采动水浸作用下矿井地下水库残留煤柱稳定性

构建了采动水浸耦合作用下矿井地下水库流-固耦合数值模型,定义了煤柱损伤度并给出了煤柱临界损伤度计算方法,用以量化煤柱损伤程度.在此基础上模拟了相邻3个工作面开采及采空区蓄水对煤柱稳定性的影响规律.结果表明:首采工作面开采完毕观测区域煤柱损伤度达到44％,相邻工作面开采完毕后煤柱损伤度达到55.6％.煤柱损伤度均在工作面...     

推进速度影响下的上湾煤矿高强度开采覆岩-地表移动特征

为了获得上湾矿特大采高(8.8 m)工作面高强度开采的覆岩-地表移动特征,对基岩破断移动、地表下沉开裂以及矿压显现进行了系统观测。观测结果表明：与传统厚硬岩层为主导的高强度覆岩移动特征不同,上湾矿12401工作面采动覆岩移动主要受三层控制层的影响,分别为基本顶、关键层以及顶部厚软岩层(缓冲层),且由于推进速度的影响形成了“两带”和“三带”基岩的破坏模式。下位基本顶和关键层共同决定工作面的矿压显现程度;关键层的破断导致基岩整体剧烈沉降,同时由于缓冲层为厚而软的砂质泥岩,具有较强的膨胀性,对开采覆岩移动传导具有一定的缓冲作用,是基岩形成“三带”的关键因素。通过对覆岩-地表移动规律的分析,提出了基于覆岩控制层的地表裂缝主控机理,获得了推进速度影响下的覆岩-地表移动特征,为预防采动地表破坏和实现减损开采提供了科学依据。     

矿井地下水库破碎岩体运移的DEM-CFD耦合分析

利用矿井采空区建设矿井地下水库有利于协调煤矿开采与矿区水环境保护利用.采空区垮落带作为矿井地下水库协同承载体与库容体,在矿井地下水库循环蓄放水过程中内部破碎岩体的运移直接影响垮落带孔隙率的分布与渗流特性.以矿井地下水库为工程背景,构建矿井水渗流的破碎岩体流固耦合模型,量化分析了垮落带孔隙率、破碎岩体半径以及流体流速对破碎岩体流体压力和运移的影响.在此基础上,借助PFC3D与Python进行了破碎岩体模型不同流体流速的DEM-CFD耦合数值模拟.研究结果表明:水渗流过程中对破碎岩体的流体压力由拖曳力与梯度压力组成,且在矿井水库工程背景下,梯度力可以忽略不计.垮落带孔隙率的增加,促使流体压力急剧减小,在垮落带孔隙率范围内对破碎岩体运移影响较小.流体压力随着破碎岩体粒径的增加呈幂函数式增加,但破碎岩体的增加同时造成重力的升高,使得破碎岩体移动所需的流体压力大幅度增加,进而造成破碎岩体越小越容易被流体携带.由于破碎岩体间接触应力的存在,使得流体很难打破原有的破碎岩体孔隙平衡结构.只有游离于破碎岩体结构孔隙内的小破碎岩体才能被流体携带,这对整体破碎模型孔隙率影响较小.研究结果有助于科学评估矿井地下水库蓄放水过程中垮落带孔隙率的演化情况.     

基于覆岩损伤本构模型的高强度开采参数确定及减损效果评价

西部矿区属于生态本底脆弱的干旱半干旱地区,煤炭资源的高强度开采加剧了矿区生态环境破坏.通过选择合理的开采参数(采高、面长、推进速度)既能保证工作面回采效率,又能减弱煤层开采引起的覆岩变形破坏.为此,本文基于损伤力学构建采动岩体损伤的本构模型,定义了覆岩损伤度指标定量表征开采扰动覆岩三维空间损伤程度.以西部矿区上湾煤矿地...     

西部矿区厚基岩特大采高工作面导水裂隙带发育特征

为了获得西部矿区部分厚基岩、中等埋深赋存条件下特大采高工作面裂隙发育特征,以上湾矿12401工作面为例,采用经验公式、数值模拟与现场实测相结合的方法进行了对比研究。结果表明:现阶段针对我国东西部矿区典型地质条件获得的经验公式很难适用于本文特大采高、厚基岩、中等埋深地质条件下的工作面。基于西部矿区地质条件的经验公式预测结果明显偏大,而基于东部矿区地质条件的经验公式预测结果则明显偏小。基于损伤本构模型的数值模拟结果与实测结果误差小于5 %,工作面推进过程中导水裂隙带的发育特征为:由于覆岩软硬岩层的存在,导水裂隙带向上呈台阶形发育;裂隙带形态随着采动程度的变化从“拱形”(三维“壳形”)转变为“马鞍形”(三维“盆状形”)的发育过程。