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。     

浅埋煤层开采覆岩移动规律数值分析

利用RFPA岩石破断过程分析系统软件，对神府东胜矿区活鸡兔煤矿厚松散层浅埋煤层首采工作面上覆岩层在采动后的活动规律进行了动态数值模拟。并根据模拟结果，分析了随着工作面采动和推进，上覆岩层的破断过程、特征与来压特点。模拟结果表明，卸荷变形是引起浅埋煤层直接顶初始离层的主要因素之一，浅埋煤层老顶岩层破坏的主要顺序仍为“离层－断裂－垮落”，厚松散层浅埋煤层开采时，当关键承载层完全垮落后，覆岩会发生直达地表的整体切落现象。     

软岩厚煤层开采覆岩破坏规律三维数值模拟分析

鉴于导水裂隙带高度经验公式在软岩厚煤层中的不合理性及其应用的局限性,以铁煤集团大平煤矿S2S9工作面综采开采工程为原型,采用有限元软件进行三维数值模拟,揭示大型水体下三软煤层采用放顶煤开采条件下的覆岩破坏规律,确定导水裂隙带的高度,并利用理论分析对其结果进行验证.结果表明:剪切应力值达到最大并超过了岩体的最大剪切强度时,导水裂隙带高度达到最大;导水裂隙带高度形态为梯形,切眼边可能导水裂隙带的发育高度比推进边的大;计算结果与理论分析结果相近.该研究可为实现大平煤矿库下安全高效开采奠定基础,同时也为其他地区软弱覆岩厚煤层综放开采技术研究起到一定借鉴作用.     

开采影响下覆岩移动与变形分布的层状随机介质理论

本文根据概率统计理论和开采条件,提出了层状随机介质理论。由覆岩各层移动与变形的分布,导出了移动盆地边缘部分的移动与变形的分布。这些移动与变形分布的不同情况,可归纳为惠泰克(Whittaker)函数的统一形式。从估值理论出发,讨论了各种分布函数的参数估计方法,并给出了实例。     

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。     

厚煤层重复采动覆岩破裂发育规律研究

以鲁西矿3煤重复采动为研究背景,采用现场实测和数值模拟的方法对厚煤层重复采动条件下的覆岩破裂规律进行了研究。结果表明,覆岩裂隙带发育高度随着采空区形成时间的增加而降低;上分层开采后裂隙带发育高度为34.73 m,裂高采厚比为15.1,与上分层相比,下分层开采导致的裂隙带发育高度增加为41.51 m,但趋势变弱,裂高采厚比仅为13.84;数值模拟最终裂隙带发育高度为39.4 m,与实测结果吻合较好。研究结果对于类似厚煤层重复采动条件下的覆岩破裂规律预测和合理提高安全开采上限具有重要指导意义。     

覆岩破坏特征数值模拟研究现状及进展

煤层开采覆岩破坏特征对于矿井防治水和瓦斯治理具有重要意义.数值模拟试验是非常好的覆岩破坏特征测试方法.详细阐述了煤层开采覆岩破坏和六种煤层开采覆岩破坏特征数值模拟研究方法,分析了煤层开采覆岩破坏特征数值模拟研究方法存在的不足,针对煤层开采覆岩破坏特征数值模拟研究方法存在的问题.提出了未来数值模拟应该结合绿色开采和智能化...     

浅埋近距煤层采空区覆岩移动规律相似模拟

浅埋近距煤层采空区坚硬顶板覆岩与煤柱破坏易导致动力灾害,同时会影响顶板涌水溃沙和地表沉降,为确保此类矿井的安全高效开采,结合冯家塔煤矿1402综采工作面实际,对该煤矿进行了煤柱破坏与覆岩移动规律的物理相似材料实验模拟研究,试验是以1-1采区的开采为模拟对象,模拟在工作面长度为270 m的单一走向长壁开采后,上覆岩层的移动和变形规律。研究结果表明:随着浅埋近距煤层采空区的增大与时间的推移,开采时大面积来压是由于保护煤柱逐渐被压垮引起覆岩大面积冒落,致使近距煤层之间采空区导通,垮落从直接顶开始,逐步扩散至地表,上覆岩层的运移以垂直为主,水平运移并不明显,形成梯形状下沉,上部煤层开采后其覆岩关键层破断块体结构的稳定性是影响下部煤层开采时工作面矿压显现强烈程度的重要因素。     

