深部开采煤层底板采动变形破坏规律研究

针对某矿煤层埋藏深,受底板承压水威胁严重的问题,确定底板采动破坏的深度是实现对其深部开采的关键和前提。根据该矿1305工作面的水文地质条件、煤层力学性质以及顶底板岩层结构和性质,运用FLAC3 D数值模拟方法研究煤矿深部开采过程中应力分布与塑性区分布特征,结合现场实测数据及煤层不同深度的超前段底板超声图像观测规律,得出该工作面采动煤层底板变形破坏的深度约为22 m。     

特厚煤层采动底板变形破坏的数值模拟与实测对比

根据兖州某矿工作面煤层顶、底板岩层组合及结构性质特点,建立反映完整底板岩层组合的工程地质模型,通过FLAC3D数值模拟分析了煤层开采过程中底板应力及塑性区分布特征,得到了采动煤层底板变形破坏的深度。最后,结合现场该面煤层底板随不同深度钻孔内超声成像观测的变化规律,综合对比分析得出该面煤层底板破坏深度约为12 m。     

深部对拉工作面采动底板变形破坏特征模拟

为了探究深部对拉工作面采动煤层底板变形破坏特征,基于城郊煤矿二水平深部完整底板某典型对拉工作面地质和开采条件基础上,进行了地层岩组划分,建立了该工作面开采的工程地质模型。通过三维数值模拟详细分析了充分采动后该面底板不同深度最大竖直应力和塑性区的分布特征,发现了这2个重要参数在底板延深方向均具有较明显的分带性特征,在判断底板破坏深度方面具有较好的一致性,获得了该对拉工作面采动底板破坏深度在27 m左右。     

工作面底板采动破坏深度研究

以新元矿9203工作面实际开采情况为背景,采用应变法现场原位监测煤层底板采动破坏深度,通过现场煤层底板监测钻孔内不同深度的应变传感器采集到的采动中应变变化规律,分析得出工作面底板采动破坏深度在11.5~13.5 m之间,再利用FLAC3D软件进行数值模拟,对模拟结果的应力分布及塑性区范围分析,结合煤层底板实际岩层组合情况,得出底板采动破坏深度约为12.2 m,该值在现场监测结果范围之内,验证了现场监测结果的正确性。     

底板采动破坏深度的力学分析和数值仿真研究

针对煤层开采底板突水问题,确定底板采动破坏深度是评价底板突水的重要因素之一。根据某矿7501,7502工作面的采矿地质条件、煤层及顶底板岩层结构和力学性质,运用弹、塑性力学理论和数值模拟研究确定正常底板的采动破坏深度分别为10.28,12m;断层影响的底板采动破坏深度分别为19.73,22m。结果表明,断层影响的底板采动破坏深度约是正常底板的2倍。对比现场实测的底板破坏深度数据,证实所建立的力学解析式和数值计算模型是可行的。     

煤层底板采动破坏深度探查技术

针对朝川矿开采二1煤21090工作面,利用超声波技术对工作面底板采动破坏情况进行探查和分析,依据距离工作面不同距离波速随深度的变化,确定底板采动破坏深度。探查结果表明,该工作面底板采动破坏深度集中在20.40~23.36 m,且深部岩层裂隙优先于浅部岩层发育。     

基于流固耦合的深部煤层采动底板突水机理研究

为了研究煤层深部开采底板采动破坏特征及与浅部开采的差异及底板突水机理,以淮北矿区下组煤底板为研究对象,建立了3种不同采深的底板突水模型。基于FISH语言对FLAC3D软件进行二次开发,对流固耦合条件下不同深度煤层采动底板破坏特征进行了综合分析与对比。研究结果表明:深部条件下煤层采动底板破坏形态与浅部明显不同,深部高地应力及高承压水耦合作用下,含水层顶部发育原位张裂带,且在采动影响下,会进一步出现递进导升现象,而浅部开采时无此现象;当采动破坏带与深部递进导升带沟通时,发生底板突水事故,揭示了矿井深部煤层底板原位张裂隙产生—与承压含水层导通—原位导升带发育—采动破坏带与递进导升带沟通这一突水机理。     

