煤层群分组上行开采相似材料模拟和数值模拟

通过理论分析计算,得出上下2组煤开采后的导水裂隙带发育高度以及理论破坏形态预计。通过计算机数值模拟、实验室相似材料模拟,研究分析了上下2组煤开采后覆岩破坏规律及顶底板应力分布规律、覆岩沉降规律,得出导水裂隙带最大值。数值模拟下煤层开采后的覆岩破坏高度,得到模拟的导水裂隙带高度,并与理论值、模拟计算结果对比,综合分析了分组上行开采覆岩破坏与运动规律。     

和善煤矿“两带”高度数值模拟及实测研究北大核心

为探究上位煤层采动影响对下位煤层垮落带及导水裂隙带发育规律的影响,在理论分析的基础上,运用UDEC数值模拟软件,模拟了不同层间距上位煤层底板断裂带深度与下位煤层覆岩“两带”高度变化规律,并以实际工作面为背景,采用双端堵水器对覆岩“两带”高度进行实测。结果表明:9+10号煤垮落带高度为10.6 m,导水裂隙带高度为45.79 m,上位煤层开采对下位煤层导水裂隙带的发育高度存在一定影响,且基本呈负相关趋势,上下两煤层导水裂隙带存在贯通的可能性。     

煤层群分组上行开采相似材料模拟覆岩破坏规律研究

通过计算分析,得出丁家城煤矿1煤层、3煤层理论覆岩破坏形式和高度,再利用实验室的相似材料模拟研究,得到模拟导水裂隙带最终发育高度,结合现场的实测数据,总结出了丁家城煤矿工作面回采期间的直接顶来压步距、老顶初次来压步距、老顶周期来压步距。综合分析分组上行开采覆岩破坏与运动规律,确定了1煤、3煤上行开采的可行性。     

含水松散层下煤层开采覆岩破坏规律的数值模拟研究

以五沟煤矿1011工作面煤层开采为例,应用ANSYS有限元软件,对煤矿开采引起的煤层顶板覆岩运移规律进行了数值模拟,分析研究了含水松散层下煤层开采覆岩破坏移动规律,确定了导水裂隙带和覆岩冒落带发育高度,利用经验公式和简易水文观测法对模拟计算结果进行了验证,得出了1011工作面覆岩破坏移动规律和"两带"发育高度,为进一步合理留设防水煤柱提供了有效的技术参数。     

近距离煤层群上行开采相似材料模拟试验研究

基于某矿上行开采的要求,为获得下组煤开采后覆岩破坏高度及裂隙带发育高度,进而研究特定地质条件下近距离煤层群上行开采的可行性,采用物理试验的方法对下组煤开采后覆岩的破坏高度及裂隙带发育高度进行了模拟研究,并分析了受采动影响的顶板矿压显现规律、覆岩破坏特征、围岩应力场及位移场的变化规律.结果表明:覆岩破坏高度约为18.4 m,裂隙带发育高度约为49.3m,上组煤处于下组煤裂隙带的中上部.因而,以上覆岩层“三带”判别法为依据,初步判定采取一定安全措施后该矿上行开采方案可行.     

煤层开采覆岩破坏数值模拟研究

煤层开采引起的岩层与地表变形移动,可使位于开采范围内的地表水渗入井下,威胁煤矿生产安全。因此,研究覆岩破坏规律,特别是导水裂缝带的高度就显得极为重要。快速拉格朗日分析法是一种新的数值分析方法,尝试将其应用于综采放顶煤条件下冒落带和裂隙带高度的预测,基于山西省某煤矿一工作面进行模拟,并将数值模拟结果与经验公式计算数值以及实测数值进行对比分析,论证了FLAC数值模拟程序在预测煤层开采覆岩破坏状况中应用的可行性。     

地表水体下工作面开采安全性分析

为了避免大采高工作面重复开采沟通至地表水体,发生水害事故,采用关键层理论及相似材料模拟对工作面覆岩破坏规律进行了研究。基于关键层理论,确定了红石湾煤矿五煤及八煤覆岩中的关键层,并计算了导水裂隙带发育高度;根据煤层覆岩物理力学参数及地质条件,建立了相似材料物理模型,分别模拟了五煤开采、五煤和八煤开采条件下覆岩破坏高度。结合研究区构造发育条件及隔水层的隔水性能,核算了水体下防隔水煤(岩)柱的留设,明确了五煤和八煤开采不受地表水体的威胁。研究结果表明:对于大采高工作面重复开采条件下的覆岩破坏高度,经验公式并不适用,可以采用关键层理论及相似材料模拟来确定导水裂隙带发育高度。通过实例验证,对地表水体下工作面开采的安全性评价是科学合理的。     

