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。     

煤矿上行开采覆岩运动规律研究

为了有效开采煤炭资源,具有3层可采煤层的煤矿拟采用上行开采方法,通过相似模拟实验及数值模拟计算,得出5-2煤开采后覆岩运动规律,结合"三带"判别法、比值法、围岩平衡法等理论分析得到冒落带高度是6倍采高18 m,裂隙带高度是18倍采高54 m,4-2煤顶底板岩层最大裂隙10 cm,裂隙在下沉带盆底闭合,得出该矿4-2煤上行开采是可行的.     

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.     

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...     

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。     

基于不同上覆岩层的浅埋隧道动力响应特性研究

利用Midas NX有限元数值模拟软件对浅埋隧道数值模型进行非线性时程分析,研究了在不同上覆岩层的情况下,岩层类型和地震波激振峰值对浅埋隧道加速度动力响应的影响。结果表明:在Ⅰ~Ⅴ类上覆岩层状况下,衬砌上各测点的放大系数大于1;不同上覆岩层对衬砌加速度动力响应均有放大效应;围岩条件越好,隧道抗震性能越强。在Ⅰ~Ⅲ类上覆岩层条件下,地震波激振峰值对隧道动力响应的影响比在Ⅳ及Ⅴ类上覆岩层条件下要大。     

采空区上覆岩层裂隙演化数值模拟研究

开采扰动下采空区上覆岩层将产生位移和应力重新分布。基于岩层模型理论分析梁模型和板模型的对上覆岩层分析的实用性。通过有限元数值模拟动态开采下采空区形成过程中上覆岩层的力学特性变化,得出覆岩应力可从曲线看出分为三个区域:应力增高区,充分卸压区和应力平缓区。并可以有结果分析曲线得出垮落距和岩层沉降特点。     

覆岩组合运动规律的研究

论文以相似材料模拟实验为基础，比较深入地探讨了覆岩组合运动的条件，研究了相关的机理并提出了相应的准则和判据。论文同时研究了开采后覆岩离层一生的位置和离层扩展的规律，正确指出离层位置和扩展规律对组合结构的形成的重要作用。     

基于分布式光纤的煤矿工作面采场上覆岩层运动规律研究

以淮北矿区某矿Ⅲ11工作面为工作背景,基于分布式光纤传感测试技术(BOTDR),对回采结束后工作面上覆岩层的运动变形进行监测。为了研究工作面上覆岩层的运动变化规律,在Ⅲ11工作面机巷顶板布置角度分别为14.9°、24.2°、30°的3根光缆,同时对上覆岩层进行实时监测,光缆通过注浆使与围岩充分耦合。监测结果表明,光缆应变随上覆岩层沉陷运动不断减小,岩层开采后71天左右应变趋于0,表明上覆岩层运动处于稳定状态。     

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,分析了采动覆岩移动的规律;讨论了松散层厚度、采深采厚比对覆岩移动及变形的影响.研究表明,在采厚相同的情况下,冒落带的下沉量基本相同;在采深、采厚相同的情况下,随着松散层厚度的减小,弯沉带、裂隙带的沉降量也逐渐减小;在采厚和松散层厚度相同的情况下,随着采深的增加,弯沉带、裂隙带的沉降量逐渐减小,采动影响的范围却有所扩大.     

大平煤矿采放高度对导水裂缝带高度的影响

为解决进行水下开采时,采空区上覆岩层导水裂缝带的发育高度直接影响煤矿安全生产问题。针对大平煤矿覆岩类型和开采条件,参照N1S1单一开采试采工作面煤层的赋存条件和导水裂缝带高度的观测结果,应用岩石破裂过程分析RFPA2D系统,数值模拟得出了采放高度对导水裂缝带高度的影响程度,为大平煤矿单一综放开采预计导水裂缝带高度以及提高开采上限,提供重要的参考依据。     

卸压(排放)钻孔破坏半径的数值模拟分析

为获得卸压(排放)钻孔破坏半径的计算表达式,利用RFPA2D数值模拟软件,模拟了不同煤层强度、不同煤层压力、不同孔径对钻孔破坏半径的影响,通过理论分析和回归分析得出了钻孔破坏半径的变化规律。通过多个方案数值模拟,定量得出了破坏半径与煤层压力呈幂指数关系,与钻孔有效直径呈对数关系,与煤层强度呈反比;所得出的钻孔破坏半径的表达式可用于不同条件下计算瓦斯排放钻孔的有效排放半径和卸压钻孔的有效卸压半径。结果对于钻孔卸压防治矿井动力现象有重要的理论指导意义。     

复合顶板巷道围岩变形与破坏特征数值模拟

为了研究复合顶板巷道围岩变形及破坏规律,结合镇城底矿工程实际,应用RFPA分别模拟了一般顶板巷道和复合顶板巷道开挖后围岩的动态变化过程,得出了复合顶板条件下巷道围岩变形和破坏的特征,从而为该矿巷道的支护设计提供科学依据.     

