带压开采煤层底板破坏深度理论分析及数值模拟——以陕西澄合矿区董家河煤矿5号煤层为例

随着煤矿开采深度的不断增加,带压开采已经成为深部矿井普遍应用的一种采煤方法,而带压水上采煤的关键问题之一是确定采动引起的底板破坏深度。针对董家河煤矿5号煤层开采引起的底板采动破坏深度开展相关研究,以该矿的507综采工作面开采为工程背景,采用理论分析和数值模拟相结合的办法,动态再现了整个底板岩层渐进破坏过程,并得出底板岩层的最大破坏深度为10-11 m,该结果与现场实测结果一致;同时给出了该矿底板岩层破坏深度与工作面斜长和埋深关系的经验公式。该结论为董家河煤矿带压开采工作面煤层底板突水预测与防治提供了科学依据。     

团柏煤矿带压开采条件下11-101工作面合理长度

山西省霍州团柏煤矿11-101工作面为带压开采。为预防回采期间底板突水事故,采用弹塑性理论、现场实测、数值模拟验证相结合的方法,对不同工作面长度条件下底板破坏深度发育规律进行研究,进而确定该条件下开采的工作面合理长度。研究表明,随着工作面推进,滞后工作面6 m左右底板首先发生拉伸破坏,底板破坏呈楔形。工作面长度在60~120 m,破坏深度随着工作面长度增加呈线性增长,平均每增加10 m,破坏深度加深1 m。理论计算与数值模拟计算得出80 m工作面底板破坏深度为7~8 m,现场实测底板破坏深度为7.5 m,故工作面合理开采长度为80 m时,能够确保11-101工作面生产安全。     

韩城桑树坪煤矿11号煤层带压开采可行性分析

本文在分析桑树坪井田水文地质条件的基础上，通过对煤层带压开采影响因素的分析，提出了充分利用煤层与含水层之间有效隔水层的厚度，充分考虑隔水层的岩性组合、水压及地质构造等因素，提出了对受高压奥灰水威胁的煤层应分采区、分水平带压开采。     

条带开采煤柱稳定性的试验模拟与数值分析——以山东省济宁市太平煤矿为例

以山东省济宁市太平煤矿为例，采用煤柱模拟试验和数值分析手段，对薄基岩条带开采时所留设煤柱的应力应变状态、煤柱强度结构及煤柱长期稳定性进行了深入的分析与研究，揭示了煤柱稳定性及煤柱应力分布与条采尺寸、采出率、覆岩特征的相互关系，进行了条带煤柱的稳定性评价，为工程实践提供了理论依据。     

深部开采底板隔水关键层受局部高承压水作用破坏理论分析

大量实测地质资料与防治水实践证实,深部煤层开采底板含水层存在大量的局部高承压水区域,在强开采扰动下极易诱发底板突水灾害。基于“下三带”、“关键层”理论,将局部高承压水与底板隔水关键层简化为圆筒力学模型,分析研究隔水关键层在局部高承压水作用下的屈服破坏机制,得到了隔水关键层发生屈服的4个临界水压值公式;对各临界水压值进行区间划分,分析不同区间隔水关键层的屈服状态,确定了局部高承压水致使隔水关键层屈服破坏两个阶段的水压判据平衡方程,得出了奥陶系顶部岩层作为隔水关键层剩余隔水能力的计算表达式,并反演得到了开采深度上限、下限公式。结合九龙矿深部开采实际,对所建力学模型进行了验证与应用,进而提出了防止局部高承压水致灾的相关措施,对实现深部煤层安全带压开采具有重要的理论指导意义。     

基于不同开采方式作用下采动斜坡变形特征研究——以贵州发耳煤矿为例

煤层开采顺序和开采方式对采动斜坡起着一定控制作用,影响着采动斜坡的稳定性。近年来,大量学者对采动斜坡的研究仅限于采动斜坡自身原型的变形破坏模式研究,考虑煤层开采顺序和方式对采动斜坡的控制作用不够深入。贵州省发耳煤矿是典型的在多层开采作用下发生变形的缓倾结构采动斜坡。本文以贵州六盘水发耳煤矿尖山营变形体为例,基于离散元数值模拟原理,采用颗粒流数值模拟方法,对比了不同开采方式下对采动斜坡的变形破坏影响。结果表明：在进行煤层开采时,一次开采和分布开采对斜坡变形有着较大影响,分布开采时煤柱发生破坏后会加剧斜坡变形,不利于斜坡稳定;在分布开采时,正向开采对于坡体的损伤更为严重,斜坡变形更加明显;煤层开采后,上覆岩体竖直位移略大于煤层开采厚度,斜坡合位移受水平位移影响较大,坡脚及坡肩位置的煤层开挖对斜坡的变形影响显著。     

