基于离散元UDEC数值模拟对上行开采可行性研究与应用

慈林山煤矿在生产过程中,由于开拓原因,先局部开采下部煤层15号煤层,导致了其上覆岩层产生移动、变形,可能对上部未开采的9号煤层及其顶底板造成一定的影响,为分析慈林山煤矿上行开采的可行性,以慈林山煤矿的9号煤层为工程背景,采用UDEC数值试验系统,建立煤层开采的数值计算模型,动态模拟分析煤层工作面将经过非蹬空区域、进入蹬空区域、处于蹬空区域、出蹬空区域、非蹬空区域5个阶段。分析得出当煤层工作面未进入和出蹬空区域时,工作面基本不受15号煤层开采影响;当刚进入蹬空区域时,应力增大,对顶底板容易造成破坏,在此阶段应适当加强支护措施;当工作面处于蹬空区域时,工作面的推进较为平稳;当工作面推出采空区时,容易出现轻微台阶下沉。分析认为9号煤层可进行开采,并进行了工业性实践。通过对煤层正常开采时的矿压数据进行监测分析,表明该围岩压力满足矿井的正常生产需要。

顺向泥岩边坡变形破坏数值模拟研究

顺向泥岩边坡在工程建设过程中广泛存在,研究顺向泥岩边坡变形机理尤为重要。文中以贵州某高速公路修建过程中出现的顺向泥岩边坡为原型,概化模型后利用离散元UDEC二维数值模拟技术,研究顺向泥岩边坡的岩层倾角和坡角的组合形式对边坡变形破坏的影响。结果表明,边坡主控结构面为岩层层面时,若岩层倾角小于坡角,边坡产生顺层滑移破坏;若岩层倾角等于坡角,边坡产生溃屈变形;若岩层倾角大于坡角,边坡产生滑移-弯曲变形;边坡产生顺层滑移破坏时,坡角越大,边坡越易产生变形破坏,规模越大且破坏速率越快;边坡产生溃屈变形时,坡体上部产生顺层滑移,强风化层底部被挤压产生弯曲变形;边坡产生滑移-弯曲变形时,坡体上部为顺层滑移,中下部产生弯曲隆起,并随着坡角的增加,变形规模增大。

某深部巷道底板卸压槽尺寸数值模拟研究

随着煤矿开采深度的不断增加,国内许多矿井已经进入深部开采,深部巷道围岩稳定性差,底鼓现象突出,矿压显著。以平顶山矿区某煤矿为工程背景,分析了巷道围岩变形破坏特征,提出了“四层次喷混凝土+三层次钢丝绳网+三层次锚杆+底板卸压槽+壁后注浆”的联合支护方案,采用UDEC模拟了巷道围岩应力场分布特征。结果表明,增加卸压槽宽度可以有效保证巷道底板应力向深部转移,当卸压槽宽度为1600mm时,巷道底板围岩塑性区范围为14.84m,底板水平应力峰值向深部转移了14.5m,为深部巷道围岩变形控制提供了一定的理论支撑。

旺苍县代池坝煤矿采煤上覆岩导水裂隙带数值模拟研究

水害是煤矿安全生产的最大隐患之一,代池坝煤矿在清江河下采煤的安全与否,需要重点研究采煤形成的导水裂隙带是否会贯通到地表,使得地表水体成为矿井充水水源,导致煤矿顶板突水的灾难性后果。因此,导水裂隙带的计算与预测是代池坝煤矿在清江河下能否安全生产的关键因素。本文以代池坝煤矿501工作面为背景,采用离散元(UDEC7.0)数值模拟方法对煤层开采后形成的导水裂隙带发育高度进行数值模拟研究,数值模拟的结果为:导水裂缝带的发育高度最大约为43.7m,计算得到裂采比为19.86。

基于UDEC的边坡开挖稳定性数值模拟分析

文章利用UDEC离散元数值模拟软件对某岩质边坡开挖前后的稳定性进行分析。结果表明:未开挖状态下,坡体整体承受压应力,坡顶位移较小,处于稳定状态;开挖状态下,坡体内出现塑性应变区,坡顶位移很大,出现贯通滑塌,需要支护治理。与实际工况对比发现,UDEC软件能合理地分析边坡的稳定性及滑动轨迹,为边坡的后续治理提供依据。

基于UDEC的保护层开采中覆岩移动规律的数值模拟与分析

本文利用UDEC3.0软件对近距离上保护层开采导致的覆岩移动及裂隙发育过程进行数值模拟。真实地反映了在开采保护层过程中覆岩移动及裂隙发育规律。利用UDEC3.0软件模拟煤层开采引起的覆层移动过程可以预知实际开采中瓦斯运移通道的动态分布,对防止瓦斯突出具有重要的指导意义。

