多场耦合下急斜煤层开采三维物理模拟(1)

复杂环境与多场耦合作用下,采空区煤岩体非对称变形诱致局部化失稳并演化为动力灾害.针对于西北强震作用下煤矿采空区(局部化)动力失稳定量预报,以乌鲁木齐矿区急倾斜煤层放顶煤开采为背景,首先系统分析了物理模拟复合材料损伤与破裂的"声-光-电"信号迁移途径与有效可靠的测试方法,继而构建了大型立体地球物理模拟装置与"声-光-电"指标信息测控系统,形成动力灾害源的识别技术和危险性分析技术(平台).这最终为急倾斜厚煤层放顶煤开采技术参数的合理确定、提高灾害识别能力和预测精度以及灾害控制奠定科学基础.     

大倾角“三软”富含水大采高工作面围岩运动规律

掌握复杂条件下大倾角大采高工作面围岩运动规律是保证安全回采的前提条件。以宁东矿区清水营矿大倾角"三软"富含水大采高工作面为背景,根据现场勘查、室内实验和现场监测成果,建立了基于倾角变化的FLAC3D数值模型,计算分析了开采扰动过程中大倾角大采高覆岩应力与变形演化的特殊规律,确定了工作面周期来压步距为10~15 m左右,为安全开采提供了科学依据。     

坚硬顶板大采高采场支架阻力的确定

陕西彬长公司大佛寺煤矿40104工作面是大佛寺煤矿布置的第1个大采高综采工作面。为了确定工作面支架合理的工作阻力,采用物理相似模拟实验的方法,对该工作面的支架阻力与支承压力分布进行了分析研究。通过实验分析,确定了坚硬顶板条件下采高3.8 m时综采支架的合理工作阻力为6 000 kN左右。将实验结果与理论计算的结果进行对比,两者具有较好的一致性,同时实验还得出了工作面支承压力的峰值、峰值压力位置与影响范围。     

软弱围岩变形三维物理模拟监测系统构建

软岩井筒围岩变形易受多组相交剪切结构面、岩性、埋深等因数影响,在复杂地质作用下,非线性变形特征明显。宁夏宁东矿区地质环境十分脆弱,围岩性质复杂且多次出现此种现象。通过调查研究,在系统地分析软岩井筒围岩的局部化应力-变形机理的基础上,针对性的构建了"声-光-力"集成监测的三维可控加载物理模拟实验平台,形成了"人-机"结合的信息化识别立体模拟防控体系。为后期实验过程和结果分析提供基础支撑。     

覆沙层下大采高工作面覆岩运移规律

大采高开采的方法是提高煤炭资源回收、实现矿井高产高效的重要发展方向,但也造成工作面覆岩破坏严重。为此,文中以宁东煤田赋存的覆沙层下特厚煤层为背景开展大采全高工作面覆岩运移研究,运用相似模拟的方法并综合多种监测仪器从模拟现象、力源两个角度对大采高工作面覆岩运移、下沉乃至垮落的特征进行了全程监测与分析。研究表明:大采高工作面覆岩垮落初次来压步距较大,支架带压移架后极易发生直接顶乃至老顶的突然垮落,工作面来压强烈、伴随有明显的支架动载现象;延伸至地表的裂隙有诱发地表覆沙层弯曲、有溃入工作面的可能;模型开采结束后形成了6条贯穿至地表且与工作面推进方向成60°的垮落裂缝;模型内部各岩层下沉范围随着工作面的推进而不断扩大,呈U字型下沉趋势。     

煤矿软岩巷道顶底板剪切变形破坏机理

通过石嘴山一矿38区 600 m轨道巷表面收敛监测及变形破坏的研究,总结出了变形破坏特征。以矿山压力假说为前提,对巷道围岩典型破坏特征作出理论推断,建立巷道顶底板的力学模型,并应用关键层理论、块体理论、弹性力学对巷道变形破坏进行理论分析与求解,得出了巷道顶底板发生剪切破坏判定条件,并用FLAC3D数值模拟验证其正确性,为深部巷道支护提供了新的理论依据。     

煤矿软岩巷道顶底板剪切变形破坏机理

通过石嘴山一矿38区＋600m轨道巷表面收敛监测及变形破坏的研究，总结出了变形破坏特征。以矿山压力假说为前提，对巷道围岩典型破坏特征作出理论推断，建立巷道顶底板的力学模型，并应用关键层理论、块体理论、弹性力学对巷道变形破坏进行理论分析与求解，得出了巷道顶底板发生剪切破坏判定条件，并用FIAC加数值模拟验证其正确性，为深部巷道支护提供了新的理论依据。     

大倾角走向长壁开采"R-S-F"动态稳定性实验

通过平面应力走向、倾斜和三维可加载块体模型等手段,较系统地研究了大倾角煤层走向长壁工作面(倾斜布置)开采过程中矿山压力显现规律、围岩变形、破坏与移动特征和工作面支架与设备的下滑机理;分析探讨了顶板破断岩块运动、底板破坏滑移以及主要回采工序对支架或支护系统工作阻力和"R-S-F"(顶板-支架-底板)系统动态稳定性的影响;提出了现场工业性试验时需要注意和重点解决的关键技术问题。     

混凝土结构软岩大巷断裂过程非线性数值模拟

引入断裂力学原理,以某混凝土结构副大巷中复杂结构为研究对象,通过相似模拟实验和现场观测等手段对有关材料物理力学参数进行识别和修正,结合现场矿压观测结果和相似材料模拟试验结果,对该巷道内部应力破坏敏感部位的内力变形机理进行了系统的分析、模拟计算。研究结果对现场支护设计、维护加固和提高岩层稳定程度具有重要的意义。     

棚式巷道支架的设计理论研究

从巷道围岩内岩体结构和运动发展的观点出发，较系统地对棚式巷道支架设计中的计算载荷、合理结构轮廓、构件匹配、型钢吻合度及可缩性调控等问题进行了探讨，分析了这些因素的设计原则及基本取值方法和值域。