基于断裂力学倾斜煤层底板采动破坏深度研究

为掌握倾斜煤层开采后采空区底板破坏情况,基于断裂力学理论,构建倾斜煤层采后空间底板应力求解力学模型,结合应力场与双剪强度理论,推导底板采动破坏深度求解公式,并应用实例进行验证.依据求解公式分析了底板破坏形态及影响因素,结果表明：倾斜煤层底板采动破坏区域分布具有非对称性特征;破坏范围及深度主要受工作面赋存状态和底板岩性影响,其中破坏深度与工作面斜长、采深和底板内摩擦角正相关,与底板黏聚力呈反比;随着倾角的增大破坏深度呈现先升后降趋势,而随着测压系数的增大破坏深度呈现先降后升趋势.该文研究成果可为倾斜煤层承压水防治、邻近煤层开采提供一定的理论指导.     

煤层底板变形与破坏规律直流电阻率CT探测

从煤层开采引起底板破坏的一般规律出发,探讨了底板岩层破坏与其电阻率的响应关系。介绍了直流电阻率CT探测技术的原理与方法,按照采动底板岩层活动规律设计了探测方案,进行煤层底板破坏深度的动态直流电阻率CT探测。通过在淮北某矿1028工作面风巷中底板位置施工2个钻孔,在孔中埋置一定数量电极,形成孔间探测剖面,并根据工作面回采进度探测不同时期岩层电场变化特征,反演其电阻率值,得出煤层底板采动裂隙演化过程中的岩层电阻率响应特征和1028工作面底板破坏深度为17 m,为煤矿安全生产提供直观有效的技术参数。试验结果表明:采用直流电阻率CT探测煤层底板采动破坏带演化过程效果明显,能显示出底板在回采过程中变化破坏情况,有利于煤矿底板突水预测和突水防治措施的制订。     

杨柳煤矿10煤层底板的采动破坏特征

煤层底板在煤层采动后会发生变形与破坏,煤层底板破坏特征是判断底板突水与否的重要依据。以杨柳煤矿10煤层底板为研究对象,采用理论计算与数值模拟相结合的方式,分析煤层底板岩层在采动条件下的应力变化特征与岩体破坏特征。结果表明:10煤层底板平均厚度59.16 m,在开采条件下最大破坏深度为13.6 m,底板受下部灰岩水影响的可能性很小。该研究可以为分析煤层底板突水机理与底板水害防治提供理论依据。     

陷落柱对W矿3#煤层底板破坏和隔水性能的影响

为了评估陷落柱对煤层底板的危害,运用数值模拟对所选取的W矿3#煤层进行了分析。根据柱状图,建立了一种计算模型,采用RFPA2D模拟了采场推进时煤层底板的破坏情况,估算了底板破坏深度。结果表明：随着回采工作面的推进,矿压和水压造成的顶板的破坏高度逐渐增加;工作面推进到150 m前,覆岩破坏没有发展到关键层1;随着回采工作面的推进,矿压和水压造成的底板的破坏深度也逐渐增大,工作面推进到135 m时,底板的破坏深度不再发生明显的变化,此时底板破坏深度大约16 m。工作面推进到150 m时,泥岩层尚未贯穿,成为隔水关键层,底板不受含水层的影响。另外,研究表明：贯穿煤层和达到煤层的陷落柱对底板破坏的影响比未达到煤层的陷落柱对底板破坏的影响大。     

岩层移动模拟研究中模型下边界位置的确定

基于“下三带”理论和采场端部岩体破坏区理论,采用UDEC数值模拟计算,对岩层移动模拟研究中如何确定模型下边界范围进行了研究。研究结果表明,模型下边界位置应取在底板导水破坏带以下或采场底板最大破坏深度以下,若取在离底板较近处,将导致老顶上方应力集中程度偏高、底板垂直应力总体偏大、采空区底板不规则运动和实体煤层底板垂直位移值偏小。     

深部承压水上开采煤层底板破坏特征

为研究深部承压水上开采煤层底板破坏特征,以梁宝寺煤矿2~#井3501工作面采场条件为工程背景,基于FLAC3D数值仿真软件,建立承压水上煤层深部开采的流-固耦合数值模型,对工作面回采过程中煤层底板破坏特征进行分析研究.研究结果表明:煤层开采后底板承压水导升高度明显增高,最终达到峰值19 m,煤层底板破坏深度先增大后趋于平缓,且当工作面推进至120 m时达到最大值为18 m,通过理论计算与现场实测的进一步验证,模拟结果与理论计算和现场实测值较为接近,由此可见FLAC3D数值仿真软件可以用于深部承压水上开采煤层底板破坏特征的研究.     

