下保护层开采对上覆巷道稳定性的影响

采用FLAC2D有限元数值模拟和现场实测的方法,对下保护层开采引起覆岩的卸压变形进行了研究和分析.结果表明:下保护层开采将使覆岩产生不同程度的卸压,产生大量的垂直和水平裂隙,而这些裂隙会对被保护层煤层巷道产生影响,根据巷道断面变形量的不同,从而确定下保护层开采卸压影响范围,对保护层煤层开采工作面合理布局具有一定的指导意义.     

近水平远距离下保护层开采卸压范围

为了确定晋城矿区保护层开采的卸压保护范围,采用相似模拟、现场实测的方法,研究了保护层开采过程中被保护层的竖向变形规律,得出了保护层开采的有效卸压范围,为相似条件下保护层开采及被保护层巷道布置提供依据。研究表明:保护层开采后,被保护层煤体出现明显的竖向变形,沿工作面推进方向上依次分为压缩区、膨胀区、卸压膨胀区、膨胀区、压缩区;沿煤层上山方向的有效卸压保护角为81.6°,下山方向的有效卸压保护角为79°,走向有效卸压保护角为67.7°;在工作面后方37 m以远,3#煤体膨胀逐渐趋于稳定膨胀值为93 mm,膨胀率为1.55%,煤体卸压充分。     

不同采高上保护层开采卸压效应的UDEC数值模拟研究

利用UDEC软件对不同采高上保护层开采卸压效应进行了数值模拟,得到了在不同采高的上保护层开采时,被保护层在开采过程中的应力和位移变化规律,结果表明：上保护层开采后,采空区下部的被保护层垂直应力随着采高的增加而减小,垂直位移随着采高的增加而升高.为预防煤与瓦斯突出,优化卸压瓦斯抽采系统,提高卸压瓦斯抽采浓度、抽采量以及抽采率提供了一定理论依据.     

煤矿开采引起覆岩移动变形规律的数值模拟研究

以霍州辛置煤矿2204工作面为背景,通过数值模拟开采沉陷过程,分析采动覆岩移动的规律和松散层厚度、采深采厚比对覆岩移动及变形的影响。     

煤矿开采引起覆岩移动变形规律的数值模拟研究

以霍州辛置煤矿2204工作面为背景,通过数值模拟开采沉陷过程,分析了采动覆岩移动的规律;讨论了松散层厚度、采深采厚比对覆岩移动及变形的影响.研究表明,在采厚相同的情况下,冒落带的下沉量基本相同;在采深、采厚相同的情况下,随着松散层厚度的减小,弯沉带、裂隙带的沉降量也逐渐减小;在采厚和松散层厚度相同的情况下,随着采深的增加,弯沉带、裂隙带的沉降量逐渐减小,采动影响的范围却有所扩大.     

高应力巷帮阶梯型卸压孔合理参数研究

为减少常规大直径卸压孔对巷帮稳定性扰动,针对阶梯型钻孔卸压方法,利用ABAQUS建立数值模型,综合考虑巷道围岩变形、垂直应力降低和应力峰值转移等因素,对比分析相同条件下常规大直径钻孔卸压和阶梯型钻孔卸压效果,讨论了阶梯型卸压孔不同组合长度、直径和钻孔间距等合理钻孔布置参数。结果表明：阶梯型钻孔卸压能很好降低巷帮附近围岩垂直应力,将应力峰值向深部转移,还能有效降低钻孔对围岩变形的影响,提高巷道结构稳定性。采用阶梯型钻孔卸压时,靠近巷帮小直径段的孔径不宜大于0.10 m,钻孔长度应小于应力降低区宽度;而深部大直径段的孔径宜大于0.30 m,且钻孔长度不小于围岩应力集中区宽度。卸压孔单排布置时,孔间距小于1.00 m时卸压效果明显。     

不同间距上保护层开采卸压效应UDEC数值模拟

为了对比研究不同间距上保护层开采时对被保护煤层的保护效果,利用UDEC软件对不同间距上保护层开采卸压效应进行了数值模拟,得到不同间距保护层开采时,被保护层在开采过程中的垂直应力和位移变化规律,结果表明:上保护层开采后,采空区下部的被保护层垂直应力随间距的减小而减小,垂直位移随间距的减小而升高.并且模拟得出开采后不同间距被保护层的卸压率、卸压角和变形膨胀率,为预防煤与瓦斯突出,优化卸压瓦斯抽采系统,提高卸压瓦斯抽采质量浓度、抽采量以及抽采率提供了一定理论依据.     