煤岩组合体破坏过程RFPA~(2D)数值模拟

为研究不同组合条件下煤岩组合体的力学特性及破坏过程,使用RFPA~(2D)软件,采用位移加载方式,对不同倾角、围压下的煤岩组合体进行数值模拟,研究单轴和三轴条件下不同煤岩组合体的破坏机制,分析了围压、倾角对煤岩组合体强度的影响.研究表明:单轴压缩时煤岩组合体的强度接近煤体的单轴破坏强度.三轴压缩时煤岩组合体的强度随着倾角的增大先缓慢降低后迅速降低.围压越大组合体强度越高,但强度提高值随着围压的增大降低.煤岩组合体的内摩擦角随着倾角的增大减小,内聚力随着倾角的增大均先增大后减小.组合体单轴压缩破裂情况基本相同,破坏基元主要分布于煤体中,三轴压缩时组合体的破裂出现了3种情况.     

单轴加载岩石损伤及声发射特性非均质效应的数值试验

为研究岩石非均质性对其力学特性的影响,运用岩石真实破裂过程分析软件RFPA2D,并采用岩石单轴常位移加载方式,分析不同均质度条件下岩石损伤演化模式和声发射特性.研究结果表明:均质度对岩石力学特性影响显著,随着岩石均质度的增高,岩石单轴加载损伤演化模式由延性向脆性过渡,宏观破裂弥散性降低,岩石峰值强度不断增大,当均质度大于30时,岩石峰值强度基本趋于稳定;岩石均质度较低时,单轴加载条件下岩石声发射体现出强度低、事件频率高的声发射特性,均质度增高时,岩石声发射强度也进一步提高,并且突变性增强.     

水采采场上覆岩层运动规律的三维相似模拟试验研究

通过三维相似模拟试验研究了底板－煤－顶板组成的力学条件,得出的结论是水采采场上覆岩层的垮落特征及参数与同类条件下的旱采有着显著区别,顶板初次垮落及周期垮落的形状分别为三角形板结构和平行四边形板结构;垮落线与煤层走向是一定角度。     

亚急斜煤层采空场覆岩变形破坏数值与相似模拟

依据煤层倾角及开采后顶板破坏特征及其影响不同,将倾角在45～60°的煤层称为亚急斜煤层,其开采过程中顶板影响相对显著。文中针对乌鲁木齐矿区,通过相似材料与数值模拟试验,对亚急斜水平分段放顶煤开采过程中采空场覆岩变形破坏特征进行了试验研究。研究结果表明:亚急斜煤层开采过程中采空场覆岩变形破坏主要沿煤层法向方向发展;基本顶(老顶)岩层破坏后并没有直接垮落,而是有可能形成一定的结构体——铰接岩块结构;关键层位结构体的回转失稳是造成大范围覆岩剧烈活动的根本原因;岩层结构的存在,特别是关键层位结构体的存在,使得覆岩大范围垮落对工作面的影响程度大大降低了,支架可以保持良好的运转,有助于工作面的安全高效生产。     

煤层钻孔卸压效果影响因素分析

钻孔卸压抽采瓦斯是解决瓦斯灾害的有效方法之一。为了研究地应力等因素对煤层钻孔卸压效果的影响,首先从理论上分析了钻孔周围的应力和卸压区范围,利用弹塑性力学理论得到了轴对称情况下卸压区半径的解析解,然后讨论了影响卸压区范围的地应力等各种因素并利用RFPA^2D分别进行了数值分析。结果表明：（1）非轴对称地应力条件下,卸压区半径随着埋深的增大而增大;（2）卸压区半径随着煤层强度的增大而减小;（3）卸压区半径随着煤层周围地应力以及钻孔孔径的增大而增大。     

地表移动影响范围与地质采矿条件关系数值模拟

随着采空区增大,地质灾害不断增多,有必要对采动影响范围进行研究。10 mm下沉边界是确定影响范围的重要指标,且FLAC3D适合求解非线性大形变问题,因此可以将其用于探究地表移动影响范围(L)与地质采矿条件的关系。实验以某矿区A工作面和另一矿区B工作面为背景,通过建立数值模型,运用控制变量法探究了L与岩层厚度、松散层厚度、工作面开采尺寸、覆岩岩性的关系,给出了L的计算公式并对变化规律进行了理论与力学分析。结果表明：L与岩层厚度、松散层厚度呈正相关关系,L与采长呈负相关关系,L在关键层变软弱后显示出了轻微增长。研究为煤炭的合理开采及矿区地表建构筑物保护提供科学依据。     

具有不同倾角层状结构面岩体中隧道稳定性数值分析

通过引入细观层次的微元体,采用损伤力学和统计理论的单元本构模型,利用岩石破裂过程分析软件RFPA(realisticfailureprocessanalysis),对具有不同倾角层状软弱结构面岩体中隧道的变形破坏特征、隧道周边关键部位的位移进行了分析·结果表明,层状结构面倾角大小对围岩的破坏失稳模式有显著的影响·随结构面倾角的增大,隧道周边应力分布的非对称性逐渐增强,从而造成了破坏模式的非对称性·结构面倾角增大对边墙的受力有不利影响·这对于进一步深入理解具有软弱结构面中隧道破坏失稳机理并采取有效的加固措施等具有理论和实践意义·