煤层开采过程中覆岩移动规律的UDEC数值模拟

为研究煤层开采过程中覆岩移动规律.通过UDEC软件建立背景工程的数值计算模型,分析煤层开采过程中覆岩运动规律和裂隙演化的时空特征.通过计算得出以下结论:1煤层开采对顶板岩层位移发展影响明显,上覆岩梁的应力成拱形分布,致使上覆岩梁内产生裂隙扩展,岩梁断裂,并呈梯形分布;2随着工作面推进过程,采空区空间持续增大,上覆岩层裂隙持续贯通,顶板岩梁断裂坍塌充填采空区.随着工作过程中,岩层之间开始发生离层,离层次序是自下而上,离层主要发生在强度不同的层间面上;3采场上覆岩层裂隙带高度随工作面的推进不断发展,针对不同地质条件,但当工作面推进一定距离时,裂隙带高度基本不变.同时,在裂隙带变化过程中可以采用指数曲线进行拟合.但指数拟合曲线仅仅模拟的是裂隙带整体变化趋势,不能完全通过拟合曲线得出不同工作断面裂隙带的高度.

综放面顶煤放出规律的UDEC数值模拟研究

指出了UDEC离散元数值模拟软件研究放出规律的优越性,模拟了包括初次放煤、移架、放煤在内的循环放煤过程。通过对比分析不同阶段顶煤放出规律,研究得出:初次放煤过程中,由于支架掩护梁倾角及初次放煤前支架上方顶煤与支架后方顶煤存在一个支架高度的高差,所以放出漏斗开始就呈现出向采空区侧倾斜;随着放煤的进行,煤矸分界线不断沉降,但是放煤漏斗的倾向基本固定。通过对不同阶段放出体形状的对比分析,发现椭球体的长轴基本垂直经过放煤口中心,这与金属矿放矿椭球体相吻合,这说明在放煤过程中主导椭球体方位的是重力作用,而非掩护梁倾角。初次放煤并移架后的放出规律依然符合椭球体放煤理论,由于移架的作用避免了初次放煤后同一椭球面上矸石的放入。

基于数值模拟和地震活动性统计的混合地震预测:在中国地震科学实验场的应用

地震数值预测是近年来最为前沿的科学研究问题之一,但是大部分地震数值预测的探索都受困于数值模拟步长的问题.本文引入混合预测方法,探索了较短预测时长的地震数值预测方法,并在中国地震科学实验场区中进行应用.该混合预测方法主要建立在活动块体理论和构造力学分析的基础上,利用数值模拟推测未来长时间的应力变化量,并引入上一次7级地震之后数十年间,中等强度地震同震应力的影响,最后通过重分类和加权,在应力变化量上叠加年尺度小地震活动异常的统计,从而实现区域地震危险程度的混合评估.基于该方法,我们将地震数值预测的预测时间尺度缩短到年尺度,以年为单位滚动预测了中国地震科学实验场自2021—2030年或更长时间段内可能出现中强地震的区域.2022年芦山6.1级地震、2021年漾濞6.4级地震、2021年泸州6.0级地震和2022年泸定6.8级地震均发生在危险性较高的区域,而2022年马尔康6.0级地震则不在预测区域内.本文展示的混合预测尝试为地震数值预测研究提供了一个可供参考的例证,也为解决数值预测步长控制难的问题提供了一个可能的探索途径.

和善煤矿“两带”高度数值模拟及实测研究

为探究上位煤层采动影响对下位煤层垮落带及导水裂隙带发育规律的影响,在理论分析的基础上,运用UDEC数值模拟软件,模拟了不同层间距上位煤层底板断裂带深度与下位煤层覆岩“两带”高度变化规律,并以实际工作面为背景,采用双端堵水器对覆岩“两带”高度进行实测。结果表明:9+10号煤垮落带高度为10.6 m,导水裂隙带高度为45.79 m,上位煤层开采对下位煤层导水裂隙带的发育高度存在一定影响,且基本呈负相关趋势,上下两煤层导水裂隙带存在贯通的可能性。

UDEC数值模拟成果在岩石力学性质教学中的应用

岩石力学性质是“岩体力学”和“岩石力学基础”课程最基础的教学内容,其中岩块受压微观到宏观的变形破裂与破坏演化过程,是教学的重点和难点,而传统教学只能观察试件破坏后的宏观裂隙特征,应力应变数据也少。UDEC模拟成果融入理论教学和实验教学中,探索理论知识、物理实验和数值模拟成果的有机融合,弥补了传统教学的不足,激发了学生的学习兴趣、积极性和创造性,促进了学生深入理解基本概念、理论与方法,培养了学生理论知识和方法的应用能力、数据处理与分析能力、自学能力和团队协作意识。

南阳煤矿两带高度UDEC数值模拟研究

以南阳煤矿3207工作面为背景,为确定该工作面的导水裂隙带高度,运用UDEC数值模拟软件,模拟南阳煤矿3207综采工作面采用常规50 m煤柱开采和巷旁支护深孔爆破切顶2种情况下冒落带和裂缝带的高度。结果表明:受关键层影响,2种方式的导水裂隙带高度是一致的,巷旁深孔爆破切顶能使冒落带高度大大增加。现场试验结果证明了深孔爆破切顶导致冒落带高度增加和上覆裂缝带厚度减小,减小了裂缝带"砌体梁"结构对留巷的旋转挤压作用,保证了留巷的稳定性。