下保护层开采岩移观测与卸压瓦斯的治理

一、概述 淮南矿业集团谢一矿4271B10工作面南起IV线以南133 m,北至Ⅲ-Ⅳ线以南10 m,上限标高-601 m,下限标高-654 m.该工作面走向长330 m,倾斜长110～200m,平均长150 m;煤厚0.7～1.8 m,平均厚1.3 m;煤层倾角7°～28°,平均21°.该工作面上段B10煤层为薄煤区未回采,其上覆B11b煤层Ⅲ-Ⅳ线以北已回采,Ⅲ-Ⅳ线以南未回采.     

钻孔卸压布孔参数的数值模拟

钻孔卸压是解决冲击地压有效方法之一。为了研究布孔参数对卸压效果的影响,采用RFPA2D数值模拟软件,模拟钻孔直径、钻孔间距、钻孔深度、应力对卸压效果的影响。通过模拟及理论分析,得出在其他外界因素一定的条件下,卸压效果随孔径的增大而提高;钻孔时煤体中的应力越大,卸压效果越显著的论断。模拟结果表明：煤岩体在高应力状态35 MPa下,钻孔直径200 mm时,钻孔间距为3.5 m,钻孔直径400 mm时,钻孔间距为4.5 m卸压效果好;在一般应力状态25 MPa下,钻孔直径200 mm时,钻孔间距为2.0 m,钻孔直径400 mm时,钻孔间距为3.0 m卸压效果好。     

深部软岩巷道爆破卸压技术及工程应用研究

为控制深部软岩巷道的变形,利用爆破卸压技术,对淮南矿业集团谢桥矿高应力软岩巷道进行了爆破卸压工程试验,充分改变围岩应力状态,使巷道的变形量及稳定时间得到了很好的控制。     

储层渗透率研究的新进展

在分析煤储层三相介质及孔、裂隙三元结构系统的基础上 ,探讨了煤层的解吸、扩散和层流机理及煤储层渗透率的实验和试验方法,尤其强调了数值模拟在渗透率研究中的重要作用。     

真实复杂地层大直径钢顶管三维数值模拟研究

为了揭示地表沉降与管周土体扰动沿顶进方向的真实变化规律,本文提出了真实复杂地层三维数值建模方法。依托某市北线引水工程隐患整改顶管工程项目,采用FLAC3D分析平台开展了真实复杂地层和简化均匀地层条件下的大直径钢顶管施工数值模拟研究。模拟结果及现场地表沉降实测结果对比表明：基于真实复杂地层模型的模拟结果与现场沉降监测结果吻合较好,能够准确反映地表沉降沿纵向的变化规律,而简化地层模型模拟结果与监测值差距较大。扰动分析表明顶管施工时会引起其上方地层的沉降变形和下方地层的抬升变形,其变形值大小与地层土体性质和分布有关。顶管上覆土体横向位移基本朝向顶管轴线,其变形受土体空间分布的影响较小,但顶管下部土体的横向变形受土体空间变化影响较大。地表沉降的横向影响范围为?5.3D（D为顶管直径）,且受土层分布影响较小,但地表沉降值受地层分布影响较大。     

浅覆土盾构穿越潮汐河流地层变形规律

当前中国城市轨道交通发展迅速,地铁开挖下穿越潮汐河流面临诸多风险。为研究浅覆土盾构穿越潮汐河流的地层变形规律,以青岛地铁四号线盾构法穿越某浅覆土潮汐河流为依托,重点考虑河流的潮汐变化,结合工程中采用的注浆压力、工作面压力等施工参数,运用数值模拟的手段建立了更加符合实际情况的起伏地层,进而对地层变形规律开展研究。研究发现河底地层变形与河道水位深度呈正相关;涨潮和退潮时的地层横向沉降曲线形状存在差异且最大沉降量相差达50%;隧道掘进在时间效应上的地表沉降可分为4个阶段,需加强对中期盾构开挖及加固阶段的监测频率。     

含瓦斯煤岩破裂过程固气耦合数值模拟

根据瓦斯渗流与煤体变形的基本理论,并引入煤体变形过程中细观单元损伤与透气性演化的耦合作用方程,建立了含瓦斯煤岩破裂过程固气耦合作用模型·应用该模型模拟研究了煤矿开采诱发的煤与瓦斯突出过程、突出前后煤体中瓦斯压力的变化规律以及采动影响下瓦斯抽放过程中煤层透气性的演化和抽放孔周围瓦斯压力的变化规律,这对于进一步深入理解煤与瓦斯突出机理、瓦斯抽放作用机制等并采取相应的预防和控制措施等具有重要的理论和实践意义·     

