导水断裂带发育高度的数值模拟

结合工程实例,采用ANSYS-2D,FLAC-2D和FLAC-3D程序对导水断裂带发育规律进行了大量计算和分析,认为:ANSYS-2D宜采用主应变指标来确定;FLAC-2D宜采用塑性区范围来确定;FLAC-3D宜采用应变增量(曲率)指标来确定.

富水断裂带优势劈裂注浆机制及注浆控制方法研究

注浆是处治隧道塌方、突水突泥等地质灾害的有效手段,但对于岩体结构多样、结构面发育的富水断裂带,注浆理论及控制技术尚不成熟。基于富水断裂带内部岩体结构,建立了注浆概念模型,提出了优势劈裂注浆概念。基于广义宾汉流体本构方程,建立单一平板优势劈裂注浆扩散模型,推导了考虑浆液流变特征的优势劈裂注浆扩散控制方程。由方程可知,注浆速率、注浆压力及浆液黏度是影响注浆扩散的3个主控因素。深入分析了优势劈裂注浆过程中3个主控因素对注浆扩散的影响规律,基于此提出优势劈裂注浆控制方法,形成了注浆压力差异控制、控制液动态调节及注浆速率梯度控制3项关键技术,促使浆液在优势结构面内控制性扩散。研究成果成功应用于江西省某隧道断裂带塌方处治工程中,取得良好治理效果,对隧道断裂带地质灾害控制理论研究和工程实践具有一定指导意义。

基于人工神经网络技术的综放导水断裂带高度预计

在对综放开采条件下导水断裂带发育规律分析的基础上,将基于非线性理论的人工神经网络技术用于煤层覆岩破坏高度的预测,选取采高、基岩柱厚度、倾角、顶板单轴压强度、泥岩比例和覆岩结构6种因素作为导水断裂带预测模型的影响因子,建立导水断裂带高度预测模型,并在我国首个海域下综放工作面加以应用.

基于ANN的煤层顶板导水断裂带高度预测

为预测煤矿顶板导水断裂带的最大高度,分析了顶板导水断裂带发育的影响因素,提取了10个指标形成裂高预测指标体系,并收集整理了近10 a来我国24项裂高观测数据,建立了样本数据库.基于BP人工神经网络的理论及方法,建立了煤层开采工作面顶板导水断裂带高度预测模型,模型检验成功.依据计算权值,分析了各指标对裂高的影响程度,提出工作面倾斜长度、埋深对裂高影响较大并加以解释.

基于遗传-支持向量机法的煤层顶板导水断裂带高度的分析

利用遗传算法以全局并行搜索方式来搜索优化群体中的最优个体的特点,获得了支持向量机参数的最佳值,建立了遗传-支持向量机模型(GA-SVR).有效反映了采空区长度、抗压强度和采厚等因素与煤层顶板导水断裂带高度的非线性关系.经具体工程应用验证了遗传-支持向量机法研究导水断裂带高度的有效性.并对影响断裂带高度的因素进行了权重分析,指出埋深、采空区长度、抗压强度和采厚是主导影响因素,同时指出从地质条件、岩体力学性质和开采条件3个方面选取指标的科学性.

综放开采近断层导水断裂带发育规律研究

采用非线性有限元数值模拟方法,考虑不同断层倾角大小(75°和35°)、工作面推进方向与断层倾向关系,模拟了在断层影响下厚煤层综放开采引起的导水断裂带高度,得出了综放开采2种倾角断层、不同推进方向4种组合的导水断裂带高度随煤层开采动态发育规律示意图.模拟结果表明,当工作面从断层下盘往上盘方向推进时,在工作面过断层以前导水断裂带达到最大高度;当工作面从断层上盘往下盘方向推进时,在工作面过断层以后导水断裂带达到最大高度,并且导水断裂带发育高度在相同地质、相同工作条件下受大倾角断层的影响比小倾角断层大,在相同地质条件下,受不同推进方向的影响在大倾角断层下比小倾角断层下大.

海下采煤软弱覆岩导水断裂带发育高度研究

龙口矿区海域煤层开采后软弱覆岩导水断裂带的发育高度直接影响了海下安全开采。在分析龙口矿区海域软岩工程地质特征的基础上，运用有限差分法、相似材料模拟试验并结合现场实测资料，研究了海下采煤软弱覆岩变形破坏规律。结果表明：煤层顶板软岩剪切破坏后，裂隙连通性及导水性相对较弱，岩体仍具有一定阻水能力；海底煤层开采后，覆岩垂直剖面由上至下分为剪切破坏带、拉剪破坏带和拉伸破坏带；开采过程中，导水断裂带高度随工作面推进逐渐增加，并最终达到稳定；6m厚煤层采全高时，导水断裂带发育高度为48．2～55．0m。最后，经统计提出了海下采煤软弱覆岩中导水断裂带发育高度的计算公式。

