。     

承压含水层上采煤突水危险性评估研究

为了评价岩层阻水性能、确定导升带高度,准确评估不同地质和采掘条件下承压含水层突水危险性,实施了井下钻孔水压致裂综合测量,并采用数值模拟方法评估了带压开采突水危险性．实际观测表明,泥岩、粉砂岩、中砂岩、灰岩阻水性能由大到小,导升高度则由小变大;模拟结果显示,当隔水层厚度较大且没有垂向导水构造时,正常地层不会发生奥灰突水;当存在陷落柱时,随着采面推进向陷落柱接近,采矿扰动导致柱体内应力集中及集中范围不断加大,柱体内岩层裂隙活化不断加强,当采动应力集中带与柱体内应力集中带之间煤岩柱不足以抵抗地下水压力时,即发生突水．     

低透气性煤层松动爆破增透机理数值模拟研究

运用RFPA2D—Flow固气耦合系统模拟了松动爆破抽放低透气性煤层内瓦斯的过程,解释了爆破松动是增加低透气性煤层透气性的有效途径,本文对松动爆破前后抽放过程中煤层内瓦斯压力和瓦斯渗流场的变化规律进行了数值模拟对比,为进一步理解瓦斯抽放、松动爆破增透机理等提供理论基础和科学依据。     

有限空间双孔平面射流的数值模拟及试验验证

用物理试验和数值模拟两类方法，揭示定常的二维双孔层流射流在有限开空间内的流动结构．数值模拟是用混合有限分析格式求解相应的边界条件下的纳维－斯托克斯方程．计算结果和试验资料吻合良好，均发现双孔射流混合为单股射流后，其主流稳定地向一侧偏移．     

Analysis of the Harmfulness of Water-Inrush from Coal Seam Floor Based on Seepage Instability Theory

A theory of seepage instability was used to estimate the harmfulness of water-inrush from a coal seam floor in a particular coal mine of the Mining Group, Xuzhou.Based on the stratum column chart in this coal mine, the distribution of stress in mining floors when the long-wall mining was respectively pushed along to 100 m and to 150 m was simulated by using the numerical software (RFPA2D).The permeability parameters of the coal seam floor are described given the relationship between permeability parameters.Strain and the water-inrush-indices were calculated.The water-inrush-index was 67.2% when the working face was pushed to 100 m, showing that water-inrush is possible and it was 1630% when the working face was pushed to 150 m, showing that water-inrush is quite probable.The results show that as long-wall mining is pushed along, the failure zone is enlarged, the strain increased, and fissures developed correspondingly, resulting in the formation of water-inrush channels.Accompanied by the failure of the strata, the permeability increased exponentially.In contrast, the non-Darcy flow β factor and the acceleration coefficient decreased exponentially, while the increase in the water-inrush-index was nearly exponential and the harmfulness of water-inrush in the coal mine increased accordingly.     

长壁工作面顶底板稳定性数值模拟

通过对淮南潘三井田１２２１工作面１３－１煤层顶底板沉积岩体结构的综合分析,同时考虑了沉积岩体在垂向和侧向上不连续的地质特征,概化为３种地质力学模型,应用弹塑性力学有限元方法进行了工作面周围应力分布计算．结果表明：在采动影响下,煤层顶底板岩体中明显地存在着一种对称的双应力拱,由于介质的不连续性导致采动应力场的挠动,局部产生附加应力,在回采过程中将对煤层顶底板的稳定性产生不利的影响．     

低透气煤层预裂瓦斯运移数值模拟及抽采试验

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采难问题,利用数值模拟软件RFPA^2D—Flow再现了采取煤层深孔爆破预裂后,瓦斯在煤层及爆生裂隙中的流动规律。研究结果表明,预裂圈内煤和岩石的孔隙率大大提高,煤层透气性显著增加,但当裂隙圈之间不相交时,瓦斯同样很难在完整的低透气性煤体中运移,因此只有当抽采瓦斯钻孔处在裂隙圈中才能高效抽采瓦斯。现场试验证实,低透气性煤层预裂后,有效导通裂隙增加,布置在裂隙圈内抽采瓦斯钻孔可以获得高效抽采瓦斯效果,从而降低煤与瓦斯突出危险性。     

潘三矿立井揭煤瓦斯抽采模拟研究

瓦斯抽采对于立井揭突出煤层起到重要的作用,准确的确定钻孔瓦斯有效抽采半径和合理的在待抽煤层中布置抽采钻场对煤层消突具有关键性作用。基于多孔介质中流体流动达西定律理论,采用COMSOL Multiphysics软件对该煤层瓦斯抽采进行了模拟。模拟结果表明,此煤层的瓦斯有效抽采半径为3 m,随着抽采时间的增加,煤层瓦斯压力逐渐的降低,但降低的速率会逐渐的减小。瓦斯抽采30天后,其残余的瓦斯压力为0．18 MPa ,这与现场实测的最大残余瓦斯压力0．2 MPa相接近,这说明了模型的可信性,其模拟结果可为瓦斯抽采设计提供参考。