大宁—吉县地区5号煤层现今地应力预测及其对煤层气开发的影响

现今地应力场对煤储层渗透率具有极其重要的控制作用.中国鄂东大宁—吉县地区煤层气资源丰富,然而该区现今地应力研究程度较低,限制着该区煤层气的高效开发.为查明大宁—吉县地区主采煤层现今地应力场特征,利用三维有限元数值模拟方法对下二叠统山西组5号煤层现今地应力分布进行预测.结果表明,5号煤层现今地应力表现为正断型应力机制.鄂东大宁—吉县5号煤层最大水平主应力在15.4～21.6 MPa,最小水平主应力在9.8～14.4 MPa,构造变形的复杂性影响地应力分布.现今地应力控制压裂裂缝扩展,研究区现今地应力状态下的压裂缝沿NNW-SSE向垂直扩展.研究区5号煤层应力差大部分小于6 MPa,具备形成复杂裂缝网络的地应力基础.煤层渗透率随有效地应力的增大呈指数减小,有效地应力越大,煤储层的渗透性越差.研究区东南部远离断层,地应力值相对较低,有利于形成煤层气富集区.研究成果可为大宁—吉县地区煤层气效益开发提供地质基础与科学指导.     

覆岩采动卸压瓦斯高位钻孔抽采技术

为解决工作面隅角瓦斯超限难题,提出了在外错高抽巷内布置高位钻孔抽采工作面覆岩采动卸压瓦斯方法。针对李雅庄煤矿2-603工作面开采技术条件,建立了高位钻孔围岩结构力学模型,采用理论分析、数值模拟分析及现场实测分析等方法,确定了外错高抽巷内高位钻孔终孔合理位置。首先,覆岩采动裂隙主要分布在上山采动角62°以内,下山采动角65°以内,距离煤层底板13～25 m和38.6～50 m等2个区域,高位钻孔终孔应布置于第二区域内。其次,高位钻孔终孔位于2煤顶板44 m处,采空区内投影长度不小于28 m时,钻孔抽采瓦斯浓度高,且持续抽采时间长。最后,工程应用效果表明,2-603工作面上隅角瓦斯浓度生产班、检修班分别为0.50%～0.95%,0.47%～0.89%,避免了隅角瓦斯超限,保障了工作面安全高效回采。     

综放工作面采动过程顶煤变形与支护

为了研究综放工作面采动过程顶煤区域的变形与支护问题,以东峡煤矿项目综放工作面为工程背景,根据该项目综放工作面具体煤层特性,分析综放工作面支架的架型、支护强度等参数,同时结合现场监测资料,验证液压支架的额定工作阻力是否满足工作面现场要求。采用离散元软件模拟分析方法对东峡煤矿项目综放工作面采动过程顶煤变形和支护进行了数值模拟研究,对其应用效果进行验证。随着工作面继续向前推进,上覆基本顶发生周期性垮落,平均周期来压步距在20米左右。此外,液压支护对于综放工作面的支护效果并未随着推进长度的增加而发生较大变化。经计算和现场监测数据,得出选用的液压支架能满足项目综放工作面支护要求。     

煤岩灾变过程应力场-损伤场-渗流场耦合效应数值模拟

为了揭示采动下煤岩灾变过程损伤-渗流诱发煤与瓦斯突出的灾变机制,基于含瓦斯煤岩破裂过程气固耦合理论,运用真实破裂过程分析RFPA2D系统中的GasFlow模块,模拟了采动过程中煤岩突出多场耦合效应与瓦斯卸压抽放渗流规律,研究了煤岩层中应力状态的变化及裂隙演化过程对透气性的影响.模拟结果表明:随着开采的进行,在扰动应力场和瓦斯压力的共同作用下,工作面与邻近高压瓦斯区之间的煤岩出现了裂纹萌生、扩展与最终贯通的演化过程;并且裂纹导通后,工作面与邻近高压瓦斯区之间煤岩的透气系数显著增大,其大小可能是贯通前的数倍.上述结果验证了采动下煤岩突出灾变过程的应力场-损伤场-瓦斯渗流场耦合效应,为采取合理的卸压消突或瓦斯抽放措施提供了一定的理论依据.     

急倾斜下保护层倾向保护范围数值模拟及验证

基于保护层项底板煤岩层的物理力学参数和地质特征,利用有限元软件ANSYS生死单元模拟下保护层开采,观察开采后的被保护层应变、应力场的变化情况,根据保护准则确定倾向保护范围.结果表明,下保护层开采急倾斜煤层沿倾向下部边界的卸压角为88°.同时,在实验现场通过布置压力孔,观测压力变化情况来分析确定保护范围沿倾向下部边界的卸压角为86°.对比分析数值模拟和现场实验的结果,在现场施工不确定因素影响下,最后确定下保护层开采急倾斜煤层沿倾向下部边界的卸压角为86°.