基于UDEC的顶板定向长钻孔瓦斯抽采技术研究

为有效解决主焦煤业2301工作面采空区瓦斯涌出量大、易造成上隅角瓦斯超限等问题,设计使用顶板超长定向高位钻孔对采空区瓦斯进行抽采。高位钻孔的层位选择直接影响瓦斯抽采效果,基于UDEC数值模拟软件研究了采空区垂向“三带”分布,计算出顶板裂隙带高度为17~35 m,且在顶板上方8~17 m处为关键层,在顶板上方17~35 m区域内布孔有助于保护成孔不受破坏。顶板定向高位长钻孔抽采瓦斯能够有效提高抽采效率,瓦斯抽采效果明显,实现了“以孔代巷”的目的。通过考察顶板定向长钻孔瓦斯抽采纯量、瓦斯浓度以及与底板穿层钻孔抽采效果进行对比,并实测抽采后残存瓦斯含量变化情况,验证了顶板定向长钻孔瓦斯抽采了优势,保障了矿井安全生产。顶板定向高位长钻孔替代高抽巷技术具有较强的可行性及广阔的应用前景。

基于UDEC与示踪法对某矿覆岩“三带”高度范围的研究

西北矿区煤炭资源丰富,但煤层区域储量多变,瓦斯赋存量大,地质条件相对复杂。为了确保开采过程中瓦斯得以高效抽采,并有效避免事故的发生,采空区覆岩“三带”的确定与高位钻孔的布置显得十分重要。为准确获取中厚煤层覆岩“三带”的范围,以甘肃某矿15号煤层为工程背景,结合理论公式、数值模拟、示踪技术3种方法进行研究。结果表明,该矿采用3种研究方式测得的“三带”高度范围相差不大,综合分析得出垮落带范围小于6~8 m,断裂带的范围为8~33 m,弯曲下沉带的范围大于33 m。该矿采空区瓦斯抽采钻孔应布置在顶板8~28.2 m处,抽采效果较好。对于矿井现场来说,示踪技术相对经济、快捷,辅助理论公式与数值模拟方法得出的结果更精确。

基于离散元UDEC数值模拟对上行开采可行性研究与应用

慈林山煤矿在生产过程中,由于开拓原因,先局部开采下部煤层15号煤层,导致了其上覆岩层产生移动、变形,可能对上部未开采的9号煤层及其顶底板造成一定的影响,为分析慈林山煤矿上行开采的可行性,以慈林山煤矿的9号煤层为工程背景,采用UDEC数值试验系统,建立煤层开采的数值计算模型,动态模拟分析煤层工作面将经过非蹬空区域、进入蹬空区域、处于蹬空区域、出蹬空区域、非蹬空区域5个阶段。分析得出当煤层工作面未进入和出蹬空区域时,工作面基本不受15号煤层开采影响;当刚进入蹬空区域时,应力增大,对顶底板容易造成破坏,在此阶段应适当加强支护措施;当工作面处于蹬空区域时,工作面的推进较为平稳;当工作面推出采空区时,容易出现轻微台阶下沉。分析认为9号煤层可进行开采,并进行了工业性实践。通过对煤层正常开采时的矿压数据进行监测分析,表明该围岩压力满足矿井的正常生产需要。

UDEC数值仿真在岩石力学实验教学中的应用

岩石力学作为水利工程、土木工程、地质工程等多个领域的核心学科,一直备受关注。然而,传统岩石力学实验仅能够提供有限的宏观力学参数和破坏特征,无法深入揭示岩石内部微观结构的演化过程,从而限制了学生对岩石破坏机理的全面理解。因此,引入UDEC数值仿真技术来弥补传统岩石力学实验的不足。通过模拟岩石单轴压缩实验并研究内部裂纹的扩展情况,明确UDEC数值模拟在观察岩石破坏演化过程中的优势。这不仅提高了学生对岩石变形和破坏的理解,还加深了他们对岩石破裂机理的认识。学生通过室内实验和数值仿真的双重培训,能够从微观角度更好地理解岩石力学特性的差异,拓展思维,开阔眼界,激发科研兴趣。

