运用ANSYS分析开采倾斜煤层引起的地表变形

针对倾斜煤层的开采特点,应用有限元基本原理,建立了倾斜煤层开采的有限元分析模型。利用大型有限元分析软件ANSYS对开采倾斜煤层引起的岩体移动、地表沉陷及应力分布情况进行了数值模拟,总结出倾斜煤层开采时岩体移动的基本特征及地表沉陷的相关参数。利用ANSYS软件作出地表基准点的水平、下沉移动分布曲线、应力分布曲线以及计算模型的应力等值线图、水平移动等值线图和下沉等值线图。上述分布图直观地显示了顶板、煤层及底板的变形以及应力分布情况。阐明了倾斜煤层开采引起地表沉陷的变形机理。为矿区建筑物下倾斜煤层的开采提供了参考依据。     

煤层群内多重保护层开采的防突试验研究

基于煤与瓦斯突出的煤层群开采所遇到的瓦斯问题,针对煤层群开采的特点,通过多参数的考察,对多重上保护层开采进行了试验研究,完善了保护层开采的基本理论;对保护效果、保护范围和合理参数进行综合分析、确定,得出了煤层群开采保护层过程中多重保护的具体指标和效果,建立了多重保护层效果考察及评价方法,对淮南矿区煤层群开采消除突出危险效果显著。研究成果对于类似条件突出矿井的保护层开采具有一定的指导意义和应用价值。     

煤柱对下层煤层开采影响的数值分析

为得出煤柱对下层煤层开采的影响规律,采用有限元分析软件ANSYS对煤柱下方煤层开采模拟分析。得出煤柱下方煤层为应力升高区;随工作面推进距离的增加,工作面前方应力升高区的应力值增加;开采煤柱下方煤层时,工作面前方会形成双重应力升高,易发生动力灾害,应加强支护。并确定了煤柱对下煤层的影响范围。这为巷道选择合理支护形式和支护参数提供了依据,对实现煤层安全开采有一定的意义。     

浅谈开滦钱家营矿六采区8煤层可采性及其开采效益

讨论了8煤层赋存条件及控制程度、可开采区段的划分、区域构造特点、煤层及顶底板情况、煤层及煤质、经济可采储量、开采效益等内容,确定了煤层的可采性,同时客观地作出了开采效益评估.     

轩岗矿区刘家梁煤矿5号煤层带压开采突水危险性分析评价与防治

为了分析评价奥灰含水层对轩岗矿区刘家梁煤矿5号煤层开采威胁程度,确保矿井安全开采,根据矿井以往相关地质及水文地质资料,本文以刘家梁煤矿5号煤层底板带压开采水文地质条件为基础,通过对煤层底板奥灰含水层的富水性、隔水层的岩性组合特征、底板采动破坏深度等综合分析,利用煤层底板采动破坏深度计算分析和5号煤层底板突水系数计算等评价方法,对煤层开采发生底板奥灰突水的危险性进行了综合分析评价,得出了在完整底板情况下5号煤层可以安全回采,同时还提出了煤层带压开采的防治水技术措施。     

双系煤层开采相互影响下的覆岩运动与破坏规律分析

以大同矿区同忻煤矿为例,利用关键层理论、物理探测技术和数值模拟,分析双系煤层开采形成的覆岩运动与破坏规律。研究结果表明：（1）石炭二叠系煤层工作面推进至193 m时,覆岩裂隙带发育高度达到最大为174.7 m;（2）物理探测得到3-5^#煤层开采引起的覆岩垮裂带高度约为180 m,综合理论计算与现场实测,确定覆岩裂隙带发育高度与采厚之比为11.7-12.0;（3）侏罗系煤层开采引起的底板破坏及双系间覆岩软弱夹层的缺失为双系煤层采空区联通进一步提供了条件;（4）侏罗系煤层的开采影响石炭二叠系煤层工作面超前支承压力的分布规律,当石炭系煤层工作面位于侏罗系煤层遗留煤柱下方时,超前支撑压力较无采空区时增大12.4%;（5）研究成果揭示了双系开采相互影响关系,为采取安全开采措施、减弱双系开采相互影响程度提供了科学依据。     

浅埋近距煤层开采覆岩与地表裂缝发育规律及控制

我国西部神府东胜煤田主要赋存浅埋近距煤层,煤层埋藏浅,覆岩上部厚松散层大范围分布,近距煤层开采导致覆岩与地表裂缝发育严重,加剧了原本脆弱的生态环境进一步恶化。为探究浅埋近距煤层开采覆岩与地表采动裂缝发育规律,掌握其控制方法,以柠条塔煤矿1-2煤层和2-2煤层开采为背景,结合实测统计分析、物理模拟和分形理论,掌握浅埋顶部单一煤层开采和重复采动下覆岩与地表裂缝发育特征,揭示煤柱布置对裂缝发育的控制作用。研究表明,煤层开采导致的地表裂缝可分为平行于工作面的动态裂缝和工作面开采边界地表裂缝(切眼边界侧地表裂缝和区段煤柱侧地表裂缝),动态裂缝在开采后能够实现自修复,工作面开采边界的地表裂缝不能自修复。下煤层开采区段煤柱侧覆岩与地表采动裂缝发育严重,其与区段煤柱错距密切相关。1-2煤层开采后,基岩垮落角为60°,土层垮落角为65°,边界煤柱侧地表裂缝的宽度为0.26 m。下部2-2煤层开采,煤柱叠置、错距20、40 m时,区段煤柱侧覆岩采动裂缝宽度分别为0.81、0.45和0.22 m,地表裂缝宽度分别为0.65、0.30和0.12 m。通过确定合理煤柱布置方式,能够有效控制覆岩和地表采动裂缝的发育程度,据此确定柠条塔煤矿1-2煤层和2-2煤层开采的合理煤柱错距应大于40 m。      