文家坡矿42盘区区域上行开采UDEC数值模拟研究

从文家坡矿42盘区区域煤层赋存的条件出发,以3煤、1煤上行开采为研究背景,运用UDEC数值模拟软件对42盘区区域上行开采对3煤、1煤的影响进行分析,数值模拟结果与理论计算基本一致,采取一定的技术措施后3煤和1煤可以进行上行开采,为42盘区区域上行开采提供了理论依据。

UDEC数值模拟在回采巷道支护设计中的应用研究

采用现场实测与数值模拟相结合的方法,运用UDEC数值软件定性与定量研究了关岭山煤矿15#煤层大断面巷道锚杆支护围岩的受力、变形及其破坏方式,经综合比较得出了合理的锚杆长度、直径和间排距等支护参数。

基于UDEC的近距离上保护层开采数值模拟研究

为了确保矿井安全生产,以潞安集团阜生煤业为例,综合考虑阜生煤业的特殊煤层地质条件,采用UDEC数值模拟软件对近距离保扩层开采的可行性和必要性进行分析,通过开采上覆14号煤层,模拟下伏15号煤层的岩层位移和膨胀率等指标。研究结果表明:被保护层的膨胀率达到了3‰,满足《防治煤与瓦斯突出规定》中的相关规定;同时,被保护层所受应力变化和垮落情况符合《开采深陷学》中的相关规律。该研究为阜生煤业实施防突措施、巷道超前支护提供了合理的理论论证和技术支撑,并在一定程度保障了矿井安全生产。

基于UDEC的顶板定向长钻孔瓦斯抽采技术研究

为有效解决主焦煤业2301工作面采空区瓦斯涌出量大、易造成上隅角瓦斯超限等问题,设计使用顶板超长定向高位钻孔对采空区瓦斯进行抽采。高位钻孔的层位选择直接影响瓦斯抽采效果,基于UDEC数值模拟软件研究了采空区垂向“三带”分布,计算出顶板裂隙带高度为17~35 m,且在顶板上方8~17 m处为关键层,在顶板上方17~35 m区域内布孔有助于保护成孔不受破坏。顶板定向高位长钻孔抽采瓦斯能够有效提高抽采效率,瓦斯抽采效果明显,实现了“以孔代巷”的目的。通过考察顶板定向长钻孔瓦斯抽采纯量、瓦斯浓度以及与底板穿层钻孔抽采效果进行对比,并实测抽采后残存瓦斯含量变化情况,验证了顶板定向长钻孔瓦斯抽采了优势,保障了矿井安全生产。顶板定向高位长钻孔替代高抽巷技术具有较强的可行性及广阔的应用前景。

某矿UDEC数值模拟研究

利用UDEC软件对倾斜工作面开采导致的覆岩移动及裂隙发育过程进行数值模拟,真实反映了在开采过程中覆岩移动及裂隙发育规律,而且得出UDEC适用于模拟开采影响矿压规律的大变形问题研究。

基于UDEC金沙江某水电站危岩体稳定性数值模拟

金沙江地区地形地貌复杂、地质构造发育,其成因机制及变形失稳模式较复杂。所以针对危岩体变形失稳模式及稳定性进行研究是十分必要的。在大量野外地质调查的基础上,从工程地质的角度分析了其可能存在的变形失稳模式,确定了危岩体的类型,也就确定了其可能的变形失稳机理。进而也就可以很方便的为危岩体的稳定性评价和防治提供可靠的依据,并利用离散元软件UDEC对其变形失稳模型进行分析验证。

不同开挖方式下巷道围岩稳定性数值模拟研究

根据我国煤矿现有的巷道开挖方式,将巷道开挖方式分为一次开挖、上下开挖、左右开挖。为了探究三种开挖方式对巷道围岩稳定性的影响,利用数值模拟软件UDEC建立了数值计算模型,对不同开挖方式下巷道围岩的变形特征和内部裂隙发育规律展开了研究。结果表明,从巷道围岩的变形特征来看,上下开挖受二次掘进的影响大于左右开挖,一次开挖对围岩的变形量影响最小。从巷道围岩的内部裂隙发育规律来看,三种不同开挖方式对巷道稳定性的排序从低到高依次为:左右开挖<上下开挖<一次开挖。最后在地质条件和掘进装备允许的条件下,采用一次开挖更有利于保持巷道围岩稳定,从而提高掘进速度。

煤层钻孔周围应力分布规律的UDEC数值模拟

对煤层瓦斯钻孔周围应力分布规律进行分析,能够为确定合理的钻孔布置和瓦斯抽放参数提供依据。本文采用UDEC(通用的离散元程序)工程模拟软件对煤层钻孔应力场分布规律进行模拟分析,得出了煤层瓦斯钻孔周围最大、最小主应力的分布规律和变化规律,为煤矿瓦斯钻孔参数布置提供一定的理论依据。