基于UDEC的顶板采动变形破坏规律研究

以新集二矿230106工作面为研究背景,通过UDEC数值模拟软件进行研究,并结合“两带”高度经验公式进行对比,结果表明:垮落带高度约为16 m,裂隙带高度约为61 m,垮采比约为4.0,裂采比约为15.3,裂隙带下沉约2.5 m,弯曲带下沉约1.5 m。对采空区上方80 m内的岩层破环规律进行了采前的预测,为后续的灾害防治和工程布置提供了参考依据。

基于UDEC的边坡开挖稳定性数值模拟分析

文章利用UDEC离散元数值模拟软件对某岩质边坡开挖前后的稳定性进行分析。结果表明:未开挖状态下,坡体整体承受压应力,坡顶位移较小,处于稳定状态;开挖状态下,坡体内出现塑性应变区,坡顶位移很大,出现贯通滑塌,需要支护治理。与实际工况对比发现,UDEC软件能合理地分析边坡的稳定性及滑动轨迹,为边坡的后续治理提供依据。

特厚煤层坚硬顶板破断机理研究及UDEC模拟

本文旨在研究特厚煤层坚硬顶板破断机理,并利用UDEC模拟软件进行模拟分析,然后通过分析特厚煤层顶板的力学性质和应力分布,揭示顶板断裂破坏机理。进而对顶板破断模式及影响因素进行分析,并提出定量研究和预测方法,最后通过构建UDEC模拟模型并优化参数,进行模拟分析,与实测数据进行比较和验证。

基于UDEC的隧道掘进机滚刀破岩数值模拟研究

现今全断面隧道掘进机(TBM)施工方法在长大深埋隧道工程中已被广泛采用,对滚刀破岩关键技术的进一步认识具有重要的工程价值。为了研究滚刀破岩机制,分析刀圈断面形态、岩石强度和节理角度对其的影响,运用UDEC方法建立了滚刀贯切岩石的二维数值系列模型,对TBM滚刀破岩过程进行了仿真。分析表明:滚刀破岩是滚刀下岩石拉破坏和剪破坏的综合反映,拉破坏是裂纹萌生与扩展的主要驱动机制;刃宽较大的平刀与刃角较大的楔刀破岩效果较好;平刀与楔刀在软岩中破岩效果相近,平刀在硬岩施工中比楔刀的破岩效果好;滚刀对节理角度为30°～60°的岩石破坏效果较好,由于楔刀的"劈裂"作用,楔刀比平刀更适合用于贯切含有节理的岩石。

基于UDEC数值模拟的滑动型地裂缝发育规律

为了研究西部黄土沟壑矿区煤炭资源开采引起的滑动型地裂缝发育规律,首先给出了滑动型地裂缝的定义和基本特征,提出了滑动型裂缝距和裂缝角的概念;采用UDEC数值模拟软件,分别建立了滑动型地裂缝动态发育模型、沟谷坡度模型、沟谷位置模型,分析了开采引起滑动型裂缝的动态发育规律,研究了滑动型地裂缝发育位置与沟谷之间的关系,并以大柳塔煤矿52304工作面为例,验证了模型的可靠性。研究表明:1滑动型地裂缝的发育分为累积期、形成期、动态发展期、稳定期4个阶段;2滑动型地裂缝发育位置与沟谷之间的关系模型为:滑动型裂缝角与沟谷坡度之间存在二次多项式关系,与沟谷位置之间存在线性关系;3工程实例表明,裂缝角的计算值与实测值之间的最大相对误差为3.4%,使用该模型进行滑动型地裂缝发育位置进行预测是可行的。

基于UDEC的保护层开采中覆岩移动规律的数值模拟与分析

本文利用UDEC3.0软件对近距离上保护层开采导致的覆岩移动及裂隙发育过程进行数值模拟。真实地反映了在开采保护层过程中覆岩移动及裂隙发育规律。利用UDEC3.0软件模拟煤层开采引起的覆层移动过程可以预知实际开采中瓦斯运移通道的动态分布,对防止瓦斯突出具有重要的指导意义。