任楼煤矿覆岩破坏移动规律的分析研究

通过对任楼煤矿综放和炮采工作面两带高度观测孔实测资料与相似材料模拟实验等的系统分析研究,获得了该矿不同工艺条件下的覆岩破坏规律及两带发育形态尤其是综放条件下覆岩破坏移动特征.     

含水溶洞对采煤工作面覆岩移动的影响规律

含水溶洞的存在使得煤层覆岩移动规律存在特殊性。为了研究含水溶洞对煤层覆岩移动的影响,本文以贵州某矿作为工程背景,利用FLAC3D进行数值模拟研究,对比分析溶洞有无含水作用下煤层覆岩移动规律。研究结果表明:(1) 含水溶洞煤层开采情况下,溶洞围岩变形下沉量相较于无水情况增加了37.24%,随着推进距离的增加,溶洞靠近采空区侧底角出现明显的下沉现象,溶洞右帮出现向内挤压现象,溶洞围岩和煤层顶板应力集中区和破坏区逐渐贯通;(2) 溶洞含水情况相比于无水情况,覆岩运移在含水条件下得到加强,其中最大曲率增大了0.88mm·m-2、最大水平变形增大了1.81mm·m-1;(3) 随着采煤工作面的推进,含水溶洞围岩裂隙和煤层顶板裂隙不断扩展,当工作面推进至与溶洞水平距离小于10m时,溶洞围岩裂隙和顶板裂隙贯通,形成导水裂隙。研究成果对溶洞影响下的煤层开采顶板管理和地表沉陷防治具有理论和工程参考意义。     

采矿废石场重金属污染评价与模拟植物恢复

对湘西自治州矿区7个采矿废石场重金属进行监测,采用污染指数法对其进行评价.研究结果表明,湘西自治州采矿废石场重金属元素质量分数偏高,其中Pb,Zn,Cu,Cd的超过国家土壤环境质量三级标准,Pb污染水平为清洁─轻度─中度污染,Zn为清洁─轻度污染,Cd为轻─中度污染,总污染程度为清洁─轻度─中度污染.植被恢复模拟试验结果表明,黑麦草、紫花苜蓿和野菊在不同的覆盖厚度上均能萌发、生长,且随着覆盖厚度的增加植物的发芽率、株高、生物量均显著提高,覆盖厚度为50mm的处理植物长势最好,发芽率和株高最高,生物量最大.     

围岩损伤控制爆破数值模拟研究

为研究不同结构装药周边孔爆破对围岩损伤的影响规律,采用数值模拟方法开展了研究工作. 模拟结果表明,从获得良好爆破效果和降低围岩损伤的角度来看,在4种装药结构中,水+切缝管的效果最好,空气介质耦合时最差,中间依次为水介质耦合、空气+切缝管的装药结构. 因此在实际工程中,周边孔采用水+切缝管的装药结构,可适当增加炮孔间距或减小装药量,取得与其它装药结构相同的周边爆破效果,尤其对于松软破碎岩体爆破效果更加明显. 同时水的存在对于工作面的降尘和防止瓦斯爆炸等灾害事故的发生也具有一定的作用. 数值模拟结果与试验结果所得结论一致.      

