开采扰动区断层采动活化诱发岩体动态变形模型实验

开采扰动区断层采动活化是诱发动力学灾害的典型难题之一。断层采动活化诱发岩体动态变形规律研究是揭示煤岩体结构、应力与力学行为对灾害控制作用的基础前提。通过对物理相似模型实验和声发射、应力与变形指标监测,揭示开采扰动区断层下盘、断层附近及断层上盘随工作面推进覆岩运移和矿压显现规律。实验研究表明:断层存在破坏了煤层顶板及上覆岩层的整体连续性,工作面矿压及上覆岩层垮落规律表现异常,断层极易活化,滑移现象明显;断层活化诱发上覆岩层发生整体切落,对工作面前方煤体产生很高的集中应力载荷,易诱发动力灾害。这为采动岩体动态断裂失稳和突水等灾害预报与调控提供理论依据。     

大采高综采工作面支承压力分布模拟研究

针对大采高回采工作面矿压显现严重的问题,利用现场数值模拟手段,分析研究大采高工作面支承压力分布的特点.结果表明,工作面支承压力影响范围随采高加大而增加,支承压力峰值随着采高的加大逐渐向工作面前方移动,超过峰值点后都呈单调下降趋势.工作面推进速度与工作面支承压力的显现规律呈相反关系,即推进速度快,矿压显现不明显,推进速度慢,矿压显现相对明显.采高加大,垮落带范围增大,断裂带的高度升高.     

大采高工作面通过断层方法及工艺初探

介绍了断层对大采高工作面正常生产带来的影响,针对大采高工作面,通过断层前需要开展的准备工作以及在实际施工过程中的几点经验。     

基于突变理论分析工作面超前支承压力对断层活化的影响

运用突变理论研究工作面前方移动支承压力对断层周围的应力场的影响,工作面向前推进过程中,工作面前方移动支承压力对断层附近的应力场产生剧烈的扰动,储存在断层周围岩体应变能骤然释放,如果岩石的瞬时体积膨胀应力大于岩石的抗拉强度时,发生突变,岩体内产生裂纹,岩石破坏。随工作面的不断推进,在演化剧烈的交替应力场中,裂纹不断向工作面的方向扩展。     

采空区瓦斯渗透影响的综放面瓦斯运移模拟研究

采用UDEC数值模拟软件,结合实验数据,分析了上层煤层采动对相邻煤层之间岩层的影响,得出岩层裂隙发育规律;依据岩层裂隙发育规律和现场监测数据,利用Fluent软件建立模型,分析工作面不同推进距离时的瓦斯渗透规律。模拟结果表明:随着采煤工作面的推进,综放面后方未冒落区底板受采动影响破坏深度趋于稳定值,邻近煤层采空区瓦斯的渗透量逐渐增加,对综放面瓦斯运移的影响相应变大。     

首采区工作面遇断层时顶板的力学分析和数值模拟

根据首采区煤层回采工作面遇到断层时的工程地质模型,建立了工作面揭露断层前,和回采过断层后的力学模型,并对其进行了分析和数值模拟,由于约束条件的差异,煤层顶板在回采断层前后的受力明显不同。结果表明:揭露断层前,顶板岩层最大剪应力发生在固定端,大小为上覆梁荷载的0.625,最大弯矩发生在距离固定端0.625倍的跨度处;临近断层时,工作面直到断层处的煤层,同预留煤柱的受力情况相同,工作面越向断层推进,煤层的支承压力越高,易发生片帮,为煤的抗压强度控制;回采过断层后,顶板岩层的最大剪应力和最大弯矩均发生在固定端,开切眼处煤柱最大剪应力增加,易发生煤柱压碎和顶板整体断落。     

基于相似模拟实验的采动裂隙场演化规律研究

针对目前综放开采条件下对顶板岩移破坏时空演化规律研究不足的问题,采用相似模拟实验的方法对综放开采条件下覆岩移动和破坏机制以及采动裂隙分布规律和形态特征进行研究,结果表明:随工作面推进裂隙带逐渐地往上演化发展,而且当关键性岩层垮落断裂时,这种裂隙演化更为迅速;当工作面回采至240m时,离层裂隙趋于闭合,采动影响达到模型的顶部,裂隙带高度不再随着工作面推进距离的变化而改变。     