张家峁煤矿N15203工作面浅埋煤层导水裂隙带发育特征

张家峁煤矿地处我国西北干旱地区,生态环境脆弱,煤层埋藏浅,煤矿开采过程中导水裂隙带导通上覆含水层,造成地下水位下降,加剧生态环境恶化,同时地下水涌入矿井,威胁矿井安全开采。为详细分析张家峁煤矿浅埋煤层导水裂隙带发育情况,以矿区北翼N15203工作面地质条件为背景,利用理论计算、数值模拟方法对导水裂隙带的发育高度进行了研究,并通过现场钻孔电视成像实测结果验证了理论计算与数值模拟结果的可靠性。研究表明:①数值模拟可展现覆岩破坏的动态变化规律,当工作面推进至60 m和110 m时,覆岩破坏速率明显加快,与关键层理论判断结果一致;②由于黄土层塑性变化较大,对导水裂隙带发育具有一定的抑制作用,导水裂隙带发育至基岩顶界附近,高度约108 m,裂采比约19.64;③通过与现场钻孔电视成像结果对比,数值模拟和关键层理论计算结果与实测数据基本保持一致,能够较准确地预测导水裂隙带高度发育情况。分析结果对于陕北浅埋煤层开采覆岩导水裂隙带后续研究具有一定的参考价值。     

高头窑煤矿河流下开采导水裂隙带数值模拟

通过综合分析高头窑煤矿河流下开采的具体条件,对该矿浅埋煤层河流下开采覆岩的破坏规律及冒落带和裂隙带的高度进行了数值模拟计算,得出了在不同开采厚度的情况下,导水裂隙带的发育高度和范围,对河流下煤矿开采围岩控制的安全性提供了理论依据。     

工作面上覆岩冒落导水裂隙两带高度的确定

为了确定工作面上覆岩层冒落带和导水裂隙带的高度,更好的指导矿井防水煤柱的留设,保证矿井安全生产,实验首先运用相似模拟理论将三维问题转化为二维平面模型,通过模拟实际开采过程,确定两带高度,并运用FLAC数值模拟软件建立莫尔库仑塑性模型,模拟顶板应力变化,同时结合经验公式对覆岩两带高度进行计算,最终综合比较得出:针对正行矿1206(1)工作面14煤上覆岩冒落带最大高度为18.5m,导水裂隙带最大高度为58.0m.     

采动裂隙椭抛带动态演化及煤与甲烷共采

为研究采动覆岩裂隙演化及其中瓦斯的运移规律,通过物理相似模拟及数值模拟发现,煤层开采后采动覆岩裂隙形态可用椭抛带来表征。基于岩层控制关键层理论,建立了考虑采高及第一亚关键层与煤层顶板间距的采动裂隙椭抛带动态演化数学模型。运用环境流体力学,传质学,渗流力学,采动岩体力学等理论,得到采动煤体应力与卸压瓦斯渗流,纵向破断裂隙区瓦斯升浮,以及横向离层裂隙区瓦斯扩散等方程,构建出椭抛带中卸压瓦斯渗流-升浮-扩散综合控制模型。分析了椭抛带卸压瓦斯抽采机理,提出相应的煤与甲烷共采技术。通过山西天池煤矿抽采卸压瓦斯的现场实践,说明采动裂隙椭抛带是卸压瓦斯的储运区,将瓦斯抽采系统布置其中,可取得良好效果。     

大柳塔煤矿多煤层开采覆岩变形破坏模拟研究

针对大柳塔煤矿远距离多煤层开采冒裂带发育及采动影响问题,通过相似模拟和数值模拟计算,系统研究了2个主采煤层开采过程中覆岩垮落、裂隙发育及地表沉陷规律。研究结果表明：浅部2-2煤覆岩主关键层破断后,顶板基岩会发生直达地表的整体切落现象,5-2煤一次采全高长壁开采冒裂带连通上部采空区,形成工作面涌水的导水通道;重复采动岩层与地表移动和变形值增大,非连续性破坏增加;采空区上覆岩体依据主应力分布可划分为双向拉应力区、拉压应力区和压应力区3个区,主应力状态对采动裂隙的形成、发育起着控制作用;采动影响与工作面几何参数密切相关,地表沉陷随着工作面斜长或采厚的降低而减小。研究成果对大柳塔及类似条件下的煤矿安全开采与设计有指导意义。     

基于采动-爆裂模型的导水裂隙带高度计算方法

煤炭开采导水裂隙带高度预测大多采用数值模拟和统计分析方法。基于煤炭现代开采工艺特点,采用系统理论与模拟方法,建立由采动体(开采系统与煤体)与受动体(采动覆岩)组成的采矿系统、"采动-爆裂"物理模型和采动能与应变能的变化关系;类比采动覆岩与岩石爆破的分区效应,确定了岩石爆破安全距离与导水裂隙带高度的关系;基于采矿系统内能量和动量守恒关系,建立了导水裂隙带高度与开采工艺参数和采动覆岩特性的近似关系和高度预测方法;因子灵敏度分析表明,采动因子和等效密度因子影响幅度最大;对采用煤炭现代开采工艺的兴隆庄矿区验证表明预测高度相对误差约为8.8%。     