岩石动态剥落破裂的数值模拟

简单介绍了RFPA程序模拟岩石在动态载荷作用下破裂过程的原理和功能,并用该程序研究岩石在动态载荷作用下的剥落过程·数值模拟首先再现了均匀杆在不同的应力波幅值条件下表现出的不同剥落形式,通过与理论比较,证明了RFPA在模拟动态剥落破裂问题时的可行性·以此为基础,RFPA被用于模拟非均匀岩石试样在不同应力波幅值条件下的剥落破裂过程,预测了不同应力波幅值时试样的三个不同的破裂模式·此外,数值模拟还得出试样在动态载荷作用下的强度都高于静态强度的结论,这表明岩石材料力学性质的非均匀性是造成动态强度提高的原因之一·     

煤矿井下用内锥型PDC钻头工作状态模拟分析

为提高煤矿井下硬岩钻进破岩效率,设计了Φ94mm内锥型PDC钻头,并对其进行了破岩过程仿真分析,以研究其受力特性。结果表明：与相同规格三翼内凹PDC钻头相比,在同等工况条件下,内锥型PDC钻头所需轴向载荷降低近13%,破岩效率提高近30%;内锥型PDC钻头破岩受到的径向不平衡力占钻压的9.8%,钻头容易产生涡动,因此对于内锥型PDC钻头应关注其侧向力平衡的设计。根据分析结果,试制Φ94mm钢体内锥PDC钻头并进行现场试验,相比于工区现用Φ94mm普通钢体三翼内凹PDC钻头,试验钻头平均寿命提高2倍左右、破岩效率提高40%以上,表明研制的新型内锥PDC钻头有助于降低钻进成本,提高破岩效率。     

岩石多孔爆破振动数值模拟研究

为研究多孔爆破条件下的岩体破碎和爆破振动,采用完全重启动数值模拟方法和拉格朗日算法计算岩体爆破破碎过程,获得了岩体特征点的爆炸振动数据,对数值模拟和现场监测特征点振动速度进行对比,二者比较吻合. 研究结果表明,采用拉格朗日算法和完全重启动数值模拟方法可以较好地描述多孔岩体爆破过程中各起爆段别破碎和振动情况.     

岩体诱导冒落的数值模拟

采用RFPA分析软件,针对不同回采深度、不同节理分布,并考虑彼此综合作用,模拟了采场顶板的冒落过程.结果表明,采场顶板冒落轨迹近似拱形抛物线,冒落高度大约为开挖推进跨度的40%~60%.通过对比分析,得到以下结论:侧压力越大,开挖步距越大,则冒落高度越小;深埋高应力岩体冒落区形状由抛物线渐变为层状;水平节理岩体的冒落形状由抛物线形渐变成马鞍形;竖向节理冒落呈尖塔形.研究对实现低成本高效率开采、消除地下安全隐患、科学诱导采空区冒落具有理论和工程价值.     

43307工作面过42煤残余煤柱矿压显现规律数值模拟研究

通过对榆家梁煤矿43307工作面矿压显现的分析,建立工作面回采计算模型,利用数值模拟方法研究工作面推进与工作面压力分布情况,并给出矿压显现的几何量值,为工作面安全生产和巷道合理支护提供科学的理论指导。同时,通过多种矿压观测手段分析了工作面开采过程中的采场来压规律及过应力集中煤柱的矿压规律,对该矿区其他相同条件工作面及类似条件下回采采场围岩控制具有工程决策意义。     

温湿度条件耦合作用下的混凝土结构碳化数值分析

本文分析了热传导方程和混凝土碳化方程的相似性,借用以有限元方法为基础的大型通用软件ANSYS中的热分析模块,对混凝土的碳化过程进行了数值仿真分析,分析过程中考虑了混凝土所处的温度和湿度等外界环境的影响,使得结果更加符合实际情况。算例分析证实了本文所用方法的有效性和可行性。     

基于数值模拟的建筑设计优化研究综述

在双碳目标的背景下,对建筑物进行优化设计是实现节能减排的一个新途径;计算机技术的飞速发展,更使得建筑优化设计的效率有了很大的提升。为了更加全面地掌握基于数值模拟的的优化技术在实际建筑中的应用现状,对优化研究的主要阶段进行了概括,归类分析了各类优化平台的优缺点,总结对比了各类优化算法的性能。分析发现,优化阶段主要分为预处理,优化,后处理三个阶段;优化工具根据开发目的分为三大类;常用的优化算法有进化算法,无导数搜索算法,混合算法;并且当下的优化研究还有很大的空间值得探索与改进。