采动应力集中壳和卸压体空间形态演化及瓦斯运移规律研究

为研究采场周围瓦斯运移规律,在考虑上覆岩层压实应力恢复过程的基础上,采用数值模拟方法获得了采动过程中上覆岩层垂直应力的空间分布情况;划分了采动应力集中壳及卸压体,并采用自行编制的FISH语言,获得了采空区围岩应力集中壳的三维空间形态特征、采空区围岩应力卸压体及压实应力恢复体的形态特征及演化过程;结合不同工作面开采条件,获得了三维应力卸压体变形过程及其相互影响的机理;通过三维模型重构,将卸压体形态导入COMSOL Multiphysics数值模拟软件,针对3种不同通风形式,获得了采空区上方三维应力卸压体内瓦斯运移及富集规律。研究认为,采用U型通风条件下,进风口侧采空区瓦斯体积分数稀释较快,采空区内形成明显的"扇形"稀释区域,工作面上隅角出现明显瓦斯富集。采用沿空留巷方式实现Y型通风及U型通风+高抽巷能够有效改善工作面瓦斯环境。

采动卸荷与岩层倾角对底板损伤的协同影响效应

以回坡底煤矿为工程背景,建立了采场底板力学模型并分析岩层倾角对底板破坏特征的影响.计算结果表明:在工作面超前支承压力扰动阶段,底板不容易发生破坏,而在采空区压实稳定阶段,底板发生较大范围的压剪破坏.底板破坏形态随着岩层倾角增加而朝下山方向倾斜,导致下山侧底板破坏程度大于上山侧底板.通过分析岩体卸荷破坏特征发现,主应力卸荷量的增加导致底板产生卸荷张拉损伤的概率增加,而最小主应力卸荷量的增加会减小底板发生卸荷滑移损伤的概率.通过分析底板主应力矢量分布特征得到了底板的卸荷应力路径,随着岩层倾角增加,上山侧底板和下山侧底板的主应力轴逐渐呈非对称分布特征,主应力轴基本平行或呈锐角相交.数值模拟结果表明:底板球应力卸压体范围随岩层倾角增加而增加,并且上山侧底板卸压体范围大于下山侧底板.采空区浅部底板以卸荷张拉破坏为主,深部底板以拉剪复合破坏为主,并且底板破坏区基本位于卸压体内.