厚松散层薄基岩煤层开采粘土层的保护作用分析

在分析煤层覆岩工程地质类型的基础上,建立工程地质模型,进行有限元数值模拟,分析覆岩破坏规律及粘土层对岩层变形和导水裂隙带发育的影响,最终确定粘土层的保护作用,从而科学地利用保护层的作用,为提高煤炭资源的开采率作出科学的分析与建议。

薄基岩采动岩体裂隙发育模型试验及颗粒流数值模拟

为了对薄基岩条件下煤矿安全开采做出评价,采用工程地质力学模型与数值模型的方法对某煤矿区典型薄基岩条件下开采进行模拟。结果显示采动诱发的导水裂隙带可以很快波及上覆含水层。导水裂隙带整体呈马鞍形,这与传统的"上三带"理论相吻合。首次采用颗粒流数值模拟方法进行模拟,结果与工程地质力学模型结果相似,验证了该数值模型的有效性。

厚松散层薄基岩采动诱发水砂流运移特征试验

利用自制的水砂流运移及突涌模型进行试验,模拟了采动覆岩体裂缝通道中水砂流的运移与突出过程,研究了煤层开采水砂混合流运移特性。根据煤层采动引起覆岩破坏形成的垮落带、导水裂缝带通道情况,将水砂混合流运移通道侧壁面分为平直光滑无充填的、粗糙起伏无充填的及有充填软弱泥质物质的3类,并针对这几种形态进行了模型试验。试验以0.05 MPa和0.1 MPa水压力条件下的不同通道裂缝宽度、不同倾角、不同通道侧壁形态为例,揭示了孔隙水压力在裂缝通道中不同位置的变化特征。突水涌砂在采空区是瞬间发生的,在裂缝通道内,根据孔隙水压力的变化,将水砂混合流运移过程分为相互关联的3个阶段:上升阶段、稳定阶段及突出阶段;总结了水砂混合流突出阶段的水压力变化曲线的特征,划分出了3种水砂突出类型:直泻式突出型、跳跃式突出型和缓坡式突出型。由此,探索了水砂混合流运移特征及动力机制。

节理裂隙岩体巷道变形规律的模拟研究

首先分析了研究区矿山地质特征,构造裂隙分布状况与发育程度对巷道的稳定性影响很大,采用模型实验、数值模拟计算相结合的综合研究方法,从巷道围岩裂隙的分布特征角度,探讨了裂隙因素对巷道围岩变形规律的影响,为裂隙岩体巷道变形及稳定性的定量化评价奠定了基础。

煤层开采覆岩破坏与地表变形规律的数值模拟

基于研究矿区煤层覆岩的地质条件,结合数值模拟方法,研究了厚松散层薄基岩条件下不同采宽采厚开采的覆岩破坏与地表移动变形规律,得到了覆岩导水裂隙带高度随放采比及采厚增大而增大的结论,提出了该采区防水防砂技术,控制采高,加强顶板管理,为煤层的安全开采提供依据,为提高煤炭资源的开采率做出科学的分析和建议。

薄基岩采动水砂突涌相似模型试验

以太平矿8309工作面为地质原型,采用水砂突涌模拟装置,进行了薄基岩采动条件下的水砂突涌相似模型试验。制备了4组不同颗粒级配的试样,分别模拟了裂隙角度为30°、60°、90°时,裂隙宽度为1~3 cm和2~4 cm时的突水涌砂条件。试验结果表明薄基岩条件下水砂突涌压力和时间与裂隙角度和宽度呈正相关关系,并受裂隙倾角控制。

不同倾角煤层开采覆岩破坏规律数值模拟

通过数值模拟,分析了不同倾角煤层开采对覆岩破坏及导水裂隙带发育规律的影响。根据位移等值线图分析得出,随着煤层倾角逐渐增大其沉降位移有增大趋势;根据应力图分析可知,导水裂隙带的厚度随着煤层倾角的增大,也呈现一定程度的增加趋势。该结论为工程实践和采矿安全提供了理论依据。