基于COMSOL的采动覆岩渗透特性分析

基于隔水关键层的相关理论,采用ComsolMultiphysics多物理场耦合数值模拟软件建立了采动覆岩渗流的数值分析模型,对顶板岩层因上覆含水层水压力的变化而引起的位移、应力和渗流速度场变化的情况进行了数值模拟,得出了含水层水压力变化对顶板岩层各点的位移和应力影响的相关结论,为矿区顶板水害事故的防御和治理提供一些参考。     

S矿区采动覆岩破坏的实例研究

煤矿地下开采造成水资源的破坏和污染,为了保护S矿区地表水资源和保证安全开采,在分析了该矿区覆岩工程地质特征的基础上,根据该矿区岩层柱状图,建立了煤层覆岩的力学模型,利用FLAC软件计算了煤层开采工作面推进到不同距离时覆岩的应力场,绘出了覆岩塑性区分布图,分析了薄基岩厚松散层下开采煤层时覆岩的应力特征和破坏高度,得出在煤壁和开切眼处覆岩以剪切破坏为主,而采空区上部以拉伸破坏为主;随着工作面的推进,覆岩破坏波及到第四系底部;进一步分析第四系底部粘土层的物理力学性质,得出该粘土层有良好的隔水性,指出工作面可以安全开采,并得到工程验证。     

S矿区采动覆岩破坏的实例研究

煤矿地下开采造成水资源的破坏和污染,为了保护S矿区地表水资源和保证安全开采,在分析了该矿区覆岩工程地质特征的基础上,根据该矿区岩层柱状图,建立了煤层覆岩的力学模型,利用FLAC软件计算了煤层开采工作面推进到不同距离时覆岩的应力场,绘出了覆岩塑性区分布图,分析了薄基岩厚松散层下开采煤层时覆岩的应力特征和破坏高度,得出在煤壁和开切眼处覆岩以剪切破坏为主,而采空区上部以拉伸破坏为主;随着工作面的推进,覆岩破坏波及到第四系底部;进一步分析第四系底部粘土层的物理力学性质,得出该粘土层有良好的隔水性,指出工作面可以安全开采,并得到工程验证。     

采动覆岩应力变化规律分析

为了研究采动覆岩应力变化规律,采用理论研究和数值模拟,理论分析了采场底板岩体支承压力分布、采动裂隙场的空间形态;采用FLAC^3D数值模拟了不同推进距离下水平剖面的应力分布和塑性破坏分布。研究得出,采动覆岩裂隙圈呈现典型的直接顶破断“O-X”型特征,采动塑性破坏区呈中间低和两端高的马鞍分布状态;底板和上覆岩层应力呈3个不同应力区域。     

重复采动下覆岩裂隙发育规律模拟研究

基于内蒙古布尔台矿已有的工程地质资料,采用数值模拟软件RFPA~(2D),建立了双煤层重复采动的数值模型,模拟研究了覆岩破断、裂隙发育和再发育规律,分析了上覆岩层在采动前后垂直应力的变化情况.结果表明:重复采动可引起原有煤层覆岩裂隙的再发育,使得顶板裂隙波及的含水层范围扩大,从而增大采空区的涌水量,甚至会引发突水;采动使得覆岩的垂直应力减小,而重复采动更加剧了这一趋势,这是覆岩裂隙继续发育的重要因素.     

平煤十三矿采动覆岩裂隙演化规律研究

当煤矿自矿区采出时,采空区上覆岩层会发生变形破坏,一方面煤矿资源会向裂隙发育部位运移,另一方面则存在一定的矿区安全隐患。为了保证煤矿开采工程的安全性,准确掌握矿产运移分布情况,本文采用了关键层理论和数值模拟的方法,以此分析采动覆岩的裂隙演化规律。研究结果显示,裂隙在走向和倾向上呈现出"梯形台"发育特征,在采空区上方裂隙呈现出中部压实、四周发育的"O"形圈分布;在采空区边缘形成卸压区域,此区域裂隙发育,具有较好的抽采效果。除此之外,采空区中部压实区域宽度范围为175m,裂隙不发育,离层率趋于0;采空区进风巷侧35m、回风巷侧30m范围内离层率较大,最大离层率达到了136mm/m。本文通过数值模拟得到了平煤十三矿采动覆岩的裂隙演化规律,这不仅为煤矿资源抽采提供了理论依据,而且为煤矿安全事故防治工作提供了保障。     