基于尖点突变模型的煤层底板突水 危险性评价

煤矿突水事故是制约煤炭开采的重要因素之一,准确预测煤矿突水对指导煤矿安全开采具有重要意义.煤层在开采后,当底板承受的水压超过自身强度时,会发生不连续突变,即煤层底板岩层失稳破坏形成底板突水,其破坏模式为一种突变现象,符合突变理论中的尖点突变理论的描述,利用突变模型对煤层底板突水进行预测具有可行性.本文结合典型工程案例,选取单位水压岩层底板厚度和底板导水因子作为控制变量,通过求解状态变量实现了煤层底板突水危险性评价,在此基础上,将基于突变模型的煤层底板突水危险性评价结果和传统突水系数法的评价结果进行了对比,证明了突变模型评价过程更加符合突水发生机理且评价结果更加准确.     

矿山压力对煤层底板破坏深度的数值分析

随着煤炭资源开采深度加大,带压开采已经成为我国深部矿井普遍应用的一种采煤方法,这样面临的煤层底板突水问题变得更加集中。突水系数理论作为评价带压开采煤层底板突水危险性的主要依据,因矿山压力导致煤层底板破坏深度的确定对得出可靠的突水系数值显得尤为重要。本文根据城郊煤矿的开采实践,利用F-RFPA2D软件对煤层底板破坏深度进行数值模拟分析,动态再现煤层底板破坏过程,并得出在不同矿山压力过程中对煤层底板的破坏深度。     

矿井工作面开采底板破坏规律钻孔电法测试分析

煤层开采过程中工作面底板岩层变形与破坏特征可利用物探方法进行综合测试与判断。淮南潘北矿3煤层距底板灰岩层较近,现场利用底板巷道布置钻孔电法测试系统,根据煤层开采进度进行实时监测,获得了煤层开采过程中底板岩层电阻率值变化过程参数,结合背景值对比分析获得了岩层破坏特征规律认识。结果表明,该工作面3煤层顶分层开采破坏深度为14.5 m左右,其结果动态、可靠。     

煤层下伏岩层采动变形规律及承压水突水机理研究

煤层底板突水是华北区域煤矿事故的最主要原因.基于肥城矿区地质条件,应用FLAC3D软件和岩石力学电液伺服系统分别对开采煤层下伏岩层移动变形规律、岩体的渗透特性、岩体在渗流场作用下的变形破坏特征等方面进行了深入研究,分析了水体上煤层开采突水机理,为确定高突危险水体上煤层的安全开采技术与工艺奠定了理论基础,具有十分重要和深远的意义.     

采面底板应力计算及应用

本文利用弹性理论推导了煤层底板任意点的应力计算公式。提出了通过计算岩石的强度指数来预计煤层底板的破坏深度。依据底板破坏深度与承压水的“原始导高”的关系预测煤层底板突水的可能性,并以现场实测数据验证了这种计算方法的可靠性。图5,表2,参考文献2。     

煤层开采对底板的破坏规律及其水害防治技术

为了研究团柏煤矿煤层开采对底板岩层的破坏规律,制定相应的防底板突水方案,通过现场实测和数值模拟相结合的研究方法,分析煤层开采对底板破坏规律。结果表明:底板的破坏程度、破坏区域与含水层空间关系是决定矿井底板水害发生与否的关键因素,团柏煤矿10煤开采对底板的破坏范围为12 m~15 m,基于煤矿水文地质条件和研究成果提出了该煤层开采时底板突水隐患的预防和治理对策。研究结果对矿井开采设计与矿井防治水工作具有重要的指导意义。     

带压开采下组煤底板采动破坏深度现场实测及模拟

以团柏煤矿10#煤层10115综采工作面作为工程背景,研究带压开采下组煤10#煤层底板采动破坏深度。通过对开采前后煤层底面下不同深度岩石段开展压水试验,测取不同水压下的进(侵)水量,获得了大量的压水实测数据,同时采用F-RFPA2D分析系统模拟整个采场开挖对底板隔水岩层采动破坏规律及其深度,最后将现场实测数据与数值计算结果进行对比分析。研究表明,煤层开采所引起的底板直接破坏深度为9.5 m,底板采动最大破坏深度为12 m左右;运用F-RFPA2D模拟分析得出,老顶板初次来压步距为40 m,周期来压步距在12~16 m,当工作面推进至84 m时,底板破坏深度达到最大值12 m,该结果与现场测试结果基本吻合,同时验证了实测数据的可靠性和有效性。综合结果分析可知,团柏煤矿10#煤层底板采动破坏最大深度为12 m,该结论可为团柏煤矿带压开采下组煤水害防治提供参考依据和科学指导。     

蹬空开采顶底板破坏特征及控制技术

针对山西中新甘庄煤业有限责任公司矿井整合后8#煤层蹬空开采会对顶底板围岩造成二次破坏的问题,采用理论分析及数值模拟研究的方法对蹬空开采顶底板破坏特征进行了研究。结果表明:8#煤层蹬空开采垮落带最大高度大于7#、8#煤层最小垂距,底板导水裂隙带深度小于8#、11#煤层垂距.当工作面推进至7#煤柱下方时,矿压显现更严重.并就可能出现的开采安全隐患提出了相应的应对措施.     

