膏体充填开采底板破坏规律充填效应及实测研究

为了研究膏体充填底板破坏规律的充填效应,以岱庄矿2153膏体充填工作面为工程背景,分别采用Midas/GTS-FLAC3D耦合模拟技术、滑移面理论力学分析和钻孔注水法实测方法对该工作面底板破坏深度进行了研究。结果表明,充填工作面底板破坏深度的数值模拟解约为3m,底板岩层破坏模式为以拉为主的拉剪破坏,充填开采煤层底板最大应力为初始应力的0.5倍;采用滑移面理论得到底板破坏深度的力学解析解为2.5~3.0 m,与钻孔注水实测平均值3 m基本吻合,充填开采底板破坏深度是垮落法开采的0.2倍。

长壁工作面充填开采的充填比与充填效应分析

为研究充填开采对回采工作面矿山压力显现和顶板裂隙发育高度的影响,从现场开采实践出发,建立长壁开采工作面充填开采的关键层力学模型,通过理论分析得到了确保关键层弯曲下沉的最小充填厚度.随后通过RFPA数值模拟系统对比了分析煤层实施充填开采和完全垮落法开采时的上覆岩层活动规律,分析认为工作面充填开采使工作面矿山压力显现明显减弱,顶板裂隙带高度明显降低;在有断层情况下,采动裂隙也沿断层带发育,顶板裂隙发育高度比完全垮落法时变化不大.

填充对节理岩体力学特性及能量演化的影响研究

能量耗散引起节理岩体裂纹启裂、扩展、贯通及最终的破坏。为探寻充填对节理岩体力学及能量特性的影响,基于岩石能量耗散理论及单轴压缩试验结果,研究了充填对节理岩体强度特征、变形特征、破坏模式及能量演化的影响机制。此外,分析了节理岩体的能量演化机制及峰值点各能量指标(总能量、弹性应变能及耗散能)的充填效应。研究结果表明:节理使得岩样的力学参数明显劣化,而充填使得节理岩样的峰值强度、峰值应变及弹性模量均有所增大;完整岩样损伤演化划分为初始损伤阶段、稳定损伤阶段、损伤平稳阶段、加速损伤阶段及损伤破坏阶段,而节理岩样和充填节理岩样则分为六阶段,即增加了突变损伤阶段;完整岩样、充填节理岩样及节理岩样峰值点的平均弹性应变能依次在减小,但减小幅度明显降低。研究成果可为岩体工程类环境灾害的预警与防控提供科学依据。

高应力环境水平矿柱尺寸演变过程力学响应及稳定性

甘肃某矿高应力回采区域采用下向水平分层六角形进路式充填采矿法,双中段大盘区同时回采的模式。矿体水平应力大,最大主应力方向基本垂直于矿体走向,且接近水平。水平矿柱随着开挖而逐渐形成至变薄消失,同时上部充填体越来越厚,在整个生产过程中水平矿柱尺寸大,很难监控其内部应力分布情况。通过力学解剖水平矿柱形成过程,总结水平矿柱稳定性分析方法,探究基于充填体−围岩拱效应的水平矿柱稳定性。结合数值模拟算法和工程实例,分析水平矿柱中的主应力变化特征、塑性区分布特点以及位移变化规律。研究结果表明:在高应力环境,当水平矿柱厚度降至30 m左右时,应力集中现象逐渐显现;靠近上盘的进路更容易产生侧向挤压变形,并出现顶板冒落;最大主应力一般出现在水平矿柱底部,当水平矿柱厚度降至一定水平,出现明显应力转移,充填体起到承压作用,水平矿柱内的应力集中和位移沉降得到一定程度缓解。通过研究水平矿柱稳定性,有效分析双中段同时回采时的可靠性及矿柱回收的安全性,有效防控大面积失稳灾害。