不同间距上保护层开采卸压效应UDEC数值模拟

为了对比研究不同间距上保护层开采时对被保护煤层的保护效果,利用UDEC软件对不同间距上保护层开采卸压效应进行了数值模拟,得到不同间距保护层开采时,被保护层在开采过程中的垂直应力和位移变化规律,结果表明:上保护层开采后,采空区下部的被保护层垂直应力随间距的减小而减小,垂直位移随间距的减小而升高.并且模拟得出开采后不同间距被保护层的卸压率、卸压角和变形膨胀率,为预防煤与瓦斯突出,优化卸压瓦斯抽采系统,提高卸压瓦斯抽采质量浓度、抽采量以及抽采率提供了一定理论依据.     

近水平远距离下保护层开采卸压范围

为了确定晋城矿区保护层开采的卸压保护范围,采用相似模拟、现场实测的方法,研究了保护层开采过程中被保护层的竖向变形规律,得出了保护层开采的有效卸压范围,为相似条件下保护层开采及被保护层巷道布置提供依据。研究表明:保护层开采后,被保护层煤体出现明显的竖向变形,沿工作面推进方向上依次分为压缩区、膨胀区、卸压膨胀区、膨胀区、压缩区;沿煤层上山方向的有效卸压保护角为81.6°,下山方向的有效卸压保护角为79°,走向有效卸压保护角为67.7°;在工作面后方37 m以远,3#煤体膨胀逐渐趋于稳定膨胀值为93 mm,膨胀率为1.55%,煤体卸压充分。     

开采不同厚度上保护层对下伏煤层卸压瓦斯渗流特性的影响

为解决开采不同厚度上保护层对下伏煤体卸压瓦斯渗流特性影响的问题.利用自主研制的固气耦合物理相似模拟实验台,对不同条件下上保护层开采时,被保护层卸压瓦斯渗流规律进行了研究.实验结果表明:随着工作面的推进,瓦斯渗流速度的变化趋势经历了由原始渗透性先降低、后升高、再降低、再升高、最后保持不变的过程,采空区瓦斯渗流性最终大于原始渗透性.通过对实验数据整理并拟合曲线,当上保护层开采完毕后,被保护层沿走向方向其渗透率变化曲线呈马鞍形.在保护层间距一定时,采高越大,下伏煤层在采动平衡后相对于原始的瓦斯渗透率增高就越明显,且对下伏煤层的影响范围也越大.     

上保护层开采保护范围确定及数值模拟

针对传统保护层开采保护范围确定方法的局限性,结合某矿井保护层开采的实际情况,提出了一种新的保护层开采保护范围的确定方法(包括沿工作面布置方向和工作面推进方向的保护范围),即现场流量观测分析和含量对比法.通过流量观测分析和含量对比,结合工程实际情况进行计算机数值模拟来确定上保护层开采的"两向"保护范围;在含量测试取样过程中,采取了"大孔口钻杆扩孔,小孔口钻杆接岩芯管"的定点取样方法.研究结果表明:确定的保护范围符合现场实际情况;定点取样方法基本上保证了含量测值的准确性.     

近水平远距离下保护层开采卸压边界的研究

运用固流耦合理论对某矿东四采区11-2煤远距离下保护层开采过程中的被保护煤层(13-1煤层)卸压保护边界进行数值模拟分析,以数值分析结果为基础对被保护层边界范围内的煤岩及瓦斯动力参数现场测试,通过研究结果发现,在目前大规模运用底板穿层钻孔情况进行抽采的条件下,沿用的前苏联细则规定关于近水平煤层卸压角的数据偏保守。该研究结果能为类似近水平煤层条件下保护层开采确定被保护煤层的边界提供参考。     

双重上保护层叠加开采应力分布规律

为获取双重上保护层重叠采动作用下的煤层卸压规律及保护层间的相互影响，以平煤八矿一采区为原型，采用FLAC3D软件模拟了丁、戊组煤层多工作面重叠开采过程。研究结果表明，仅丁组煤层开采时，采区边界煤柱对应范围出现应力集中现象，最大应力值达到19 MPa,影响范围达到下方80 m,不利于被保护层卸压。工作面间区段煤柱最大应力值达39 MPa,但向底板传递范围较小。丁组单独开展卸压区域能够影响至己组，己组煤层应力卸压值约为1 MPa;丁组、戊组煤层重叠开采，当戊组工作面位于丁组煤层区段煤柱下方，同时丁组工作面位于戊组工作面区段煤柱上方，使丁组煤层工作面间区段煤柱应力集中减弱利于卸压，丁组煤层区段煤柱应力值由39 MPa卸载至7.5～10 MPa之间；同时当己组煤层位于戊组单独保护范围时，垂直应力卸压值为2～3 MPa,当己组煤层位于丁戊共同保护范围时，垂直应力卸压值为4～6.5 MPa。     

