缓倾斜中厚矿体充填开采上覆岩层运移规律研究

针对缓倾斜中厚矿体下行充填开采过程中岩层移动和地表塌陷规律展开了研究.通过FLAC3D三维数值计算确定典型勘探线剖面,以河砂为骨料,重晶石粉为胶结剂进行大型相似材料模型试验,利用3DEC数值分析软件对模型试验结果进行验证分析.结果表明,充填开采能有效抑制岩层移动和地表塌陷,使地表沉降范围集中在矿体顶部且沉降中心随下行开采过程中向矿体中心移动;深埋矿体的开采对上覆岩层移动范围的影响较浅埋矿体的采动影响小;岩层移动塌落的角度随开采深度的增加先变小后变大,最终沉降以筒型陷落为主.     

急倾斜矿体开采岩体移动规律与变形机理

为了研究急倾斜矿体开采的岩移规律与变形机理,采用数值模拟的方法,对急倾斜矿体在高构造应力和自重应力2种条件下的岩移特征进行对比分析.研究结果表明:当开采区在竖直方向上的高度远小于矿体在水平方向上的长度时,在这2种应力条件下都具有类似水平矿体开采的地表岩移特征;反之,在高构造应力条件下,急倾斜矿体开采地表出现双沉降中心的现象,而在自重应力条件下只存在单沉降中心;在高构造应力条件下,急倾斜矿体开采在地表移动变形量、移动变形影响区规模及地表宏观变形破坏特征上与自重应力条件下相比都有较大差异,原岩应力场中作为特征量的最大主压应力的取向对岩移行为的影响是产生这差异的根本原因.     

降雨条件下急倾斜煤层开采的仿真分析

基于多孔介质流体力学、高等土力学等理论,考虑降雨对急倾斜煤层开采的影响,建立降雨条件下急倾斜煤层开采的流固耦合模型,采用FLAC3D有限差分软件进行数值模拟。通过数值模拟,对降雨条件下急倾斜煤层顶底板附近雨水渗流以及产生的围岩变形进行深入分析,得出不同开采时步下围岩的位移情况,通过与未降雨时围岩变形的对比,得出降雨入渗导致围岩变形加剧的结论。在此基础上,提出了降雨条件下近地表急倾斜煤层围岩在开采过程中的变形情况,为安全开采与防护提供了理论基础和定理依据。     

急倾斜薄矿脉崩落法开采及崩落散体的承载机理

以金厂沟梁金矿为工程依托,利用崩落矿岩散体的承载机理,提出了急倾斜薄矿脉破碎矿体崩落法开采方案.运用数值计算手段,研究崩落矿岩散体的承载机制,分析分段高度对崩落矿岩散体承载效果的影响.计算结果表明:与空场法开采相比,崩落法开采有效改善了采场围岩的稳定性,围岩塑性区体积减小了58.4%.随着分段高度的增大,崩落矿岩散体对围岩的支撑作用相应减弱,但影响较小.研究结果表明,采用崩落法回采急倾斜薄矿脉破碎矿体是合理的、可行的,同时也为该类矿体的回采提供了新的思路.     

急斜煤层上覆基岩风化带受力与变形分析

为了研究基岩风化带在急倾斜煤层开采的影响下的移动规律,运用求解非线性大变形问题有限差分法(FLAC3D)对急倾斜煤层开采下基岩风化带进行数值模拟,重点分析了基岩风化带的顶部和底部的应力与变形。得出了基岩风化带的最大下沉值以及水平移动都偏向于煤层的上山方向,但随着岩层运动的向上发展,受急倾斜煤层开采的影响也开始减弱,在基岩风化带顶部的变形与受力的最值都相对底部向采空区正中间偏移。     

（急）倾斜煤层深部开采覆岩变形力学模型及应用

根据人们对如何描述（急）倾斜煤层采空区上覆岩层变形行为的需要，在弹性理论的基础上，将上覆岩层假设为岩板，研究上覆岩层的变形特征，建立了上覆岩层变形的力学模型，导出了采动覆岩的挠度方程和计算最大挠度点的理论公式，通过计算得到了采空区下方挠度大于其上方的挠度，最大挠度点位于采空区中部偏下的位置，真实地反映了（急）倾斜煤层深部开采时采空区顶板变形特征和岩板在联合作用力条件下的变形本质，为（急）倾斜煤层深部开采覆岩变形计算提供了科学依据．     