用UDEC模拟爆炸波在节理岩体中的传播

离散元程序 UDEC与有限差分程序 AUTODYN- 2 D相结合 ,用于模拟节理岩体中爆炸波的传播和节理对波传播的影响 .AUTODYN- 2 D用来模拟地下爆炸过程及生成的爆炸波 ,并输入到 UDEC,然后用 UDEC来模拟爆炸波在节理岩体中的传播 .研究表明 ,UDEC与 AUTO-DYN- 2

UDEC下保护层开采裂隙演化及瓦斯渗流规律

为了研究中远距离下保护层开采后的裂隙演化与瓦斯渗流规律,运用UDEC 4.0离散元数值模拟软件,以郭庄矿为研究对象对中远距离下保护层开采后的裂隙演化与瓦斯渗流规律进行了数值模拟研究,并进行了现场验证.模拟结果较好地再现了中远距离下保护层开采过程中上覆岩层裂隙的发育情况和发育程度,揭示了被保护层瓦斯压力和瓦斯流量的变化规律.现场结果表明,中远距离下保护层开采过后,瓦斯压力降低了0.5 MPa;瓦斯含量降低了5.25m3/t;透气性系数增加到了原来的600多倍.

煤层开采过程中覆岩移动规律的UDEC数值模拟

为研究煤层开采过程中覆岩移动规律.通过UDEC软件建立背景工程的数值计算模型,分析煤层开采过程中覆岩运动规律和裂隙演化的时空特征.通过计算得出以下结论:1煤层开采对顶板岩层位移发展影响明显,上覆岩梁的应力成拱形分布,致使上覆岩梁内产生裂隙扩展,岩梁断裂,并呈梯形分布;2随着工作面推进过程,采空区空间持续增大,上覆岩层裂隙持续贯通,顶板岩梁断裂坍塌充填采空区.随着工作过程中,岩层之间开始发生离层,离层次序是自下而上,离层主要发生在强度不同的层间面上;3采场上覆岩层裂隙带高度随工作面的推进不断发展,针对不同地质条件,但当工作面推进一定距离时,裂隙带高度基本不变.同时,在裂隙带变化过程中可以采用指数曲线进行拟合.但指数拟合曲线仅仅模拟的是裂隙带整体变化趋势,不能完全通过拟合曲线得出不同工作断面裂隙带的高度.

基于UDEC离散元法的隧道塌方特征分析

UDEC离散元法通过对块体大变形运动进行循环迭代计算,可以较大程度的模拟隧道实际塌方情况。以子尹隧道塌方事故为工程背景,采用UDEC法对该隧道塌方过程进行模拟,通过与实际塌方情况的对比,验证了UDEC离散元法模拟隧道塌方的正确性;通过UDEC离散元法分别模拟了不同埋深、不同岩体结构和不同围岩级别的隧道塌方过程,分析了隧道塌方特征。研究表明:埋深主要影响拱顶塌方的范围;岩体结构(如节理裂隙)较大程度的影响塌方的形式;围岩参数同时影响塌方范围和塌方形式。

综放面顶煤放出规律的UDEC数值模拟研究

指出了UDEC离散元数值模拟软件研究放出规律的优越性,模拟了包括初次放煤、移架、放煤在内的循环放煤过程。通过对比分析不同阶段顶煤放出规律,研究得出:初次放煤过程中,由于支架掩护梁倾角及初次放煤前支架上方顶煤与支架后方顶煤存在一个支架高度的高差,所以放出漏斗开始就呈现出向采空区侧倾斜;随着放煤的进行,煤矸分界线不断沉降,但是放煤漏斗的倾向基本固定。通过对不同阶段放出体形状的对比分析,发现椭球体的长轴基本垂直经过放煤口中心,这与金属矿放矿椭球体相吻合,这说明在放煤过程中主导椭球体方位的是重力作用,而非掩护梁倾角。初次放煤并移架后的放出规律依然符合椭球体放煤理论,由于移架的作用避免了初次放煤后同一椭球面上矸石的放入。

