FLAC 3D数值模拟大采深煤层底板采动破坏深度

近年来煤炭资源使用率仍占国家总资源使用的50%以上,因此我国煤炭开采的深度不断在增大,大采深煤层在工作面回采后底板破碎导致突水灾害频发,并呈逐年递增的趋势。因此,能够正确地了解煤层底板在采动后其破坏深度和地应力分布的规律对于预防煤层底板突水具有重要的作用。运用FLAC 3D数值模拟技术研究底板破坏深度及应力分布规律具有重要的意义。

缓倾斜煤层开采底板破坏深度数值分析研究

研究煤层开采过程中底板破坏深度对防治矿井底板水害具有重要意义,数值模拟避免了因现场条件复杂而无法进行实测的情况,可以在煤层开采前模拟和预测破坏深度,为开采工作提供参考。以梁北煤矿32021工作面为例,基于统计规律的经验公式进行了理论计算,得到的底板破坏深度分别为27.05 m、25.63 m、23.56 m,其中,考虑采深和煤层倾角的27.05 m更接近实际情况。使用FLAC^(3D)进行数值模拟,模拟并分析了工作面推进过程中的应力变化规律和底板破坏深度。在数值模拟的过程中,煤层底板的垂直应力变化结果表明,随着工作面不断推进,顶底板应力增大,采空区两端出现应力集中现象,影响范围不断增大,同时底板破坏深度也会随之增加;煤层底板的塑性破坏结果表明,底板破坏深度随工作面的推进而不断增大,当工作面推进至100 m时,底板破坏深度达到最大,之后破坏深度保持不变,破坏范围会一直随之增加;工作面推进100 m时,煤层底板下不同深度的塑性破坏结果表明,随着深度增加,破坏范围不断减小,可判断出煤层底板最大破坏深度约为25.9 m。

损伤变量在煤层底板开采破坏深度计算中的应用

针对煤层底板破坏深度的计算很少考虑实际存在的采动损伤的现状,以某矿A组煤开采为背景,提出一种基于数值模拟与理论计算的底板岩层损伤变量,进而确定底板破坏深度的方法。通过在该矿工作面巷道特定位置施工井下钻孔,采用并行电法探测技术验证该方法的有效性。结果表明:底板应力在推进至断层附近时达到峰值19.70 MPa,底板岩层等效损伤变量D'=0.79;基于损伤变量计算得出的底板岩层的最大破坏深度为20.27 m,对比井下实测结果,其准确率达到93.32%。研究结果为快速准确地确定底板采动破坏深度提供了一个新思路。

基于FLAC^(3D)的千米埋深的煤层底板影响深度模拟

在获取力学参数的基础上,基于FlAC3D建立了底板突水渗流-损伤耦合数值模型。确定了12煤层底板破坏深度范围,分析了水压、开拓进度(100m步距)对破坏深度的影响。研究成果认为,范各庄12煤的底板影响深度随着开采的步距的加大发生有规律的变化,在开采20a时,底板影响深度达到23m左右,这与范各庄矿的12煤底板的影响深度为18m的实际非常接近,为该矿的后续开采提供科学依据。

煤层底板采动破坏深度预测方法与应用

在对现有煤层底板采动破坏深度研究方法对比分析的基础上,采用FLAC^3D数值模拟方法,对平煤十二矿某工作面煤层底板采动破坏过程进行模拟,分析煤层底板破坏规律.破坏深度模拟值为19m,与实测值相吻合。

新集二矿1煤层底板破坏深度模拟研究

通过分析新集二矿1煤层水文地质条件,在获取力学参数的基础上,采用数值模拟软件FLAC3D对1煤层底板的破坏深度进行了模拟,结果表明:1煤层底板最大破坏深度为19.17 m;底板最大破坏深度出现在工作面推进30～40 m位置,此处最容易发生突水事故。研究结果对于实现新集二矿1煤层的安全开采,为后期工作面的防治水方案设计以及防治水措施制订提供了科学依据。