下保护层开采对上覆巷道稳定性的影响

采用FLAC2D有限元数值模拟和现场实测的方法,对下保护层开采引起覆岩的卸压变形进行了研究和分析.结果表明:下保护层开采将使覆岩产生不同程度的卸压,产生大量的垂直和水平裂隙,而这些裂隙会对被保护层煤层巷道产生影响,根据巷道断面变形量的不同,从而确定下保护层开采卸压影响范围,对保护层煤层开采工作面合理布局具有一定的指导意义.     

近距离煤层群上保护层开采煤岩体动力学演化

针对平顶山十二矿己15煤层的地层条件,基于弹性力学和岩石破裂损伤理论,利用大型有限差分软件FLAC 3D模拟分析了上保护层开采过程中,被保护层水平变形特征及层厚变化规律.得出己15煤层最大膨胀变形量接近1.4%,确定了被保护层受保护范围为走向方向内错5~7 m,倾斜方向内错4~6 m.并将数值模拟结果与现场实际测定数据进行对比分析,两者基本吻合.研究结果对十二矿防治煤与瓦斯突出具有重大的理论意义和现实意义,也对类似矿井区域防治煤与瓦斯突出具有很大的借鉴意义.     

近距离煤层群卸压采动应力演化数值模拟

为研究近距离煤层群上部煤层开采时对下部煤岩层产生的应力分布影响效应,以潘二矿西四采区B组煤层地质及开采技术条件为背景,采用UDEC软件建立近距离煤层群下向卸压开采模型,获得了8-1煤层开采过程中下部煤层群围岩应力场分布特征及高应力的演化特征.研究结果表明:下向卸压开采下部煤层群的卸压效果与岩层结构、开采参数、煤层位置等密切相关,随着开采距离的增加,卸压范围成非线性递减,并受岩层岩性影响,卸压煤层支承压力峰值及卸压范围呈梯级演化.对于确定近距离煤层群下行卸压开采方案提供了合理依据并对回采巷道合理布置具有一定的指导意义.     

基于初采瓦斯涌出确定上保护层走向卸压角

本文针对保护层开采卸压范围现场考察困难的现状,提出了基于初采瓦斯涌出规律确定上保护层走向卸压角。并结合青东煤矿上保护层开采实践,通过数值模拟分析了工作面初采过程中底板卸压规律;理论计算及现场统计分析了初采期间瓦斯涌出规律,并根据初采瓦斯涌出数据确定了被保护煤层初始卸压时上保护层工作面的推进位置,以此计算了上保护层走向卸压角。通过现场合理布点,测试了上保护层工作面回采过程中被保护煤层瓦斯压力动态变化规律,同时测试了走向卸压边界区域瓦斯压力及含量的分布规律,根据实测结果确定了走向卸压角。对比分析可知,基于初采瓦斯涌出确定的上保护层走向卸压角与现场实测结果相吻合,验证了该方法的准确性。     

渭北矿区厚黄土层采动变形数值模拟研究

渭北矿区黄土层覆盖厚度占开采深度的30%～70%,采煤沉陷规律具有特殊性。以渭北矿区大佛寺煤矿首采工作面开采为实例,利用FLAC软件分析了基岩开采沉陷引起的黄土层附加应力与变形的基本特征。数值模拟表明,采动黄土层中的附加竖向应力随着深度增加而增大,在地表附近水平向附加应力相对增量远大于竖直方向,地表变形由水平向附加应力所主导,在采空区上方产生体积压缩,在煤柱上方产生体积膨胀,地表土体单元的体积变形与水平变形及竖向变形具有相同的分布特征。本文揭示了采动黄土层变形的特殊机理,为建立厚黄土层矿区开采沉陷变形预计模型奠定了基础。     