软弱覆岩下厚煤层综放开采导水断裂带高度计算

为得到蒙东地区无软弱覆岩层地质条件下特厚煤层综放开采导水断裂带的准确测算方法,以神华大雁矿业公司敏东一矿02工作面为例,分别采用煤矿防治水经验公式、"三下"采煤计算公式等方法计算导水断裂带高度;同时,采用FLAC^(3D)软件对煤层顶板覆岩破坏对覆岩导水断裂带发育过程进行模拟,分析了不同推进距离下的导水断裂带发育高度,采用塑性区分布法,得到了导水断裂带发育高度"突变"和"稳定"2种状态与回采工作面的推进距离。经计算,3种方法得到的导水断裂带高度分别为93.12、26.67和88.00 m,而采用现场钻探观测表明导水断裂带高度为83.78 m。实测数据表明,蒙东地区软弱覆岩特厚煤层综放开采条件下冒采比为5,裂采比为11。

基于FLAC的导水断裂带分布规律模拟研究

为了掌握煤层开采后上覆岩体导水断裂带的分布规律,采用FLAC有限差分程序分析不同开采宽度采空区上方应力变化。根据摩尔-库仑准则,以开采上边界起到模型单元应力状态屈服区的最高点处的距离作为导水断裂带的高度。对某矿首采工作面建立FLAC模型,模拟不同采宽条件下导水裂缝分布,结果表明:随着工作面的推进,导水断裂带先呈扁平拱形,后呈马鞍形;导水断裂带高度初期随工作面宽度增大而增大,当工作面宽度大于一临界值后不再增加;所模拟导水断裂带高度与实测吻合。回归分析表明,在相同采厚条件下,导水断裂带高度与开采宽度呈二次函数关系。

覆岩导水断裂带发育规律离散元模拟

采用"双端堵水器"技术对3上煤开采后导水断裂带发育高度进行实测,得到断裂带发育高度,利用此数值反演推算出上覆岩层力学参数。根据反演所得岩石力学参数,运用UDEC软件进行数值模拟,得到当开采3下煤时导水断裂带发育高度。本次研究数据为该矿提高工作面开采上限提供了依据,以保证水体下安全开采。

河下分层采煤导水断裂带发育规律研究

兖州矿区某煤矿部分煤炭资源位于河流下方,采用分层开采。为提高其开采上限,以该矿5304-1工作面开采实际为背景,根据现场地面钻孔成像观测结果分析,确定其导水断裂带高度为51.7 m;以工作面实际地层资料为基础,通过对煤层顶底板岩层组合和结构特征的分析,运用FLAC3D数值模拟方法,通过反复试算和修正,以及对煤层顶板导水断裂带的发育特征进行分析,得出厚煤层分层开采后导水断裂带的空间发育特征及发育高度;采用现场钻孔观测和数值模拟相结合的方法,确定出厚煤层分层开采顶板导水断裂带发育高度为52 m,为河下开采提高开采上限和防水煤柱的留设提供重要的参考依据。

厚煤层分层开采导水断裂带发育高度的确定

针对兖州矿区某矿提高开采上限的问题,运用现场钻孔原位窥视镜成像方法,对该矿5301-1工作面第一分层开采完毕后导水断裂带的空间发育特征及发育高度进行观测,并结合经验公式计算结果进行了对比分析。在对该工作面的煤层顶底板岩层组合及结构性质特点进行分析的基础上,建立工程地质模型,运用FLAC3D数值模拟方法对其进行验证。3种方法研究得到的导水断裂带高度基本一致:实测结果为24.2 m,经验公式计算结果为26.7 m,数值模拟结果为25.0 m。研究结果可为该工作面提高开采上限煤柱的合理留设提供重要的参考依据。

近距离煤层开采覆岩导水断裂带高度研究

结合某矿的实际地质条件,采用经验公式和数值模拟两种方法,对煤层开采后导水断裂带的发育情况进行了分析研究,为水体下安全开采提供科学依据,并与实际的观测结果进行比较,对所得的结果进行了评价。同时,对数值模拟结果和经验公式的计算结果进行了比较、应用,为类似条件下经验公式中综合采厚的计算公式提供了一种选择依据,弥补了经验公式的不足。

洛河组砂岩含水层下大采高工作面导水断裂带演化规律

针对旬耀矿区厚煤层大采高工作面上覆洛河组砂岩含水层下的安全采煤问题,采用理论分析、相似材料试验和数值模拟研究了某矿1109大采高工作面覆岩破断及裂隙演化规律。研究表明:上覆岩层经历了直接顶破断、基本顶初次破断与周期破断、亚关键层初次破断与周期破断5个阶段,破断发生引起工作面煤壁上方裂隙密度和开度发生跃变,采空区覆岩裂隙经历孕育、产生、张开、闭合、压实5个动态阶段;从开切眼到充分采动过程中,在裂隙带的上部、工作面煤壁上方及开切眼上方裂隙较为发育,裂隙区近似"抛物线"状,采空区中部覆岩裂隙闭合而边界处裂隙不易闭合;工作面充分采动后,导水断裂带发育高度82~85 m,未导通上覆洛河组砂岩。