基于脆弱性指数法的煤层底板破坏深度预测

针对目前煤层底板破坏深度和规律研究主要集中在开采工作面,而对整个采区研究较少的问题,采用层次分析法(AHP)建立煤层底板脆弱性层次结构,利用正交试验下的FLAC3D数值模拟方法确定各影响因子权重,利用采区钻孔勘探资料和GIS图形叠加功能建立采区煤层底板脆弱性分区模型,并用该模型对采区范围的底板破坏深度进行预测。以平顶山天安煤业股份有限公司十二矿为例,通过与典型工作面底板破坏深度模拟值比较,建立煤层底板破坏深度与脆弱性分区的对应关系。结果表明:影响煤层底板破坏深度的6个因素按权重由大到小依次为工作面斜长、顶板岩性组合、采深、底板岩性组合、煤厚和煤层倾角;底板脆弱程度每增加1级,破坏深度增加5 m;采区底板破坏预测深度为12.2~31.7 m。基于脆弱性指数法的煤层底板破坏深度预测,为采区范围煤层底板破坏深度研究提供了新方法。

地质雷达探测底板破坏深度的数值模拟研究

针对李家壕煤矿近距离煤层群同采工程背景,为了探究上位2-2中煤层开采对下位3-1#煤层顶板的影响深度,首先采用理论公式计算出影响深度为18.01m,然后通过现场使用地质雷达探测,得到影响深度为22m,最后通过FLAC3D数值模拟分析得出2-2中煤层推进80m的底板最大塑性区为20m,理论计算、数值模拟和地质雷达测试结果基本一致。

近距离上位煤层开采底板破坏规律分析

针对近距离煤层群开采中存在开采中受多重动压影响,煤柱留设、巷道布置随意性强、缺少有效支护方式等问题,以己16-17-23140运输巷为例,采用理论分析、数值模拟方法,研究了近距离上位煤层开采底板破坏规律,分析得出了侧向支承压力峰值随着与煤壁距离增大快速达到载荷峰值,得出侧向支承压力集度计算公式;计算得出平煤股份四矿己15煤层开采后的底板最大损伤破坏深度为30 m,利用FLAC3D数值模拟软件模拟分析了上位煤层开采下伏煤岩体应力变化规律,随着垂直距离增加,支撑载荷集中系数慢慢减小。研究对矿井下分层全锚支护具有参考价值。

郭村井田煤层底板采动破坏规律数值模拟研究

研究本矿井煤层底板岩体采动影响特征是研究煤层底板突水的前提条件,确定开采后底板破坏带或底板裂隙带尤为重要,为回采前采取相应的防治水措施提供依据。本文通过采用FLAC3D数值分析方法来模拟研究郭村井田工作面回采过程中底板应力场、变形破坏特征及其影响因素,更切合实际地对郭村井田二1煤层采动过程中底板破坏进行研究,并发现其破坏规律。

高瓦斯突出煤层底抽巷合理布置研究

为解决新田煤矿高瓦斯突出煤层快速掘进及安全高效回采问题,提出沿工作面走向布置底抽巷,利用超高压水力割缝增透技术预抽煤巷条带瓦斯,同时用作回采期间Y型通风方式的回风巷。采用底板滑移线场理论计算、FLAC^(3D)数值模拟计算底板破坏深度,确定底抽巷的层位距离4号煤层底板约14 m;数值模拟巷道开挖扰动应力集中区在两帮5 m范围内,避免巷道应力集中区叠加,界定了底抽巷布置范围,其后建立每排钻孔总长度表达式,并进行最优解求解为125 m,最终确定水平距离轨道巷约10 m。结果表明:底抽巷水力割缝卸压增透实现轨道巷条带15 d抽采达标;回采期间底抽巷和轨道巷顶底板变形量分别在约20 cm和15 cm后基本稳定,保障了工作面安全高效回采。

采动效应下煤层底板变形破坏数值模拟

通过分析黄陵二矿2煤层地质条件,在获取力学参数的基础上,以203工作面开采为工程背景,利用FLAC^(3D)模拟软件,结合软件本身内嵌的FISH语言操作指控,对黄陵二矿203工作面底板进行数值模拟。结果表明:随着回采工作面的不断推进,回采工作面两端的煤壁处出现应力集中现象,应力集中系数最大达2.16。底板变形随着距离底板深度的增加而逐渐降低,最大变形量达2.1 m;煤层底板最大破坏深度位于回采面两端位置处为21 m,与经验公式对比误差在0.8%~2%之间,且与203瓦斯异常涌出点垂深位置相吻合,说明模拟结果相对真实可靠。