煤层开采覆岩应力场及地表移动特征

以大平煤矿S2S9工作面为研究对象,与邻近工作面实测资料相结合,利用ADINA有限元软件模拟研究工作面开采过程中覆岩的应力场及地表移动特征.研究结果表明:岩层下沉为非对称下沉;开采完成时,地表形成了对称的下沉曲线和反对称的水平移动曲线,最大下沉值位于采空区的正中央,而在开切眼和停采线出现了水平移动峰值;距离煤层顶板越近,煤壁上方覆岩中竖向应力峰值越大,采场前支承压力区一般分布在工作面前方45~90 m内,峰值点距煤壁10 m左右.     

不同覆岩结构短壁开采上覆岩层运动的数值分析

不同覆岩性质及其组合对上覆岩层的破坏和运动有着关键性的影响,而回采工作面上覆岩层破坏和运动规律的研究是矿压控制的基础.运用RFPA2D对神东矿区不同覆岩结构的短壁式开采进行模拟,分析比较不同覆岩性质及其组合对上覆岩层运动和破坏的影响,再现受采动影响岩体的破坏和移动规律.     

厚黄土层条件下综放开采覆岩破坏数值模拟研究

厚黄土层条件下综放开采上覆岩层的破坏有其特殊性.利用离散元方法模拟某工作面开采的岩层移动过程,分析了在厚黄土层作用下岩层的破坏形态和移动轨迹,揭示了覆岩应力、位移随工作面推进的变化趋势.提出了关键层破断前后覆岩破坏的2种结构形态:有拱结构和无拱结构.在2种结构下,厚黄土层对采空区上覆岩层应力和位移变化的影响有着显著差异.研究结果对矿区的安全生产有重要意义.     

孤岛综放工作面过大断层及探巷开采技术实践

3304综放工作面在推进过程中所遇到的大断层及探巷,通过预先掘进完成的探巷来合理的找准断层的层位关系,合理的控制工作面采高。同时探巷的提前完成并采取科学合理的支护方式,也有效的释放了大断层造成的工作面回采压力。同时区队一系列的管理措施,也对工作面的顺利通过断层和探巷也起到了关键作用。     

采场上覆岩层移动变形值计算

在下部采动煤层的顶板岩层内布置巷道 ,其位置选择与采场上覆岩层移动状况密切相关 .依据煤矿地表移动计算公式和采场上覆岩层活动规律 ,建立采场上覆岩层移动变形概率积分法预计计算模型 .根据最大下沉量、主要影响半径、拐点移动距等移动参数与埋深的关系 ,利用参考坐标系确定采场上覆岩层移动下沉计算公式 .并结合实例进行岩层移动变形预计计算 ,计算结果与实际观测数据十分接近 .图 1,表 1,参 5     

大倾角综采面覆岩移动规律的相似材料模拟

为了全面研究大倾角煤层开采上覆岩层垮落特征和围岩应力分布规律,运用相似材料模拟新庄孜矿大倾角综采工作面的开采,研究开采后大倾角工作面上覆岩层移动规律及应力变化特征.随着工作面的推进,岩层裂隙自下而上发展,顶板不断冒落,形成初次来压和周期来压;冒落的岩层有垂直位移且沿层理下滑,使得采空区上部垮落高度比下部大,工作面下部的初次和周期垮落步距比上部小.覆岩的冒落拱呈不对称性,边界向采空区上部偏移,呈上虚下实的状态.模拟实验为大倾角煤层综采技术的应用和推广提供了理论依据.     