钻孔卸压布孔参数的数值模拟

钻孔卸压是解决冲击地压有效方法之一。为了研究布孔参数对卸压效果的影响,采用RFPA2D数值模拟软件,模拟钻孔直径、钻孔间距、钻孔深度、应力对卸压效果的影响。通过模拟及理论分析,得出在其他外界因素一定的条件下,卸压效果随孔径的增大而提高;钻孔时煤体中的应力越大,卸压效果越显著的论断。模拟结果表明：煤岩体在高应力状态35 MPa下,钻孔直径200 mm时,钻孔间距为3.5 m,钻孔直径400 mm时,钻孔间距为4.5 m卸压效果好;在一般应力状态25 MPa下,钻孔直径200 mm时,钻孔间距为2.0 m,钻孔直径400 mm时,钻孔间距为3.0 m卸压效果好。     

大采高综采工作面支承压力分布模拟研究

针对大采高回采工作面矿压显现严重的问题,利用现场数值模拟手段,分析研究大采高工作面支承压力分布的特点.结果表明,工作面支承压力影响范围随采高加大而增加,支承压力峰值随着采高的加大逐渐向工作面前方移动,超过峰值点后都呈单调下降趋势.工作面推进速度与工作面支承压力的显现规律呈相反关系,即推进速度快,矿压显现不明显,推进速度慢,矿压显现相对明显.采高加大,垮落带范围增大,断裂带的高度升高.     

坚硬顶板大采高采场支架阻力的确定

陕西彬长公司大佛寺煤矿40104工作面是大佛寺煤矿布置的第1个大采高综采工作面。为了确定工作面支架合理的工作阻力,采用物理相似模拟实验的方法,对该工作面的支架阻力与支承压力分布进行了分析研究。通过实验分析,确定了坚硬顶板条件下采高3.8 m时综采支架的合理工作阻力为6 000 kN左右。将实验结果与理论计算的结果进行对比,两者具有较好的一致性,同时实验还得出了工作面支承压力的峰值、峰值压力位置与影响范围。     

覆沙层下大采高工作面覆岩运移规律

大采高开采的方法是提高煤炭资源回收、实现矿井高产高效的重要发展方向,但也造成工作面覆岩破坏严重。为此,文中以宁东煤田赋存的覆沙层下特厚煤层为背景开展大采全高工作面覆岩运移研究,运用相似模拟的方法并综合多种监测仪器从模拟现象、力源两个角度对大采高工作面覆岩运移、下沉乃至垮落的特征进行了全程监测与分析。研究表明:大采高工作面覆岩垮落初次来压步距较大,支架带压移架后极易发生直接顶乃至老顶的突然垮落,工作面来压强烈、伴随有明显的支架动载现象;延伸至地表的裂隙有诱发地表覆沙层弯曲、有溃入工作面的可能;模型开采结束后形成了6条贯穿至地表且与工作面推进方向成60°的垮落裂缝;模型内部各岩层下沉范围随着工作面的推进而不断扩大,呈U字型下沉趋势。     

特低渗油藏考虑启动压力梯度的物理模拟及数值模拟方法

从流体在低渗透多孔介质中的渗流机理出发,通过室内基础实验和基础理论研究,以及物理模拟和数值模拟方法,运用流体边界层理论,分析了由于启动压力梯度的存在而使得低渗储层产生非达西渗流的机理和规律,建立了描述低渗油气非达西渗流模型,并对特低渗长庆油田某区块一个菱形反九点注采井网进行了实例模拟计算。结果表明,启动压力梯度的存在不但降低了低渗透、特低渗透油田的开发指标,而且还增加了开采难度。增大注入率、缩小井距可以在某种程度上降低启动压力梯度的不利影响。     

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。     

大采高工作面区段煤柱合理尺寸的数值模拟

为了解决长平煤矿大采高工作面区段煤柱留设的合理尺寸问题,以长平煤矿4 305工作面为例,采用有限差分程序对不同工况下煤柱应力场分布规律进行了仿真研究。得出了煤柱应力分布呈"马鞍型"和弹性核演化过程中煤柱尺寸的相应范围,与理论计算结果相比较,确定长平矿大采高工作面的煤柱尺寸为30~40 m,为矿井下一步煤层开采区段煤柱合理留设提供了依据。