大采高采场上覆岩层运移规律数值模拟

为了研究大采高采场上覆岩结构及其运移规律,给大采高工作面的高产高效开采提供理论基础,通过3DEC数值模拟软件,以某矿6.2 m大采高工作面岩层赋存特征为工程背景,分别建立采高为2.2 m,3.2 m,4.2 m,5.2 m,6.2 m时的数学模型,研究不同采高下的上覆岩层垮落规律.结果表明:采高较低时,随着采高的增加,碎胀系数随着增加,冒落高度也随着增加,但是当采高增加到5.2 m时,随着碎胀系数的增加,冒落高度却几乎不变.采高为2.2 m时,最大离层量为1 m,随采高的增加,离层量基本呈直线增加,当采高大于4.2 m时,离层量增加迅速,当采高增加至6.2 m时,最大离层量可达到3.05m.随着离层量的增加,基本顶失稳时容易给支架造成冲击性载荷,增加动载系数,影响大采高支架的纵向和横向稳定性.     

采场上覆岩层运动的基本规律

采场支架受力,主要是上覆岩层运动的结果。只有搞清上覆岩层运动的规律,才有可能对采场顶板控制及要求的承载能力等作出正确的判断。为了探讨采场上覆岩层运动的规律,开滦范各庄矿从1965年6月至1968年8月用了近四年的时间,先后打了七个钻孔,分别在五层煤1152,七层煤1171、117     

采场上覆岩层结构理论及其新进展

回顾了采场上覆岩层结构理论的发展过程,介绍了平面结构模型各个发展阶段的主要学术观点及其新进展,重点阐述了采场上覆岩层结构的稳定性及综放采场顶板结构理论的研究现状,提出了大范围顶板控制问题如采动覆岩空间结构与应力场的动态关系、顶板的异常压力控制等问题,这些问题是今后采场矿压研究的重点,并介绍了这些方面的最新研究成果。     

采场上覆岩层移动变形值计算

在下部采动煤层的顶板岩层内布置巷道 ,其位置选择与采场上覆岩层移动状况密切相关 .依据煤矿地表移动计算公式和采场上覆岩层活动规律 ,建立采场上覆岩层移动变形概率积分法预计计算模型 .根据最大下沉量、主要影响半径、拐点移动距等移动参数与埋深的关系 ,利用参考坐标系确定采场上覆岩层移动下沉计算公式 .并结合实例进行岩层移动变形预计计算 ,计算结果与实际观测数据十分接近 .图 1,表 1,参 5     

采场上覆岩层移动参数的试验研究

通过多煤层同采时下部煤层开采对上部煤层开采影响的试验结果分析,得出了试验矿井条件下,下部煤层开采时上覆岩层移动及变形规律、有关岩层移动参数,并提出了上部煤层巷道变形的预计方法．图４,表２,参３．     

采场上覆岩层运动及支架的选择

选择采场支架,包括确定架型和工作阻力等参数两个方面。所选支架,应当保证根除重大冒顶事故,最大限度的保持直接顶板完整,材料省、费用低。达此目的关键,在于使所定支架,能够针对需要控制的岩层,在其显著运动前后保持一个能够尽量排除动压冲击和降低     

基于分布式光纤的煤矿工作面采场上覆岩层运动规律研究

以淮北矿区某矿Ⅲ11工作面为工作背景,基于分布式光纤传感测试技术(BOTDR),对回采结束后工作面上覆岩层的运动变形进行监测。为了研究工作面上覆岩层的运动变化规律,在Ⅲ11工作面机巷顶板布置角度分别为14.9°、24.2°、30°的3根光缆,同时对上覆岩层进行实时监测,光缆通过注浆使与围岩充分耦合。监测结果表明,光缆应变随上覆岩层沉陷运动不断减小,岩层开采后71天左右应变趋于0,表明上覆岩层运动处于稳定状态。     

采场上覆岩层面接触块体结构的解析解

针对多次观测到的直接顶自成结构的现象,提出了面接触块体结构的简化模型,并进行了详细的力学分析。由于自成结构的块体部分暴露在采场的临空面上,所以其关键块体的稳定性直接决定着面接触块体结构的稳定性。受块体理论中确定关键块体思想的启迪,用矢量分析法找出了面接触块体结构中的关键接触面,并进行了相应的力学推导,在此基础上用解析的方法得出了面接触块体结构的解析解,揭示了面接触块体结构的力学机理。     

采场上覆岩层下沉量计算的“模拟载荷”法

利用“模拟载荷”法及无限大弹性地基板理论，分析了开采沉陷的力学机理，建立了煤层开采所导致的采空区上覆岩层下沉的下沉量计算基本公式，为开采沉陷预计提供了理论基础。     

水采采场上覆岩层运动规律的三维相似模拟试验研究

通过三维相似模拟试验研究了底板－煤－顶板组成的力学条件,得出的结论是水采采场上覆岩层的垮落特征及参数与同类条件下的旱采有着显著区别,顶板初次垮落及周期垮落的形状分别为三角形板结构和平行四边形板结构;垮落线与煤层走向是一定角度。     

岩石破裂过程分析RFPA^2D系统在采场上覆岩层 …

论述了岩石破裂过程分析系统ＲＦＰＡ＾２Ｄ在采场上覆岩层移动规律研究中的应用并进行了实例计算，研究结果表明，ＲＦＰＡ＾２Ｄ可以从几何，岩性，变形，破裂及支撑等多方面较真实地模拟开采过程中上覆岩层变形，离层，断裂及地表的沉降规律，从而为采场上夺层移动规律的研究提供了一种新的研究手段。     