“三软”煤层采动底板变形特征数值模拟与实测对比分析

通过数值模拟系统研究了矿山压力作用下郑州矿区超化煤矿22061工作面"三软"煤层底板采动变形破坏的深度及其受岩层组合结构控制的变化规律.提出了在正常采动情况下软顶、厚的软煤和软底的"三软"煤层底板变形仅发生在一定浅部范围内,厚的软煤和软底对应力和变形的传播具有一定的缓冲作用.揭示了中段灰岩组(L7、8灰)对应力分布和变形破坏的重要控制作用,并与该面的实测相关结果进行了对比分析.这为豫西煤炭资源向深部开采所引起的底板水防治提供了部分力学的参考依据.     

采动条件下底板潜在导水通道形成的微震监测与数值模拟

以某矿综放工作面开采过程为背景,利用微震监测技术进行现场监测,并借助有限差分FLAC^3D进行数值分析,研究在采动应力场不断变化过程中底板岩体微震破裂事件的时空演化规律,揭示煤层采动条件下潜在导水通道的孕育、发展和贯通过程.微震监测结果表明:微震事件数一定程度上反映了开采扰动对底板岩体破坏程度的影响;采煤期间,回采工作面附近微震事件呈现密集分布,底板岩体采动破坏严重,底板破裂深度达15m.数值分析表明:由于煤层采动导致采场周围应力重分布,工作面前方应力增高,采空区下方应力降低,底板岩体随工作面回采经历了应力集中、释放并最终破坏;底板塑性破坏区深度达14m.     

煤层覆岩圆拱结构下底板破坏深度的解析估算

在考虑煤层覆岩圆形拱结构内跨落岩层自重作用的基础上,将底板岩体视为半无限均匀完整介质,并对底板上的支承应力分布进行了简化,结合叠加原理,建立了煤层覆岩圆形拱结构下底板最大采动破坏深度的解析估算公式,为类似底板条件与构造弱面结构底板奈件下的最大采动破坏深度的准确预计以及底板水害预测预报提供了科学依据。     

含瓦斯厚煤层顶分层开采解放作用分析

通过相似材料模拟实验，分析了含瓦斯厚煤层顶分层开采时支承压力对煤层底板的破坏作用，并根据压力分布和破坏程度对煤层底板裂隙沿度方向进行定性定量分带，计算出底板最大破坏深度及其位置，探讨了各分带瓦斯运移特征，进而阐述了顶分层开采对下分层的解放作用，为安全、合理开采含瓦斯厚煤层且有效抽排煤层瓦斯提供了理论依据。     

基于固支梁理论的煤层底板突水破坏机制分析

我国煤层底板隔水层的厚度不一,部分煤层开采底板隔水层厚度巨大,不符合弹性薄板理论的适用条件.故文章采用弹性力学固支梁理论建立任意一点应力计算模型,推导承压水作用下底板隔水层的应力解,根据皖北煤电集团某矿采煤工作面底板隔水层力学特性,并结合FLAC3D软件分析底板隔水层应力分布和底板突水破坏机制.研究表明:底板隔水层的极...     

基于声波法和FLAC3D的矿井底板采动破坏特征研究

利用声波法对华北地区某典型岩溶水害矿井的4707工作面煤层底板不同深度、不同位置的声波波速进行探测,获得了随工作面推进时的波速变化曲线。结果表明:垂深3.9～12.1m之间的声速曲线出现较大的波动,在钻孔距工作面距离15～5m时声波波速迅速升高,在6～5m处达到最大值,工作面推过钻孔后,波速不断降低。垂深13m以上,声波曲线趋于稳定,说明已不在破坏范围内。声速法判断底板最大破坏深度为12.1m。结合FLAC3D软件,利用4707工作面的实际地质资料数值模拟煤层底板采动破坏过程,得出了煤层底板采动破坏特征:底板破坏区沿采空区四周和底板向下扩散呈现出喇叭形,随工作面的不断推进,破坏区也不断前移。