浅部煤层开采对断层活化影响研究

为了研究浅部煤层回采对断层活化影响规律,评估断层活化对工作面回采安全的影响程度,以许厂矿3336综放工作面的F1断层为研究对象,随着采掘工作的推进,采用并行电法对其活化情况进行动态监测,根据视电阻率变化特征分析得出:断层随煤层采动而被重新激活,但该断层未与顶板砂岩含水层发生明显的连通,为不导水断层,因此活化断层基本不影响工作面回采安全。     

煤层开采过程中覆岩移动规律的UDEC数值模拟

为研究煤层开采过程中覆岩移动规律.通过UDEC软件建立背景工程的数值计算模型,分析煤层开采过程中覆岩运动规律和裂隙演化的时空特征.通过计算得出以下结论:1煤层开采对顶板岩层位移发展影响明显,上覆岩梁的应力成拱形分布,致使上覆岩梁内产生裂隙扩展,岩梁断裂,并呈梯形分布;2随着工作面推进过程,采空区空间持续增大,上覆岩层裂隙持续贯通,顶板岩梁断裂坍塌充填采空区.随着工作过程中,岩层之间开始发生离层,离层次序是自下而上,离层主要发生在强度不同的层间面上;3采场上覆岩层裂隙带高度随工作面的推进不断发展,针对不同地质条件,但当工作面推进一定距离时,裂隙带高度基本不变.同时,在裂隙带变化过程中可以采用指数曲线进行拟合.但指数拟合曲线仅仅模拟的是裂隙带整体变化趋势,不能完全通过拟合曲线得出不同工作断面裂隙带的高度.     

综放工作面过地堑构造采场围岩状态研究

为掌握综放工作面过地堑构造前后采场围岩状态变化,以34201综放工作面Fs27断层和Fs28为工程背景,采用FLAC3D数值模拟计算方法,计算分析了工作面推过地堑构造前后采场围岩的垂直应力、水平应力、最大主应力、剪应力,可以得出:断层的存在对工作面围岩应力状态影响较大,超前影响距离约为20m左右;断层附近的裂隙带发育高度较大,由拉应力和剪应力共同作用下的裂隙带高度最大可达80m左右,对上覆岩层导水影响较大。针对矿压显现规律与裂隙带发育规律提出过地堑构造的技术措施。     

浅埋煤层中的关键层运动与导水裂隙发展

对2种不同赋存条件下的浅埋煤层工作面进行了流固耦合相似模拟实验,实验研究表明,主关键层下岩层的运动破坏规律是下位逐层垮落而上位整体运动.影响浅埋煤层导水裂隙发展的主要因素是主关键层层位和采高,主关键层位与采高之比越大,越容易进入弯曲下沉带,当其层位距离煤层顶板的高度与采高满足kc≥11时,主关键层进入弯曲下沉带,也就是裂隙带与采高之比k≥12时,裂隙才可能停止发展.并且随着工作面的推进,围岩的渗流状况由原生裂隙逐渐向变形裂隙和导水裂隙过渡.     

综放工作面快速过断层方法——预掘爆破巷

断层是影响采煤工作面实现正常回采的一个重要因素.为解决1152综放工作面所遇落差为3.6m正断层的快速过断层问题,经深入研究分析,在该工作面运输巷预掘爆破巷,然后对巷道两帮坚硬岩石进行打眼、松动爆破,提前对影响工作面推进范围内的岩石进行处理.现场实践表明,消除了坚硬底板岩石对工作面正常推进的影响,实现了综放工作面快速过断层.     

大采高俯采综采工作面过断层期间防灭火综合技术应用

以国投新集刘庄煤矿171303综采工作面过断层期间煤自燃防治为例,本文分析了大采高俯采工作面过断层期间煤易自燃的原因,结合该矿井实际情况,提出了调整工作面风量、施工高位防灭火钻孔灌浆、喷浆堵漏、采空区注氮的综合治理措施。结果表明:此措施的应用使171303综采工作面架间CO浓度由674ppm降低至20ppm,保证了该工作面在过断层期间的安全生产,为大采高俯采综采工作面过断层期间采空区防灭火提供了可借鉴的技术经验。     

工作面推进过程中上覆岩层冒落的数值模拟

为了研究在工作面推进过程中上覆岩层冒落情况，基于“支架梁”模型理论、连续介质力学和损伤介质力学原理，采用RFPA^2D分析系统，模拟了岩石从裂纹萌生、扩展直至断裂的全过程，再现了煤层采动中其上覆岩层来压及工作面推进过程中剪应力、岩层下沉的变化规律。结果表明：厚顶对上覆岩层的运动起控制作用，它是该岩层系统中的关键层，另外，随着工作面向前推进，在工作面前方煤壁形成支承压应力升高区，上覆各岩层的下沉量不断增加。