远距离下保护层开采煤岩体变形特征

依据淮南矿区某矿的地质采矿条件制作模型,进行物理模拟试验,研究下保护层煤层工作面推进过程中,采动覆岩结构运动规律、采动裂隙动态演化与分布特征及被保护层煤层的应力变化和膨胀变形等规律.研究表明,在下保护层开采过程中,开采离层裂隙可发育到约100 m高,采裂高厚比达44;被保护煤层沿走向卸压保护范围达到30 m以上、卸压保护角为54°;在采空区四周形成一个离层裂隙发育的"O"形圈,其周边宽度约34 m;被保护煤层的卸压瓦斯可通过它被抽采出来.

动压煤巷三维支护围岩稳定性分析

在探讨三维锚索作用机理的基础上,利用非线性离散元软件UDEC模拟了巷道在锚网支护、锚网索支护、三维支护等3种支护条件下围岩的变形及应力分布特征。模拟结果显示,高应力动压巷道采用三维支护时,顶板下沉量和两帮移近量分别为116.4、251.3 mm,比采用锚网索支护减少了17.9%和8.1%,这说明三维支护不仅在控制顶板下沉量方面非常优越,且能很好地控制两帮移近量;同时三维支护提高了顶板的水平压应力,使巷道围岩应力得到明显的改善,有效地阻止了巷道围岩的变形。

采空区围岩水流场特征研究

运用RFPA2000数值模拟软件,建立了采空区端部突水流场计算模型,分析了综放采场覆岩破断过程中采空区竖向流场特征、水平流场特征和流场流速分布规律。研究表明,当隔水层被破坏后,顶板水沿裂隙通道涌向采面。随着工作面的继续推进,涌入工作面的水量逐渐减小,采空区中部的流速逐渐减小,突水部位进一步向采空区前后两侧收缩,工作面突水流速与承压水的压力成正比。当首次周期来压后,随着工作面的推进,上覆岩层垮落、离层高度上升,采空区压力呈现中间高两侧低的趋势,致使周边较疏松,形成"O"形圈;它是水流的主要通道,其宽约为20m。

破碎煤体渗透特性的试验研究

破碎煤体的渗透特性是影响煤矿瓦斯抽放和地下采空区突水灾害预防的重要因素之一。利用一种专用的破碎岩体压实渗透试验装置,在MTS815.02岩石力学伺服试验系统上完成了破碎煤体压实过程中的渗透特性测定,得到了破碎煤体轴向应力、渗透压差、水头梯度与渗流速度的关系,并分析了各种粒径破碎煤体在不同渗透速度下轴向应力对渗透系数的影响。研究表明,(1)不同粒径破碎煤体的渗透特性与其压实状态密切相关,轴压从5～15MPa变化时,渗透压差的最大值增加了3.28～166.47倍,渗透系数都相应降低了1个量级以上;(2)在恒定的渗流速度下渗透压差随轴压变化的规律近似呈指数函数关系;(3)渗透系数随轴压变化的规律近似呈对数函数关系;(4)恒定的轴压下水头梯度随渗流速度变化的规律近似呈指数函数关系。

软岩巷道锚注支护结构蠕变分析

对锚注前软岩巷道围岩应力状态进行弹塑性分析,计算出锚注前围岩残余强度区半径;在此残余强度区内进行注浆,并将注浆区再细化为弹性区和塑性区,引入岩石蠕变的鲍尔丁-汤姆逊模型,建立了软岩巷道锚注支护结构的蠕变分析模型,采用塑性区岩体体积不变的假设,对锚注支护结构进行了黏弹性分析和黏塑性分析,推导出软岩巷道锚注支护结构应力及位移的蠕变公式.理论分析与相似模拟结果表明:软岩巷道锚注支护结构弹性区应力与时间无关,塑性区应力随时间而变化;弹性区、塑性区位移随时间的推移而不断增大,最后趋于一定值,且塑性区位移与半径成反比关系.