近距离煤层开采导水裂隙带发育高度数值模拟研究

为解决邵寨煤矿2号、5号煤层重复采动面临的覆岩破断及两带发育高度问题,以及研究此情形下导水裂隙带演化规律,运用数值模拟计算方法,采用3DEC数值模拟软件,通过对近距离煤层条件下工作面的回采进行模拟实验,获得导水裂隙带的演化趋势,以及工作面回采结束后的两带最终发育高度。模拟结果表明,导水裂隙带高度沿工作面倾向是从零开始逐渐增加的,最终当工作面回采360 m时,导水裂隙带高度增加至100 m,而走向导水裂隙带初始为煤2层采动造成的高度为78 m,随着煤5层的回采导水裂隙带高度保持不变,当工作面回采至220～260 m时向上延伸至100 m,随后继续保持稳定,导水裂隙带最终发育高度为100 m,贯穿了延安组岩层达到安定组岩层但并未到达洛河组含水层,可以保障井下的安全生产。     

厚松散含水层下特厚煤层综放开采覆岩破坏特征研究

根据淮北某矿的地质条件,采用相似模拟、数值模拟、经验公式计算以及现场实测4种方法对厚松散含水层下特厚煤层综放开采时覆岩破坏特征进行了研究,分别得出了覆岩冒落带、裂隙带的发育高度。通过比较发现,相似模拟和数值模拟的结果与现场实测的结果比较接近,但经验公式计算得出的裂隙带高度较小。最终确定厚松散含水层下特厚煤层综放开采冒落带高度为13.5 m,裂隙带高度为68 m,为矿区防塌煤岩柱的留设提供了依据。     

沟谷地形下煤炭资源开采覆岩导水裂隙发育规律模拟研究

为探索沟谷地形下煤炭资源开采覆岩导水裂隙发育规律，利用FLAC软件建立了沟谷地下煤层开采数值模拟模型，研究了煤层至沟谷之间不同垂直距离的覆岩导水裂隙发育规律。研究结果表明:随着煤层至沟谷垂直距离的增加，沟谷底塑性区高度变化不大，约8 m，而煤层上覆塑性区高度随之增加，当煤层至沟谷垂直距离为25、35、45、55、65 m时，其煤层上覆塑性区高度分别为14.5、14.9、15.6、16.1、16.5 m；覆岩有效隔水厚度随着煤层至沟谷垂直距离的增加而增加，煤层至沟谷垂直距离愈大，则覆岩与沟谷地段越不容易形成贯通导水裂隙。     

洛河组砂岩含水层下大采高工作面导水断裂带演化规律

针对旬耀矿区厚煤层大采高工作面上覆洛河组砂岩含水层下的安全采煤问题,采用理论分析、相似材料试验和数值模拟研究了某矿1109大采高工作面覆岩破断及裂隙演化规律。研究表明:上覆岩层经历了直接顶破断、基本顶初次破断与周期破断、亚关键层初次破断与周期破断5个阶段,破断发生引起工作面煤壁上方裂隙密度和开度发生跃变,采空区覆岩裂隙经历孕育、产生、张开、闭合、压实5个动态阶段;从开切眼到充分采动过程中,在裂隙带的上部、工作面煤壁上方及开切眼上方裂隙较为发育,裂隙区近似"抛物线"状,采空区中部覆岩裂隙闭合而边界处裂隙不易闭合;工作面充分采动后,导水断裂带发育高度82~85 m,未导通上覆洛河组砂岩。     

厚松散层薄基岩综采面覆岩破坏高度发育规律

为确保高承压松散含水体下缩小安全煤岩柱开采,合理回采防水煤柱内所留的煤层,在淮南煤田潘集矿区深厚松散层薄基岩条件下的综采工作面,采用地面地质钻孔、井下声波检层CT技术探测等多种现场实测手段,结合离散单元数值模拟,对深厚松散层薄基岩综采工作面覆岩破坏带高度发育的时空分布规律进行研究。研究结果表明：覆岩破坏带随工作面推进动态变化,随着综采工作面向前推进,导水裂缝带高度35.20～45.10 m,垮落带高度7.28～16.24 m;其覆岩破坏由下向上、由后向前逐步发展。     

基于板壳理论的充填开采覆岩导水断裂带发育规律

为分析充填开采时覆岩导水断裂带的发育规律,采用板壳理论分析了充填开采过程中关键层的破断力学过程,得到随着采厚的增加,导水断裂带是逐层向上发育,而不是随着采厚的增加渐进式发育;采用数值模拟的方法再现了采后不同充填高度时覆岩导水断裂带的发育规律,得出覆岩的"两带"发育随着等效采高的变化存在着临界效应,即充填体高度的量变,会引起覆岩变形破坏高度的质变。现场观测了充填工作面采后的覆岩导水断裂带发育情况,实测得到的结果与理论分析结果吻合,验证了上述理论分析和数值模拟得到的结论。