采动过程中煤层底板破坏特征及破坏深度分析

为得到采动过程中煤层底板破坏特征及深度,采用现场应变实测法对开采过程中煤层底板进行监测,获得底板不同深度的轴向应变和径向应变变化曲线,分析应变变化得出煤层底板破坏范围及深度。通过在山西某煤矿5304-2工作面底板布置7个应变传感器进行现场应变实测,测试结果表明:该工作面底板破坏深度为14 m,其中采动扰动破坏深度约为12 m;采动过程中,底板所受矿压显现影响具有超前和延后的特点,影响范围随底板深度的增加而减小。     

超千米采深煤层底板应力分布物理模拟研究

深部岩体构造应力显著,超千米采深煤层在开采时矿压显现剧烈,底鼓及底板破坏严重,底板应力影响深远,存在扰动承压水导升带,从而导通含水层造成突水的危险。本文根据华北型煤田邢东矿超千米采深工作面实际开采情况,建立室内物理模拟模型,在煤层底板布置应力盒,研究大采深工作面推进过程中底板应力分布特征。试验结果表明,底板近煤层水平向,超前支承压力影响范围为100 m;采动对底板的应力影响范围到达伏青灰岩含水层附近,应力影响深度为底板以下90 m。反映底板破坏带之下还存在一定区域,随回采产生了应力扰动。研究成果对于大采深煤层的安全回采具有理论指导意义。     

倾斜煤层底板采动破坏深度计算及破坏特征分析

根据半无限体理论,建立了倾斜煤层走向底板采动破坏深度力学求解模型,计算了倾斜煤层底板采动最大破坏深度。以平煤十矿的开采地质条件为工程背景,基于FLAC~(3D)数值仿真软件,对22300工作面底板采动破坏特征进行数值模拟。研究表明:沿煤层走向方向,底板采动塑性破坏区大致呈1个勺底偏向停采线一侧的"勺状"分布形态,且当推进至工作面"见方"期(回采距离等于工作面斜长)时,底板采动破坏深度首次达到峰值15 m。采用位移传感器法,对底板破坏深度进行现场实测,底板位移监测曲线表明,底板采动最大破坏深度为14~16 m,与理论计算及数值模拟所得结果吻合。     

大采深厚煤层底板采动破坏深度

针对我国承压水上开采底板突水灾害随开采深度不断增大而逐年增多的趋势,以某矿综放工作面的深部开采实际为背景,根据现场煤层底板钻孔内不同深度传感器应变测试值随工作面的变化规律,确定出煤层底板岩体破坏深度介于18~20 m;以研究区实际地层资料为基础建立工程地质模型,通过反复试算、逐步修正模型边界条件,对煤层底板破坏特征进行分析,弥补了现场实测结果不能反映出煤层回采过程中底板应力场的不足;采用现场应变实测和数值模拟相互结合的方法,确定了大采深厚煤层底板破坏深度为20 m,揭示了矿山压力在采动煤层底板中的传播规律。     

葛泉矿带压开采下组煤底板破坏深度探测研究

针对葛泉矿底板加固条件下带压开采下组煤的情况,依据采场底板不同深度应变监测值随工作面推进发生的变化情况,分析了葛泉矿首采工作面煤层底板岩体受采动破坏的情况,确定底板破坏深度为12.5 m。     

采动条件下厚煤层底板破坏规律动态监测及数值模拟研究

以某矿综放工作面的开采实际为背景,采用现场应变测试和数值模拟相互验证的方法,对采动条件下厚煤层底板破坏深度进行综合对比研究。现场实测表明,某矿综放工作面煤层底板岩体破坏深度介于13~16 m之间,采动矿压对底板的影响具有较远距离的"超前"显现和"滞后"延续的特点,(超前、滞后距)表现有由浅及深相应减小的总体特征;数值模拟研究表明,工作面底板下0~16 m为底板破坏影响带,即底板最大破坏深度为16 m,16~36 m岩层受煤层开采影响较小,再往下有接近原岩应力的趋势;综合分析得出该面采动底板变形破坏深度为16 m,研究结果为我国类似条件下煤炭资源安全开采及矿井水害防治提供参考依据。     

