固液耦合模式下含断层缺陷煤层回采诱发底板损伤及断层活化突水机制研究

针对具体地质条件,以现场试验数据为基础,采用相似材料试验及数值模拟相结合的分析方法,对含断层缺陷煤层回采过程中底板损伤破坏及断层活化规律进行研究,研究得出:采用内径不同的水管能够很好地反映底板岩层渗透性的空间差异性,通过采用调节注水管水柱高度的方式可以控制水压以满足设计要求;煤层埋深、承压水水压及断层落差越大越易突水,断层防水煤柱宽度越大越不易突水;通过试验及模拟计算再现了不同因素影响下煤层回采过程中底板采动裂隙形成、断层活化到突水通道形成的全过程,揭示了含断层构造底板突水通道的形成机制;研究结果对承压水上含断层缺陷煤层回采时防水煤柱的留设具有重要的参考价值。

基于新型加卸载本构模型底板损伤规律研究

应力路径对底板岩石力学性能有重大影响,而隔水层的力学特性是其厚度的决定性因素之一。本文认为岩石材料是一种能量非均匀耗散结构,以此为基础建立了修正平行杆模型,将宏、细观损伤变量和损伤演化方程相互联系,体现了循环加卸载过程中岩石的"非线性"、"随机性"和"刚度退化"特性。结合Drucker-Prager屈服准则,建立了一种新型循环加卸载本构模型。根据不连沟矿工程实际建立数值计算模型,通过UMAT二次开发,计算采矿过程中底板的损伤响应。结果表明,工作面煤壁下的底板损伤深度随顶板悬露面积的增加而增加,随顶板垮落而减小。而采空区内形成张拉裂隙,并释放应力波,导致底板损伤深度二次加深。上述因素使得损伤深度以Logistic函数形式波动增长,最终不超过18.5 m的概率超过90%。

基于数值模拟分析的上邻近煤层底板损伤特征研究

针对保护层开采技术中高瓦斯低渗透性煤层的卸压增透问题,利用UDEC离散元数值模拟软件,对上邻近煤层开采所造成的底板损伤进行了研究,并分析了底板损伤对下煤层瓦斯迁移的影响规律。研究表明:底板在工作面后方一定范围内会出现倒三角形应力降低区;依据底板破坏的力学机理不同,将底板裂隙带分为拉伸破坏裂隙带和屈服破坏裂隙带;2#煤层开采产生的底板裂隙促进了3#煤层瓦斯的解析及迁移,有效降低了3#煤层开采时的瓦斯涌出量,保障了工作面的安全生产。

采场损伤底板破坏深度研究

在收集中国北方典型矿区底板破坏深度实测资料的基础上，利用回归分析法，得出采场底板在未受到构造明显损伤破坏的条件下，底板破坏深度同煤层开采深度、煤层倾角、工作面斜长、底板岩层坚固性系数之间的关系．以几何损伤理论为指导，得出采场底板存在明显原始损伤时底板破坏深度的计算公式．提出用钻孔注水法，评判采场底板岩体在未受到矿山压力破坏时的原始损伤度方法．结合肥城煤田8煤层开采实例，比较理论计算结果和现场实测研究结果，说明回归分析所得的计算公式的实用性．

近距离下煤层损伤基本顶破断规律及稳定性分析

为掌握近距离下煤层损伤基本顶的破断、失稳规律,首先对下煤层基本顶的损伤类型进行了分类,提出了基本顶损伤量化的方法,之后采用理论分析对损伤基本顶的断裂长度进行了研究,并基于"砌体梁"的"S-R"理论研究了损伤基本顶的失稳规律。研究结果表明:1损伤造成基本顶提前断裂,断裂长度随损伤量的增大而减小,达到极限损伤量时基本顶随采随垮;2损伤基本顶更易发生"砌体梁"滑落失稳,损伤量越大滑落失稳的几率越大,铰接岩块挤压力的减小是造成上述现象的原因;3"砌体梁"铰接岩块挤压力的递减速度大于铰接面抗压强度递减速度,损伤基本顶反而不易发生"砌体梁"的回转失稳;4通过对晋华宫矿307盘区11号煤层8707工作面的矿压观测,验证了损伤基本顶断裂及失稳规律。

极近距离煤层采空区下工作面两巷合理位置确定

为合理布置霍洛湾煤矿极近距离煤层下分层工作面两巷位置,采用弹塑性力学理论计算了上分层工作面开采底板最大屈服深度,得出了底板破坏深度为8.29 m,应用FLAC3D数值模拟软件分析了上分层工作面开采对底板的影响,通过对邻近工作面开采过程及巷道掘进的模拟,得出了底板损伤过程及其内部应力变化,确定出下分层22104工作面两巷距上分层22102工作面回风巷水平距离分别为85和300 m,并进行了巷道变形实测,在观测区域未出现较为明显的巷道变形破坏。结果表明,利用底板破坏深度及采空区下低应力区等结论确定下分层工作面两巷的合理布置方式是可行的。

近距离煤层开采围岩破坏规律分析

本文以友众煤矿3#煤层赋存条件为工程背景,分析了近距离煤层开采时,上覆岩层未充分垮落、充分垮落两种情况下围岩应力分布规律,并采用滑移线场理论计算了底板损伤深度。