综放开采覆岩破坏特征与导水断裂带高度模拟研究

为了研究煤矿综放开采覆岩破坏规律与导水断裂带高度,通过数值模拟分析了采动覆岩破坏过程,采用理论分析方法建立了直接顶破坏与基本顶砌体梁失稳力学模型,揭示了直接顶与基本顶失稳机制。基于盛泰煤矿15201综放工作面采矿地质条件,研究了不同采高、工作面倾向长度、煤层倾角条件下导水断裂带最大高度。研究结果表明:导水断裂带高度与煤层采高、工作面倾向长度、煤层倾角呈正相关关系;导水断裂带高度数值模拟结果位于《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》中经验公式计算结果范围之内,验证了该数值模拟模型及岩性参数的合理性。

7m大采高综采工作面导水断裂带发育规律研究

为研究西部浅埋煤层大采高综采条件下导水断裂带的发育规律,以大柳塔煤矿5-2煤层7m大采高综采工作面为研究对象,采用数值模拟、理论计算分析、钻孔冲洗液漏失量分析和数字全景钻孔成像观测等方法。结果表明：导水断裂带发育高度与覆岩赋存结构类型、工作面长度以及主关键层位置距煤层高度等因素有关,工作面尺寸的变化对覆岩导水断裂带影响较大,同样7 m大采高条件下,工作面长度为147.5 m时,导水断裂带发育高度为68.76 m,为采高的9.82倍;工作面长度为301m时,导水断裂带发育高度远超出理论值,断裂带高度为137.32 m,为采高的19.62倍。5-2煤层采后实测导水断裂带发育高度为68.76-137.32 m,裂采比为10.1-20.2。

厚松散层薄基岩浅埋煤层导水断裂带高度研究

薄基岩浅埋煤层开采形成的导水断裂带易造成水资源破坏,导水断裂带高度确定是含水层免受破坏的关键。以青龙寺煤矿5-20101工作面为研究对象,采用物理相似模拟、理论计算及井下仰孔注水测漏法分析煤层开采导水断裂带发育高度。研究表明:工作面开采后采空区上方覆岩形成拱形梁结构,拱的边缘位置为拉应力区,该区域纵向切落裂缝为岩层的主要导水通道,导水断裂呈"八字形"分布;5-20101工作面导水断裂带发育高度为52.3~62 m,平均57.2,裂采比为24.2;导水断裂带发育不会与萨拉乌苏组含水层贯通,生产过程中不受含水层倒灌的威胁。

似膏体充填开采导水断裂带高度确定方法研究

为深入研究充填开采覆岩的断裂带高度发育特征,采用砌体梁力学模型和材料力学理论相结合的研究方法,提出了充填开采导水断裂带发育高度的计算方法,利用该方法对红阳煤矿10803工作面覆岩断裂带高度进行计算,得到其覆岩断裂带高度为13.38m;并采用物探技术对10803工作面覆岩断裂带范围进行探测验证,探测结果为13.2m。理论计算结果和物探结果高度吻合,说明采用砌体梁力学模型和材料力学相结合的方法分析覆岩断裂带范围方法正确可行。

深埋缓倾斜双煤层开采导水断裂带发育规律研究

为研究深埋缓倾斜多煤层开采导水断裂带发育特征,以石槽村煤矿2^(-1)煤和2^(-2)煤叠置开采区为研究对象,通过井下仰孔注水试验与数值模拟方法,对覆岩破坏及导水断裂带发育特征进行了研究。结果表明:在相同地质及开采条件下,采厚1.8 m的上覆2^(-1)煤和采厚3.4 m的下覆2^(-2)煤开采导水断裂带发育过程均可分为缓增阶段、突增阶段和稳定阶段,但2^(-2)煤导水断裂带发育速度大于2^(-1)煤导水断裂带发育速度;2^(-1)煤和2^(-2)煤层间距为11 m条件下,2^(-2)煤开采产生的复合导水断裂带高度大于2^(-1)煤开采导水断裂带高度;综合分析后确定石槽村煤矿多煤层重复采空区导水断裂带发育高度为49.6 m。

不同侧压偏角下导水断裂带发育规律模拟研究

以山东新河煤矿5302工作面为工程背景,运用FLAC^(3D)数值模拟的方法对不同侧压偏角(水平合应力与工作面推进方向间的夹角)下导水断裂带发育规律进行了研究。结果表明:侧压系数为0.5、1.0、1.5时,随侧压偏角增大,采场覆岩塑性区高度整体呈升高趋势,覆岩塑性区从拱形逐渐发育为不规则的马鞍形;侧压系数为2.0和2.5时,随侧压偏角增大,采场覆岩塑性区高度先减小后增大,覆岩塑性区由拱形逐渐发育为枕形;随侧压偏角增大,采场围岩在顶板上方都会形成不同程度的应力集中区,且应力集中区的范围会随着应力偏角的增大先减小后增大。