深部开采底板采动破坏深度演化规律研究

针对深部开采工作面底板采动破坏带深度实测困难、已知实测数据极少的难题，采用数值模拟与井下钻孔注水试验相结合的方法，分别对林西矿深部工作面底板岩层完整区域、破碎区域底板采动破坏演化规律及深度进行了研究。注水试验实测结果表明：底板岩层完整区域采动破坏带深度为23.58 m,破碎区域采动破坏带深度为37.45 m。数值模拟结果表明：随工作面开采推进，岩层完整的底板采动破坏深度发育将经历“增长-稳定”的过程；岩层破碎的底板采动破坏深度发育将经历“增长-稳定-突增-稳定”的过程；底板赋存小构造(或裂隙)“活化”,并与底板采动裂隙联通，是导致岩层破碎的底板采动破坏深度加大的根本原因。     

煤层底板采动变形破坏规律的数值模拟研究

以贵州河边煤矿12煤开采为例,利用FLAC3D软件模拟煤层开采后底板采动变形破坏规律,得到了12煤层底板采动破坏深度。模拟结果表明:12煤层底板采动破坏深度为8m左右,大于底板隔水层厚度,因此认为开采12煤层极有可能引起下部茅口灰岩含水层突水。     

凉水井煤矿4~(-2)煤底板扰动深度试验研究

为研究近距离煤层上层煤开采后采空区积水对下层煤安全开采造成的影响,有必要对上层煤开采底板破坏深度及下层煤导裂带高度进行研究。结合凉水井煤矿现场实际情况,运用工作面底板注水试验方法对该矿4-2煤开采底板扰动深度进行研究。结果表明,底板由于煤层采动地板岩层在应力集中下产生首次破坏,破坏深度在15 m左右,之后底板由于顶板周期来压,底板破坏深度加深至16 m左右,为实际工程中极近距煤层的开采和防水方案确立提供依据。     

山东田庄煤矿深部薄煤层开采底板破坏特征

以山东田庄煤矿1301工作面为例,采用滑移线场理论和FLAC3D数值模拟方法得出的煤层底板采动破坏深度分别为16.26,17.13 m,并根据垂直应力分布云图解释了煤层底板发生破坏的原因。现场实测表明,1301工作面煤层底板破坏深度为16.5 m,与上述数据较接近,为该矿深部薄煤层开采方案设计提供了可靠依据。     

煤层底板采动破坏特征综合测试及数值模拟研究

以某矿综放工作面开采实际为背景，通过应变法对煤层底板不同深度岩层变形程度随工作面推进的变化进行实测，得出采动矿压对底板的剧烈影响范围具有“超前”显现和“滞后”延续特点，且矿压剧烈影响超前显现距为37 m，矿压剧烈影响滞后显现距为32 m，表现为由浅及深相应减小的总体特征；结合采动底板钻孔窥视镜成像分析，确定出工作面底板采动破坏深度约为12 m；以现场实测结果为基础，采用FLAC3D数值模对煤层底板采动破坏特征进行分析，揭示出煤层开采过程中底板的三维破坏特征。采用现场应变实测、原位钻孔窥视镜观测和数值模拟相互验证的方法，对煤层底板破坏特征进行综合对比研究，弥补了以往研究手段单一的缺点。     

工作面采宽与煤层底板采动破坏带深度关系数值模拟分析

底板采动破坏带深度的确定是进行带压开采的重要内容。随着综采工作面尺寸的不断增大,传统的底板采动破坏带深度统计公式法和理论公式法已不能够满足生产实践要求。以某矿11号煤层开采为工程背景,运用二维有限差分计算机软件(F-RFPA2D分析系统软件)模拟分析工作面采宽与底板采动破坏带深度之间的关系,并确定工作面临界采宽。     

高承压水上底板采动岩体裂隙演化规律研究

为深入研究深部高应力、高水压和强开采扰动复杂环境下的岩体破裂问题,按裂隙产生的位置和机理,将深部底板采动岩体裂隙分为剪切裂隙、层向裂隙和竖向张裂隙,利用力学知识分别演算获得了三种类型岩体裂隙的起裂准则。借助"钻孔双端封堵侧漏装置"对赵各庄煤矿1237工作面进行的底板破坏实测结果,研究了深部底板采动岩体的裂隙演化实测规律。结果表明:煤层采深越大,底板采动破坏深度越大;煤层开采过程中深部底板采动岩体的原生裂隙呈现先闭合后张开再闭合,新生裂隙起裂发育后逐渐闭合的演化规律;底板岩体破坏的初始位置和裂隙发育程度与岩层的岩性、受力等因素有关,验证了深部底板采动岩体裂隙起裂准则分析的准确性。