采动覆岩离层注浆的相似材料及数值模拟

为研究采动覆岩离层过程与离层注浆时机的问题,采用相似模拟方法,对走向长壁全部跨落法采煤造成的离层现象,进行了四架次实验,并对覆岩离层注浆进行了数值模拟。结果表明:离层发展高度接近于工作面推进距离的0.4～0.6倍,离层的产生是在初次来压与周期来压之间,周期来压之后是进行离层注浆的最好时刻。工作面推进60m时注浆,得到注浆的减沉效果为20%～30%。该成果对离层注浆工程有一定的参考价值和借鉴意义。     

采动覆岩注浆离层力学结构模型及稳定性预测方法： 以张集煤矿为例

煤矿开采引发地表岩土层移动变形,进而导致建筑倒塌、生态环境破坏等问题,离层注浆是减缓地表沉降的重要手段之一。为了研究淮南矿区倾斜地层采动离层的发育和稳定性,基于关键层理论,建立由主关键层、注浆阻隔层、亚关键层组成的采动覆岩注浆离层力学结构模型,提出注浆离层稳定性力学判据。采用离散元数值模拟分别建立水平和倾斜地层模型,模拟煤层开采过程中裂隙演化规律及可注浆离层发育情况。结果表明,水平和倾斜地层导水裂隙均未贯通注浆阻隔层,主关键层底部均发育可注浆离层,水平地层可注浆离层开度比倾斜地层的开度更大。数值模拟证明采动覆岩注浆力学结构模型可以对采动离层稳定性进行有效预测。     

覆岩离层注浆控制沉降技术及计算模型

煤层开采以后,其开采周围的岩体的原始应力平衡状态因采动而受到破坏,应力将重新分布达到平衡。在此过程中,采空区上覆岩层将发生非连续破坏和连续移动,形成冒落带、离层带、弯曲带和松散冲积带的“四带”覆岩结构。利用岩移过程中形成的离层空间,通过地表钻孔向离层注浆,可减缓覆岩的进上步下沉。因此,以矿山开采沉陷理论和毕竟性薄板理论为基础提出了覆岩离层注浆沉降计算模型,可确定上覆岩层离层空间发育的层位和岩层间的     

覆岩离层产生机理

矿山开采过程中引起的地表沉陷,为了解决这一问题对覆岩离层的产生机理进行了研究。关键层对控制覆岩的移动变形起主要作用。通过对覆言离层的产生、发展发育及闭合规律进行了较系统的探讨和研究,对采动覆岩离层的力学模型进行分析,得出采动覆岩内部相邻两岩层之间离层的产生及形成离层空间的条件、覆岩离层内部产生的机理、内部分布规律,影响覆岩离层分布规律的因素,为覆岩离层注浆防止地表沉陷提供理论依据和技术指导。     

采动覆岩离层及其分布规律

本文针对覆岩注浆减缓矿山开采沉陷问题，从理论上探讨了采场上覆岩层内部产生离层的力学条件，离层分布规律及离层空间体积的计算方法     

覆岩离层注浆充填效果的综合评价

为了获得覆岩离层充填后地表沉陷与覆岩破坏的效果,采用点、线结合的办法建立地表移动变形观测站监测地表移动与房屋变形规律,在井下采用仰孔分段注水法及前端泄露式多回路注(放)水系统对东滩煤矿14 308工作面覆岩离层注浆条件下采动导水裂隙带的破坏特征进行了连续探测.结果表明:离层注浆条件下地表的减沉率达到了38.5%,离层注浆时的采动导水裂隙带高度值略高于正常条件下的高度值.综合评价效果为类似矿井的安全开采提供了科学依据.     

覆岩离层注浆减缓地表沉陷的动态力学模型

分析了覆岩离层注浆控制层（岩梁）的受力过程，提出了注浆减缓地表沉陷的受力模型，从中得出了注浆减沉的力学机理，进一步得到了注浆减沉的动态力学模型，指出了提高注浆减缓地表沉陷效果的措施。     

煤矿开采覆岩离层注浆浆液配比优化试验研究

覆岩离层注浆充填技术是一种煤矿绿色开采新技术,能有效控制离层上方的地表沉陷,对保护地表建筑物安全及生态环境稳定具有重要意义。为了探究离层注浆浆液最优配比,选取水固比、固相比、水玻璃掺量和悬浮剂掺量4个浆液性质的主要影响因素,采用正交试验和单因素试验的方法探究各因素对浆液的相对密度、黏度、析水率和结石率的影响。试验结果表明,水固比是控制浆液性质的主控因素。其他影响因素中,固相比对黏度影响较大,水玻璃掺量对析水率、结石率影响较大。单因素实验中,各电厂粉煤灰浆液随水固比减小,浆液析水率减小,结石率增加,黏度增加,即浆液中粉煤灰质量比越大,浆液稳定性和填充效果越好,但扩散半径越小。随着水固比减小,达到某一水固比值后,浆液黏度将显著增大。不同电厂粉煤灰浆液性质不相同,因此在注浆前对拟用粉煤灰进行试配是必要的。     