急倾斜煤层深部开采对浅部断层活化影响的数值模拟研究

淮南矿区某矿采区属倒转地层,灰岩含水层位于煤层顶板,断层的活化极易导通上部含水层,引发突水事故.面对急倾斜煤层开采深度不断增加的现状,采用FLAC3D数值模拟的方法,对急倾斜煤层深部开采对顶板浅部断层活化影响的规律进行了研究,总结了急倾斜煤层开采深度与断层活化之间的时空关系,验证了通过控制采高和隔离煤柱大小,可以有效降低急倾斜煤层开采对断层的扰动作用,对急倾斜煤层后期深部开采断层突水预测与防治具有重要的理论指导意义和工程应用价值.     

深井开采回采顺序数值模拟优化研究

采用大型矿业软件Datamine构建了冬瓜山矿的地表、岩层、矿体及块段模型;研究了Datamine块段模型与Flac3D计算模型的数据结构、耦合模式及方法,成功地将块段模型转换成数值计算模型.针对冬瓜山深井缓倾斜矿体复杂的开采技术条件,并考虑日产万吨生产能力和主要回采次序要求,设计了两种可行的回采顺序模拟方案,开展了冬瓜山深井开采回采顺序的数值模拟优化研究,分析了不同方案应力、位移和塑性区的分布规律,提出了优化的回采顺序方案.     

急倾斜煤层不同覆岩结构导水裂隙演化规律

基于龙湖煤矿南二采区急倾斜煤层的赋存和水文地质条件,采用离散元数值计算方法,分析了覆岩结构组合对急倾斜煤层开采导水裂隙演化规律的影响。结果表明:急倾斜煤层采场上覆岩层无关键层及覆岩结构组合为隔水-结构关键层时,导水裂隙分布呈"耳型"特征;采场上覆岩层存在结构关键层,直接顶为坚硬岩层和软弱的隔水关键层时,导水裂隙以平行于层面的离层裂隙为主;急倾斜煤层开采不同覆岩结构组合,导水裂隙发育高度均随煤层采厚的增加呈增大趋势,裂采比呈降低趋势。现场依据导水裂隙分布特征,设计了合理的防水煤柱尺寸和矸石充填注浆胶结顶板控制技术,确保了水体下急倾斜煤层的安全回采。     

采空区覆岩运动规律相似材料模拟试验研究

以山东某矿的煤层开采为研究背景,为研究其采空区上覆岩层的垮落形态及沉降变形,结合实际岩层的物理力学性质,设计相似材料模拟试验,描述试验模型采空区上覆岩层的垮落和破坏特征,并通过布置下沉测点来观测其覆岩的沉降变形,最后利用flac3d建立数值模型加以校验,结果表明:采空区上覆岩层在煤岩开采后,形成"三带"结构,自下而上分别为冒落带,裂隙带和弯曲下沉带;试验模型采空区上覆测点的下沉曲线呈近似对称的凹曲线,这与数值模拟结果相一致;相似材料模拟试验和数值模拟都能够较好反映采空区覆岩下沉变形规律;试验结果与数值模拟结果合理有效,可以为研究覆岩沉降相关问题提供试验参考。     

数值分析法确定露转坑岩层移动范围

 随着浅部矿产资源的枯竭,中国许多露天开采已经或即将转入地下开采,或露天与地下联合开采。合理确定岩层及地表的移动,为露转坑设计和安全生产提供依据是露转坑联合开采首先要解决的重要课题之一。为了验证永平铜矿露天转地下开采工程设计的合理性,为后续安全生产提供参考,采用三维有限差分数值模拟计算方法,系统地分析永平铜矿II、IV号矿体在不同开采水平的岩体移动变形、地表位移变化及露采边坡稳定状态,给出了相应开采水平的岩体及地表移动变形特征、最大垂直和水平位移,以及岩体移动角。结果表明,II号矿体对岩层移动的影响远大于IV号矿体;最大垂直和水平位移均在II号矿体上部东部边坡岩体中;合理的开采顺序应是先采Ⅳ号矿体,后采II号矿体;模型局部地段处于破坏或极限稳定状态,但随开采深入,露采边坡整体处于稳定状态,因此矿山采用的矿房回采嗣后充填采矿方法合理可行。用FLAC3D数值模拟方法研究露转坑联合开采的岩层移动规律,反映了岩体应力、变形的客观过程,为露转坑矿体开采岩层移动范围确定提供了一条新的途径。     