复合型滑坡固液耦合过程数值模拟分析——以无山坪滑坡为例

固液耦合作用是碎屑流向泥石流转化形成复合型滑坡灾害的关键因素, 会导致成灾范围和规模放大, 是防灾减灾领域研究中的热点和难点问题之一。文中采用自主研发的滑坡后破坏数值模拟平台(LPF3D, Landslides post failure 3D), 以2014年9月强降雨诱发的重庆奉节无山坪滑坡为例, 探讨了滑坡在水动力作用下远程成灾的动力过程, 揭示了固液耦合影响机制。研究结果显示: 水动力作用在滑坡运动过程中主要体现为液化和拖曳两种, 两种力学作用的增程效应明显, 往往使得碎屑流转化为泥石流, 导致远程成灾; 基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法的两相耦合计算模型, 考虑流体状态方程、固体黏塑性本构方程和相间作用力的共同影响, 基本还原了强降雨条件下重庆奉节无山坪滑坡两相运动过程; 数值计算结果显示无山坪滑坡最大运动速度为34 m/s, 最大堆积厚度为21.5 m, 堆积面积为0.12 km2, 最远运动距离为1300 m, 模拟结果同实际滑坡的堆积形态基本一致。综上认为, 在高位远程滑坡风险调查与预测过程中, 需充分考虑强降雨工况下孔隙水压力和固液相间作用, 基于LPF3D方法的数值模拟为高位远程滑坡的风险定量评估提供了依据。     

GMS在地下水数值模拟及断层处理中的应用——以盖孜河水源地为例

GMS（Groundwater Modeling System）是国际上流行的地下水模拟软件,且与ARCGIS属性数据有很好的兼容性,GMS3DGrids中的MODFLOW模块下的barrier边界条件可用于模拟地下含水层系统中薄层、垂向和低透水性、对地下水水平流具有阻碍作用的物体。在盖孜河研究区,近南北向分布的断层对地下水流具有控制阻碍作用,应用障碍边界处理断层,对研究区进行地下水流数值模拟,计算结果表明,地下水流受断层的影响很明显,应用barrier障碍边界对断层进行处理,模型中能够较好地反映出断层的这种影响作用。     

基于分形理论的成矿空间分析 ——以新疆东天山康古尔塔格金矿带为例

利用分形理论中的盒式分维探究新疆东天山康古尔塔格金矿带构造及金矿床的空间分布,得出两者在空间上具有双重分形的特点。结合前人的研究成果,认为研究区在区域上是韧性的剪切带,而在局部体现为脆性地质体,金矿的分布在一定范围是随机的,但在区域上受韧性剪切带的控制,呈带状或线状分布,更为重要的是线性构造与金矿可能是同一时期同一构造运动的结果。在区域上,脆韧性剪切转换带是金矿的有利成矿部位。     

孤岛工作面底板破坏深度微震测试与模拟分析

针对孤岛工作面煤层开采底板损伤问题,以河北葛泉煤矿11913孤岛工作面为研究对象,采用微震方法分析其底板破坏深度;并通过数值模拟对首采、跳采及孤岛3种工作面回采过程中围岩采动应力与底板破坏的规律进行了对比分析。微震测试结果显示11913工作面回采过程中微震事件主要发生在下巷,识别出工作面最大破坏深度20~25 m;基于COMSOL的11912首采、11914跳采及11913孤岛3个工作面数值模拟结果显示,11912首采与11914跳采条件下煤柱地应力集中状态变化不大,最大破坏深度小于11.56 m,仅发育至工作面底板的注浆改造层内部;而11913孤岛回采条件下,受到重复采动影响,工作面两侧煤柱应力集中状态骤增,最大破坏深度剧增至23 m,已发育至煤层底板的本溪组灰岩含水层。研究结果对于华北型煤田下组煤层开采底板破坏规律分析与不同类型工作面回采条件下底板水害防治有一定的参考价值。     

杨庄煤矿六煤底板采动效应研究

根据杨庄煤矿的开采地质条件,分别建立了走向和倾向两类基本模型,应用数值模拟方法,模拟计算了工作面不同推进距离和不同切眼长度时,底板的破坏深度、范围及采动底板应力分布。数值模拟与现场应力测试及注水试验结果基本一致。对煤矿底板灰岩水的防治有一定的指导意义。     

高温矿井综采工作区通风条件温度场的数值模拟

以高温矿井综采工作区为研究对象,对采空回填区、煤体-空气换热系统进行了二维数值模拟。计算结果表明,在空气初始温度为295.95 K,煤体、采空回填材料初始温度为313.15 K情况下,顺槽、工作面空气温度低于304.52 K,顺槽、工作面内空气与煤体、采空回填材料温差最小值为0.5 K。煤体、采空回填区的温度由初始值313.15 K降至299～314 K。进风顺槽、工作面、回风顺槽内的空气经过对流换热后的热量值在76.17～83.10 kJ/kg。在不考虑冲淡、排除顺槽、工作面有毒有害气体和粉尘,仅从降低顺槽、工作面内温度情况下考虑,采用雷诺数为13 808～276 170均能满足要求。以较小的动力损耗方面考虑采用雷诺数为69 040值以下为宜。从获得排除高温气体情况下考虑,采用雷诺数为69 040以上的条件。以上结论为矿井热害的综合治理提供了重要依据。     

神木北部矿区5-2煤层厚度及其底板高程趋势分析

为了查清神木北部矿区5-2煤层赋存特征及成因,选取了该矿区172个典型钻孔数据,用趋势分析法研究了5-2煤层的厚度及其底板高程度变化特征。结果显示:该区煤层厚度总体为南北厚中部薄,东厚西薄;底板高程为南北高中部低,东高西低;煤层厚度和其底板高程间普遍存在正相关关系。在该区构造稳定的背景下,后期改造对煤层厚度及其底板的影响很小,煤层赋存特征主要受沉积与剥蚀的控制。