弱胶结地层重复采动覆岩渗透性演化规律研究

为研究西部地区弱胶结地层煤层群开采过程中覆岩渗透性演化规律,以伊犁矿区伊新煤业开采地质条件为基础,通过构建弱胶结采动地层数值计算模型,分析了重复开采扰动下弱胶结煤系地层覆岩的应力分布特征、塑性破坏区发育及渗透性演化规律。结果表明：近距离上位煤层开采时,采动支承压力峰值的应力集中系数达到1.81,采空区覆岩最大拉应力值达到0.9MPa;上位煤层工作面推进距离达到300 m时,采空区上行破坏区和下行破坏区相互导通;重复开采扰动下,弱胶结地层采动覆岩的孔隙压力大幅下降,采动渗流场呈现采空区四周渗流速度大于采空区中部渗流速度、采空区煤壁侧的渗流速度大于两侧和切眼侧渗流速度,当上行和下行破坏区连通时渗流速度大幅增大;近距离下位煤层开采,当煤层间岩层破坏区初次贯通时,上下煤层间岩层形成中间渗流速度大、两边渗流速度小的扇形渗流场,随着工作面持续推进,最大渗流速度位于工作面前方。     

采动初期覆岩结构演化与分析

通过相似模拟，观测了采动初期的覆岩结构演变，认为采动初期直接预和老顶的厚度范围是动态变化的．第1厚硬岩层在断裂后形成夹持作用效应，组合运动是采动覆岩移动过程的普遍现象和规律。研究结果可为类似条件下的采煤工作面来压预测预报提供可靠依据。     

采动覆岩离层计算

应用弹性薄板理论对煤矿开采引发覆岩离层进行定量分析。     

覆岩含水层采动破坏机理流固耦合分析及保护措施研究

为了研究煤层开采对覆岩含水层的破坏机理,采用岩石破裂过程流固耦合分析系统UDECFlow,根据老三沟井田6煤工作面地质条件,对覆岩含水层(砂砾岩、细砾岩和粗砂岩含水层)的破坏过程进行数值模拟。模拟结果显示,随着工作面的推进,裂隙不断向上发育,直接顶、基本顶的相继破断和垮落导致了导水裂隙的形成;同时随着工作面的推进,先前生成的一些裂隙出现了闭合,而工作面附近又产生新的裂隙。以6煤为例,对上覆含水层的保水开采难度进行分级,并提出了相应的保水开采技术,如加快工作面推进速度、注浆加固、降低采高、充填开采及部分开采等,将指导6煤开采时覆岩含水层保护,对同类开采地质条件下的矿井有较好的指导借鉴意义。     

完全无煤柱相互搭接工作面矿压理论研究

基于错层位巷道布置完全无煤柱相互搭接工作面的矿压显现特征,采用理论结合FLAC3D数值模拟进行研究.理论研究发现,错层位巷道布置与传统厚煤层沿煤层底板巷道布置首采面矿压显现特征相似,出现接续工作面后,上一区段采空区下方进风巷道和接续工作面采场上方岩层的矿压特征出现变化.通过对沿煤层底板巷道布置、沿煤层顶板巷道布置以及采空区下方巷道布置三种情况进行模拟,验证了错层位巷道布置接续工作面采空区下布置接续工作面处于低支承应力状态,采场上方垮落带高度增加的特点.     

采动覆岩活动规律的非连续变形分析动态模拟

在现场观测的基础上,采用非连续变形分析（DDA）,分别对初次来压前和周期来压前采场上覆岩层的变形、结构模式、形态与关键层等进行动态模拟。结果表明：DDA模拟显示了随着工作面的推进,上覆岩层变形、破裂、结构、运动的动态过程,模拟是可行的;初次来压前,上覆岩梁移动间步协调一致,且布置在梁中部咬合处下方的监测点1和2的垂直位移几乎相等,说明断裂岩梁在此处互相联锁咬合而取得平衡,从而形成了具有3个咬合点的“三咬拱”结构;周期来压前,各监测点垂直方向的位移、速度、加速度特性曲线形状极为相似,表明断裂岩梁在移动下沉过程中,同步协调一致,仍然处于联锁咬俣状态,且随着岩梁的下沉运动,位移与速度有趋于定值的趋势,说明岩梁形成了咬合岩梁结构;采场上覆岩层中的关键层在上履岩层活动的一某一阶段起主要承载作用。     

动静荷载作用下边坡的稳定性分析

以有限差分法为基础,运用FLAC2D对某边坡在静荷载和动荷载作用下的稳定性进行分析,以此来揭示静荷载和动荷载对某边坡稳定性的影响程度。计算结果表明:在动静荷载作用下,某边坡目前处于接近稳定的状态。同时若静荷载小于80kPa,则对边坡的稳定性影响较小;超过80kPa会使边坡的稳定性降低。     