多空区层状矿体诱导冒落机理及拉底方案优选

基于诱导冒落法提出了多空区层状矿体的回采方案，使用3DEC软件对诱导冒落机理及规律进行了研究.同时设计了4种不同退采顺序的拉底方案，并对其冒落效果进行了模拟.结果表明，矿柱尺寸越小、周边空区数量越多，矿柱越容易因应力集中而产生裂纹，当其裂纹与矿体层理面贯通时矿体便会冒落；当把拉底工程布置在最易破坏的矿柱下方并以其为中心向四周不断扩大拉底面积时，能够使矿体在最短时间内发生持续、稳定的冒落，从而可实现多空区矿体的安全高效回采.     

复杂应力扰动下围岩稳定性评价与采场参数优化

夏甸金矿采矿活动已经进入深部，临近崩落法与充填法影响区域的采场受到多重扰动应力的影响，该区域围岩稳定性与采场尺寸的合理选取对矿山安全生产至关重要.采用先进的数字摄影测量技术，获取试验采场周围岩体结构面参数;并从多角度对采场围岩稳定性进行评价;在此基础上，运用Mathews图表法与跨度经验公式对试验采场的参数进行优化;最后，通过数值模拟，对得到的试验采场参数合理性进行分析与验证.图表法优化的采场尺寸在矿山开采的成功应用，验证了图表法在复杂应力下采场尺寸设计的可行性.     

急倾斜薄矿脉夹制作用下中深孔爆破模拟与参数优化

以内蒙古某金矿急倾斜薄矿脉中深孔开采为工程背景，采用经验类比、数值计算和现场试验等手段开展研究.分析了不同爆破参数下薄矿脉中深孔爆破围岩裂纹演化规律，得到了爆破孔网参数与爆破超欠挖百分比、爆破裂纹密度及围岩质点振动速度等指标之间的关系.结果表明:当孔间距为1.2~ 1.4m时，爆破超欠挖面积趋于零;当抵抗线为0.8~1.0m时，爆破块度较均匀;最优中深孔爆破参数为抵抗线1.0m，孔间距1.2m.现场中深孔爆破试验验证了本文的研究结果.     

库水升降作用下高陡岩质边坡稳定性分析研究

为有效分析库水升降作用下库岸边坡稳定性,以三山岛金矿的仓上露天坑尾矿库高陡岩质边坡为依托背景,选取库岸边坡岩样分别进行自然状态下和不同“饱水-失水”循环次数下的单轴抗拉强度试验、单轴抗压强度试验。考虑“饱水-失水”循环对岩石的损伤影响,在广义Hoek-Brown强度准则的基础上,引入了“饱水-失水”循环作用后岩石单轴抗压强度累积损伤率,对Hoek-Brown强度准则进行了改进,确定了库岸边坡的岩体力学参数。以此为基础,利用FLAC3D数值分析软件对库岸边坡进行稳定性分析研究。结果表明：库水升降作用对库岸边坡岩体物理力学性质的损伤作用十分明显,随库水升降循环次数的增多,库岸边坡岩体力学参数不断劣化。数值模拟监测情况与实际工程的位移监测数据对比分析整体误差较小,证明岩体力学参数计算的可靠性,以此为基础计算得库岸边坡将在经历30次“饱水-失水”循环作用后最终破坏失稳。其所得结论能够为类似边坡工程的稳定性分析提供参考与指导。     

浅埋煤层综采工作面矿压显现规律数值研究

为了更好的研究各因素对30108工作面矿压规律的影响程度,在矿压现场观测工作的基础上,文中采用3DEC模拟软件对杨伙盘煤矿30108综采工作面开采过程中顶板破坏情况进行分析,并用FLAC3D软件进一步对矿压显现规律进行模拟研究,结果表明3-1煤层的冒放性比较好,基本顶来压明显,上覆岩层中形成的压力拱结构可以减缓地表松散层与基岩层的同步下沉运动对工作面回采空间的影响。