覆岩离层注浆减沉工程有关技术问题研究

采用流体力学的理论方法结合相似材料模拟实验研究成果,对覆岩离层形成的过程、注浆时机、注浆压力、浆液在离层空间内的流动规律进行了研究。注浆液在离层空间内的流动形式与离层空间的大小、围岩的渗流特性、工作面的推进速度位置等因素有关,根据实验结果可将浆液在离层空间内的流动分为三种形式:即以钻孔为中心的径向流动;以明渠挟质形式流动;以密实挤压形式流动。前两种形式一般发生在离层空间未充满浆液的前提下,而后一种则是在离层空间已被充满时的继续高压注入,即饱和密实挤压注浆充填。只有达到饱和密实充填才能取得理想的注浆效果。     

采场覆岩离层演化的光纤光栅检测实验研究

为定量化研究采场上覆岩层离层规律,采用相似材料物理模型试验的方法模拟煤矿回采过程,用光纤光栅传感技术构建相似材料物理模型实验的覆岩移动的监测方法和系统。实验制作了一个3 m×1.19 m×0.2 m的相似材料平面模型,几何相似比为1∶200,同时在模型内埋设9个光纤光栅应变传感器和1个光纤光栅温度传感器,用以研究模型开挖过程中覆岩运移状态与光纤光栅传感器测试结果的对应关系。实验结果表明,光纤光栅传感器应变量与岩层运移状态密切相关。传感器所在岩层层位发生离层时,传感器受拉应力作用使其应变量发生跃升,而后由于离层不再扩展而保持平稳,直至离层破断垮落。通过光纤光栅检测方法可以定量化描述传感器所处岩层离层变化量的大小。     

粗榆金矿地下开采覆岩运移规律数值模拟

针对粗榆金矿急倾斜极薄矿体下行充填开采过程中岩移规律开展数值模拟研究.通过现场节理调查确定节理产状与间距，利用Hoek-Brown强度准则确定数值计算参数，借助神经网络获得数值计算边界条件，结合三种不同数值计算方法开展计算分析.研究表明，矿体上盘岩层沉降明显，矿体覆岩沉降变形区域呈筒形陷落；FLAC3D和3DEC计算结果显示，粗榆金矿地表不存在沉降区域；随机介质计算结果显示，二号竖井、新建的选矿厂以及职工宿舍浴池均在岩移带之外；相对于FLAC3D，3DEC计算方法，随机介质方法更适合对急倾斜极薄矿体开采导致的岩层运移进行模拟研究.     

大采高综采工作面上覆岩层破断规律的相似模拟

文章使用实验室相似模拟的方法,对同煤集团晋华宫矿南山12#层8210工作面的矿山压力显现与支承压力规律进行了研究,通过相似模拟实验得到8210工作面基本顶初次来压步距为40.8 m,周期来压步距平均为21.7 m。液压支架的额定工作阻力为1.3×105k N,能支撑顶板的压力,来压时间内动载荷支架工作稳定;对其他大采高工作面支架稳定性研究具有借鉴意义。     

FLAC3D模拟采动岩体渗流规律

为从根本上研究煤层开采工程中因顶板冒落、放顶垮落造成的顶板突水通道的变化规律,首次运用FLAC3D数值软件的应力-渗流耦合系统,结合工程实践,系统分析了采动岩体的渗流矢量、渗流速度、孔隙压力及导水边界线动态发展的普遍规律和分布特征,进行了顶板突水危险区域的识别,得出了一些对防治采场顶板突水有益的结论,可为煤矿顶板突水防治提供理论依据.数值模拟结果表明采动岩体渗流通道的发展明显受煤层开采的影响,且当主关键层破断时,采场最易发生顶板突水事故.在此基础上,将采场的渗流动态变化特征与采动岩体的破断、运动规律结合分析,给出了采场顶板破断及破断岩块再组合压实过程中渗流裂隙的扩展、闭合普遍演化过程.如果水源有限且现有设备能及时排除水患,当煤层采完后,采动岩体能重新压实闭合失去导水性能,地下水位能逐步恢复,即保护第四系及地表水的采煤技术可以实现.同时证明FLAC3D的应力-渗流耦合系统能预测并预算采动岩体裂隙产生、发展、闭合及相关危害性的可靠的数值定量分析软件,可作为一个新方法在顶板突水防治和保水采煤技术中应用.图5,表1,参11.     

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。     

模拟覆岩破坏稳恒电场特征的相似材料配比研究

通过大量的相似材料配比试验研究证明,在材料中加入一定浓度适量的Ｎａｃｌ溶液是实现覆岩破坏稳恒电场特征相似材料模拟的最佳方法。试验得出了相似材料电阻率与Ｎａｃｌ溶液浓度的关系。按照这一关系配制的相似材料模型的试验结果准确地反映了覆岩破坏稳恒电场的变化特征。     

孤岛工作面上覆岩层变形破坏规律相似试验研究

针对平煤八矿孤岛工作面的实际开采条件,采用相似材料模拟试验的方法,研究了巷道掘进和工作面开采过程中上覆岩层的变形破坏规律,得到了孤岛工作面上覆岩层运动特征。分析结果认为,合理的巷道位置应布置在靠近采空区的应力降低区内,煤柱宽度取5～6m为宜,不宜大于10m。     

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.     

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。     

矿业工程相似材料模拟技术浅析

矿业工程相似模拟技术是研究矿山压力、围岩稳定及破坏规律的主要方法和手段。阐述了相似模拟理论的基础概念（包括相似三定理与相似三条件）,探讨了相似材料的选择与模型制作,简要介绍了离心模拟技术。