煤炭开采与岩层运动

采矿是从地层内获取煤炭资源的过程,是一次对矿区地层的扰动,必然引起岩层运动和地层内应力场与裂隙场的改变,从而影响矿压显现、地下水流失和地表沉陷等安全与环境问题。因此,采动岩层运动及其对安全与环境的影响规律是煤炭开采的基础科学问题,对这些规律的认识将提高煤炭开采的科学性。由于采动岩层运动的复杂性,至今仍然有很多问题没有解决。介绍了采动覆岩运动的块体结构形式、岩层运动对工作面空间维护的影响、岩层运动对覆岩裂隙演化与地下水和地表沉陷等环境问题的影响、岩层运动对采动应力场影响等方面的研究进展与存在的主要问题,明确了岩层运动研究的重点和方向。结果表明:采动岩层运动是一种坚硬岩层破断前的应力集中和破断后形成块体的力学行为,坚硬岩层的破断和块体运动具有突变和不连续性,破断块体互相咬合可能形成"大变形"结构,块体咬合结构的S-R稳定性将对矿压显现、采动裂隙和地表沉陷等产生重要影响。岩层运动是一个"黑箱",目前仅仅在控制原理上得到解释,达到"灰箱"程度。因此,岩层控制在很多场合只能是"宏观"控制。"砌体梁"结构力学模型的建立明确了支护原理和支架工作阻力估算原则。一般情况下,按照4～8倍采高岩柱自重估算支架工作阻力可以满足工程需要,在大采高或薄直接顶、浅部开采、特殊压架条件等情况下支架工作阻力估算应采用上限,个别条件下单纯提高支架阻力仍无法彻底解决压架问题,还需配套实施相关工程措施加以防范。根据覆岩关键层破断块体结构的稳定性,将我国不同表土层条件下的地表沉陷划分为3种类型,提出应根据地表沉陷的不同类型进行预测、控制与选择复垦方法。关键层的赋存与破断特性对采动应力分布影响显著。目前,由于应力集中引起的事故比瓦斯事故更难以预防,为此,深部和构造应力集中区域只能开设试验矿井。     

The ground movement,strata fracturing and changes in permeability due to deep longwall mining

This is an emperical study of the sub-surface deformation caused by retreating longwall mining. The strata movement was monitored by a multi-wire borehole instrumentation system consisting of mechanical anchors installed at different horizons in a borehole drilled over a longwall panel. The anchors were connected to the suspended weights on the surface by a system of pulleys and wires, and the movement of these weights was monitored during mining. Changes in strata bulk permeability were measured by packer tests before and after mining. Strata fracturing due to mining was estimated by comparing pre-mining fractures with post-mining fractures. The observed vertical strains in the overburden were generally small, varying between 0.5 and 4 mm/m. Tensile strains in the overburden extending from the surface to 112m depth Tensile strains in the overburden extending from the surface to 112m depth were less than 0.5 mm/m. There were increases in the number of fractures and permeability in the strata. However, no correlation was observed between fracturing and changes in permeability.     

不整合地层下开采覆岩移动变异性研究

根据采区地层不整合特点,通过相似材料模拟和数值模拟方法对不整合地层下开采覆岩运动与破坏特征进行了研究。研究发现,不整合面附近地层存在"应力屏蔽"现象,采空区上部压力拱形态发生畸变,呈现出非对称、非规则的压力拱结构形态。覆岩移动变形出现明显差异,导致地表移动盆地反向偏移。研究给出不整合地层下开采覆岩移动破坏与导水性特征分区。     

综采工作面上覆岩层移动规律数值模拟研究

为掌握1301工作面上覆岩层移动规律及超前支撑压力的影响范围及分布特点,通过理论计算得出工作面直接顶及老顶的厚度,采用数值模拟的方法分析得出上覆岩层的移动规律。     

矿山地表岩移管理系统的研究

从地表岩移数据管理、数据资源利用的实际情况出发,运用目前较为流行的FoxproforWindows开发了矿山地表岩移管理系统,该系统实现了数据多渠道录入、数据处理、输出自动化,具有较强的绘图功能,对提高矿山测量自动化具有较大促进作用.     

昆钢大型组合沉井问题数值模拟研究

以昆明钢铁(集团)公司炼钢场区内旋流池分项工程的主要地下结构(大型组合沉井)为研究对象,对组合沉井下沉过程中的不同深度位置进行数值模拟分析,得出井壁的受力图、位移图和变形速度图;模拟结果基本与现场组合沉井实施情况吻合.     

覆岩运动与破坏过程的问题探讨

从实验结果和现场实践出发,讨论了老顶剪切型破坏的条件和特点以及顶板运动破坏的拱结构特征,指出了从应力和岩层的结构破坏两个不同角度所提出的拱模型有着不同的内涵和特点,最后,讨论了拱结构发展到地面时的特点.