不同结构顶板垮落带及采空区孔隙率分布规律研究

【目的】垮落带直覆下采煤破碎顶板注浆改造工程与采空区垮落带密切相关,故准确掌握煤层开采垮落带形成特征以及其孔隙率分布规律对于合理确定注浆量及注浆范围具有重要意义。【方法】基于FLAC3D软件通过建立模型以及选取合适的边界条件与参数对单、双煤层垮落带和孔隙率分布规律进行研究。【结果】四种情况下的垮落带发育形状均呈“圆拱形”,四周低且向中部平缓过渡;采空区各类型岩层顶板下沉量分布呈“碗形”,四周下沉量较小,中部下沉量达到最大;四种情况下的采空区垮落带孔隙率分布均呈“平底锅形”,采空区四壁孔隙率值较大,中部孔隙率值较小,且从四壁向中变化较快;在四种顶板结构下,孔隙率最大值均在采空区四壁。【结论】研究成果为运用FLAC3D软件在模拟不同覆岩结构下的垮落带形成特征及孔隙率的分布规律提供了参考。

采空垮落区瓦斯非线性渗流-扩散模型及其求解

根据高强度快速推进条件下大空间采空垮落区瓦斯运移的特点,按照渗流力学理论,将采空区视为连续的渗流空间,瓦斯在采空区实际是机械弥散和分子扩散引起的散布过程,通风风流流动状态是由工作面湍流向采空区深部层流的过渡状态.运用质量守恒定律和非线性渗流方程,提出基于Fick扩散定律和Brinkman方程的瓦斯扩散-通风对流运移模型,综合考虑了流体压力梯度和动能作用,比较适合采空垮落区的风流运动和瓦斯对流扩散规律.通过数值求解,研究采煤工作面采空垮落区内瓦斯运移的作用机理.

采空区边缘煤层顶板的断裂与垮落探查

在上阶段采空区内的综放面上风巷中,论文采用巷探和钻探的方法,对采空区边缘附近煤层顶板的断裂、垮落与沉降形态进行探查,获得了在具体的地质、采矿条件下煤层回采后采空区边缘附近煤层顶板断裂、垮落的实际资料,包括顶板岩层的断裂线位置、断裂高度、断裂角以及沿煤层倾斜方向顶板岩层的垮落形态等数据。

冬瓜山铜矿高大采场二步骤回采顺序优选研究

随着冬瓜山铜矿深部开采的推进,地压显现导致围岩变形严重,空区垮落现象凸显,制约着矿山的安全高效生产。矿山采用阶段空场嗣后充填采矿法,一步骤回采矿房采用单向逐步回采方案,但一步骤回采后空区垮落严重。为验证二步骤回采矿柱时原先回采方案的安全性,本研究在单向逐步回采方案的基础上提出中间向两侧回采、回采一半充填后再回采两种方案,利用FLAC^(3D)模拟不同方案下的回采过程。结合模拟云图分析采场应力、位移情况,优选出最佳的采场回采顺序,对同类型工程地质条件矿山的开采具有一定的借鉴意义。

基于Salamon模型的采空区应力响应特征及区段煤柱合理留设宽度研究

针对临空巷道大变形及控制难题,以陕北某矿5煤两相邻工作面开采为研究背景,提出了通过优化区段煤柱留设宽度来减小巷道变形的方法。综合采用理论分析和数值模拟,研究了不同区段煤柱宽度下采空区应力分布特征及中部应力恢复区宽度,区段煤柱载荷分布形态及演化特征,并结合区段煤柱弹塑性演化规律,确定区段煤柱合理留设宽度。结果表明:(1)双面开采后,首采工作面采空区Salamon单元垂直应力呈不对称“马鞍形”分布,且随着区段煤柱宽度的增加,应力峰值从5.8 MPa逐步减小至3.9 MPa,采空区应力恢复区宽度从187 m缩减至162 m;而临空工作面采空区Salamon单元采空区垂直应力呈“尖顶拱形”分布,峰值及中部应力恢复区宽度变化不大;(2)随着区段煤柱宽度的增加,其垂直应力分布形态由“拱形”逐步演化为“马鞍形”,应力峰值由37.19 MPa逐步减小至28.32 MPa,垂直应力趋于均匀化,并以弹性核区占比40%作为煤柱临界失稳判别指标,确定区段煤柱的合理宽度为20 m,与理论计算结果基本一致。