岩石破裂过程分析RFPA~(2D)系统在采场上覆岩层移动规律研究中的应用

论述了岩石破裂过程分析系统RFPA2D在采场上覆岩层移动规律研究中的应用并进行了实例计算．研究结果表明，RFPA2D可以从几何、岩性、变形、破裂及支撑等多方面较真实地模拟开采过程中上覆岩层变形、离层、断裂及地表的沉陷规律，从而为采场上覆岩层移动规律的研究提供了一种新的研究手段．     

厚煤层重复采动覆岩破裂发育规律研究

以鲁西矿3煤重复采动为研究背景,采用现场实测和数值模拟的方法对厚煤层重复采动条件下的覆岩破裂规律进行了研究。结果表明,覆岩裂隙带发育高度随着采空区形成时间的增加而降低;上分层开采后裂隙带发育高度为34.73 m,裂高采厚比为15.1,与上分层相比,下分层开采导致的裂隙带发育高度增加为41.51 m,但趋势变弱,裂高采厚比仅为13.84;数值模拟最终裂隙带发育高度为39.4 m,与实测结果吻合较好。研究结果对于类似厚煤层重复采动条件下的覆岩破裂规律预测和合理提高安全开采上限具有重要指导意义。     

大采高综采工作面上覆岩层破断规律的相似模拟

文章使用实验室相似模拟的方法,对同煤集团晋华宫矿南山12#层8210工作面的矿山压力显现与支承压力规律进行了研究,通过相似模拟实验得到8210工作面基本顶初次来压步距为40.8 m,周期来压步距平均为21.7 m。液压支架的额定工作阻力为1.3×105k N,能支撑顶板的压力,来压时间内动载荷支架工作稳定;对其他大采高工作面支架稳定性研究具有借鉴意义。     

薄煤层初采期间的采场瓦斯运移规律

针对新立煤矿90#层采煤工作面初采期间的瓦斯涌出情况,在确定采场关键参数基础上,运用数值模拟和现场实测,进行初采期间薄煤层采场瓦斯运移规律研究。结果表明:漏风主要影响采空区下部瓦斯浓度分布;采空区的瓦斯积聚区域为底板裂隙区下部和回风巷附近的裂隙区;采空区的高浓度瓦斯流出和上隅角低风速共同导致上隅角瓦斯积聚。现场实测证明了研究结论可靠。     

倾斜薄煤层开采工作面覆岩活动的规律

为解决倾斜薄煤层顶板控制技术难题,以东风煤矿倾斜薄煤层开采为背景,运用RFPA2D软件,建立数值模型,分析不同倾角下薄煤层工作面覆岩活动规律及顶板失稳特征。结果表明:倾斜薄煤层开采后,直接顶从采空区中部偏上向采空区弯曲,最后发生断裂破坏形成冒落带,顶板冒落沿层面向下滑动,冒落呈不对称形状;倾斜薄煤层工作面煤体上段顶板压力最大,下段次之,中段最小;随着煤层倾角的增大,顶板沿煤层倾斜方向的分力增大,垂直作用在支架上的分力减小,导致工作面推进方向的工作面矿压显现逐渐变缓,顶板下沉量也将变小。该研究为类似地质条件的倾斜薄煤层工作面顶板控制提供了理论依据。     

采空区及上覆岩层空隙率三维分布规律

在构建采场覆岩下沉连续曲面数学模型基础上,理论推导出采空区及上覆岩层三维空隙场分布模型,并通过实际算例验证模型的适用性。研究结果表明:离层带裂隙以"双驼峰"比例耦合形式变化,外围区域呈"凸峰",空隙率大,内部区域呈"凹陷",空隙率小,并且在与工作面平行的截面上存在空隙率竖向变化突变点,随埋深增大截面一侧空隙率升高,另一侧则降低;冒落带空隙率以"铲"状分布,浅部及两巷侧空隙率大,而中部及内部空隙率小。     

综采工作面上覆岩层移动破坏规律研究

针对淮浙煤电有限责任公司丁集煤矿1262(1)回采工作面的具体地质条件,采用相似材料模拟方法,分析研究了回采工作面煤层和覆岩破坏的一般状态、发展变化规律及其影响因素,对上覆岩层破坏的三带发育进行了有益探讨,以期比较准确地预测预报工作面来压和工作面突水。     

煤层气化上覆岩层温度场分布规律研究

由于温度对岩石的影响作用,高温下岩体的物理力学性能及破坏规律与常温下岩体的大不相同;通过对气化炉上覆岩层岩石导热系数试验,取得了不同温度下岩石的导热系数及规律方程,采用comsol多物理场耦合软件进行传热数值计算。研究表明:岩石的导热系数随温度增加呈下降趋势,随岩性不同下降的速度基本相同;在不同的温度下,各岩性的导热系数有一定的差异。通过模拟软件的分析得到了煤层气化上覆岩层温度分布随高度方向变化的规律,温度下降梯度随岩性不同而不同。这一结果为进一步研究煤炭地下气化上覆岩层强度变化及破坏规律提供了理论指导。     

长臂充填开采上覆岩层移动规律数值模拟

针对王河煤矿10903工作面在开采过程中引起地表下沉问题,用RFPA2D软件对不同弹性模量充填材料下的充填开采和全部垮落开采进行数值模拟,模拟了全部垮落法开采时岩层破坏和裂隙分布情况,全部垮落法随工作面推进关键层及地表下沉情况;不同弹性模量充填材料下的充填开采随工作面推进关键层及地表下沉情况.结果表明：全部垮落法开采会引起地表的塌陷,而充填法能有效控制关键层弯曲下沉量和地表沉陷.充填体弹性模量从1 GPa增加到5 GPa时,工作面前方垂直应力集中程度逐渐降低,关键层下沉量逐渐减小,最大下沉量从510 mm 减小至285 mm.最后通过地表沉陷观测验证了充填材料配比和数值模拟计算的合理性.