应用UDEC进行顶板“三带”范围划分的数值模拟研究

顶板岩层垮落带与导水断裂带高度的划分,是进行瓦斯抽采及"三下"采煤等煤矿安全分析的重要影响因素。运用UDEC数值模拟软件,模拟赵庄煤矿3304综采工作面采动过程;结合岩层破断的理论分析,依据模拟结果中煤层顶板破坏特征及位移场的变化规律,确定受采动影响造成的顶板岩层垮落带与导水断裂带最大高度位置。结果表明:不同高度顶板岩层的最大下沉值随着顶板与煤层之间距离的增加而逐渐减小,直至基本稳定不变;通过分析煤层上方不同高度顶板岩层最大下沉值的变化规律,获得顶板岩层垮落带与导水断裂带高度分别为21.2 m和76.7 m,而现场分析结果为25.15 m和78.19 m,与数值模拟结果接近。

基于UDEC的边坡稳定性分析

为了露天矿边坡有更好的治理,为其加固和生产提供理论依据,采用离散元软件UDEC模拟边坡失稳状态,探索边坡失稳的新理论和方法。结果表明:边坡的失稳主要受顺坡向的节理面和F1等断层控制。它在将来某种条件下的失稳破坏并会形成前端整体的滑动破坏模式。随着变形块体的下滑破坏,整体坡段也随之逐渐的失稳破坏说明离散单元法模拟的结果与工程地质特征相吻合,采用离散法模拟边坡失稳是完全可行的,为计算露天矿边坡失稳又增加了一种有效的分析方法。

基于UDEC岩体抗压强度尺寸效应的数值研究

利用分形理论,结合Monte Carlo方法生成用于数值实验的节理岩体网络图,选取用于数值实验的节理岩体试件,通过离散元软件UDEC模拟不同围压、不同尺寸数值实验试件的抗压强度,对2组正交节理岩体抗压强度随围压和尺度的变化规律进行了研究。研究表明:随着围压的增大,节理岩体试件的抗压强度也随之增大,抗压强度随围压的变化规律呈线性变化趋势,可拟合为线性变化关系;围压作用下,节理岩体抗压强度仍然具有明显的尺寸效应,但随着围压的增大,尺寸效应有一定的削弱,但不明显;随着试件尺寸的增大,节理岩体试件的抗压强度随之减小,抗压强度随尺寸的变化规律呈非线性变化趋势,可拟合为负指数变化关系。并从理论上讨论了提出的数学关系的合理性。

基于UDEC岩体爆炸应力波衰减规律的研究

通过GENERATE命令划分有限差分网格,BOUNDARY xvisc和BOUNDARY yvisc命令产生静态边界,DAMP命令确定Rayleigh阻尼参数中的最小中心频率和最小临界阻尼比,选用高斯脉冲函数作为动力激励作用于炮孔壁粉碎区边界,输入爆炸动力荷载,建立岩体爆破UDEC数值计算模型,运用离散元件UDEC模拟了距爆源不同距离处岩体质点爆炸应力波的变化特征。数值模拟与理论推导结果表明:用离散元软件UDEC计算得到的岩体中爆炸应力波衰减规律与理论公式计算结果基本符合,误差在工程实践应用的允许范围之内,因此UDEC适合用于数值模拟爆炸荷载下岩体动态响应。

基于UDEC的高压隧洞内水外渗离散元分析

基于UDEC的离散元法,选取典型地质剖面,对阳江抽水蓄能电站高压水道进行内水外渗裂隙渗流研究。结果表明,高压隧洞的固结灌浆能有效降低围岩的裂隙水压力及其水力梯度,且隧洞上部岩体的水力梯度降低比下部岩体明显。与有限元计算成果相比,计算结果总体规律相似,离散元法渗流水头等值线相对凌乱,但其考虑的地质模型更符合实际,可与有限元法互为补充。