基于不同开采方式作用下采动斜坡变形特征研究——以贵州发耳煤矿为例

煤层开采顺序和开采方式对采动斜坡起着一定控制作用,影响着采动斜坡的稳定性。近年来,大量学者对采动斜坡的研究仅限于采动斜坡自身原型的变形破坏模式研究,考虑煤层开采顺序和方式对采动斜坡的控制作用不够深入。贵州省发耳煤矿是典型的在多层开采作用下发生变形的缓倾结构采动斜坡。本文以贵州六盘水发耳煤矿尖山营变形体为例,基于离散元数值模拟原理,采用颗粒流数值模拟方法,对比了不同开采方式下对采动斜坡的变形破坏影响。结果表明：在进行煤层开采时,一次开采和分布开采对斜坡变形有着较大影响,分布开采时煤柱发生破坏后会加剧斜坡变形,不利于斜坡稳定;在分布开采时,正向开采对于坡体的损伤更为严重,斜坡变形更加明显;煤层开采后,上覆岩体竖直位移略大于煤层开采厚度,斜坡合位移受水平位移影响较大,坡脚及坡肩位置的煤层开挖对斜坡的变形影响显著。     

陕北某矿双煤层开采对覆岩影响的模拟对比

多煤层开采条件下煤层覆岩破坏具有独特的特征，影响矿井生产布置。以陕北某矿为例，以该矿地质采矿条件为基础，采用相似材料模拟实验与数值模拟相结合的方法，通过建立模拟模型，开展了双煤层开采对覆岩的破坏影响研究。结果显示:留设不同宽度的煤柱，采用相似材料模拟和数值模拟2种方法得到的煤层覆岩垮落带高度、裂隙带高度都基本一致；在双煤层开采时，留设的煤柱宽度越大，两个煤层的叠置区域就越小，煤层开采对覆岩的破坏程度就越小。在工作面布置时，建议增大两个煤层的开采距离，并尽量增加煤柱宽度，以减缓覆岩移动破坏范围和破坏程度。研究成果为类似双煤层开采工作面的设计及覆岩破坏控制提供技术支撑。      

辽宁大窑沟急倾斜煤层开采沉陷数值模拟研究

急倾斜煤层覆岩结构的复杂性,使得现有的理论不能很好的解释覆岩移动和地表沉陷规律,为了深入研究急倾斜煤层开采覆岩移动和地表沉陷规律,本文采用MIDAS/GTS对急倾斜煤层开采情况进行模拟,并将"三带"理论应用于急倾斜煤层的研究。根据煤层开采后覆岩移动规律和地表沉陷的特点将煤层开采分为浅部开采阶段和深部开采阶段。浅部开采阶段覆岩破坏范围较小,顶板形成以上下煤柱为拱脚的拱形结构,地表表现为非连续的塌陷坑;深部开采阶段基本顶断裂、垮落在采空区形成铰接结构,地表表现为连续的下沉盆地。     

综采工作面煤厚变化电磁波透视探测响应

综采工作面常有较大的煤厚变化,影响煤炭安全高效生产,需要在回采前探测煤厚变化情况。为掌握煤厚变化对电磁波透视探查的响应特征,采用仿真软件,建立了工作面三维模型,对不同煤岩电阻率比值的煤厚变化进行了电磁波透视探测模拟。结果表明：随煤厚减小,不同煤岩电阻率比值的透视场强值均呈抛物线型下降,说明煤厚越小,电磁波透视能力越差;同一煤厚值,煤岩电阻率比值越大,透视场强值越大,能够透视的距离越大;煤厚8 m以下工作面,场强变化率大,煤厚变化引起的场强值变化明显,可以仅采用相对煤厚变化解释地质异常变化情况;煤厚8 m以上工作面,场强变化率值相对较小,煤厚变化引起的场强值变化不明显,不能仅采用相对煤厚变化解释地质异常区,应结合煤岩电阻率比值和正常煤层厚度,根据煤厚场强变化率来确定恰当的煤厚变薄值来圈定地质异常区。陕西金源招贤矿业有限公司1305工作面探测结果表明：工作面煤层厚度从16.4 m减薄到11.2 m,平均场强变化率为1.233 8 dB/m,反映特厚煤层工作面随煤厚减小透视场强值缓慢降低。淮河能源集团张集矿1610A工作面探测结果表明：工作面煤层厚度从5.8 m减薄到2.0 m,平均场强变化...     

采煤排水对区域水资源的影响——以山西阳武河流域上游煤矿区为例

煤炭资源的大量开采,对水资源造成了严重影响。以山西阳武河流域上游煤矿区为例,分析了采煤对水资源污染和水资源量减少的影响。未经处理的矿坑水直接排放不仅污染了过境河流水,同时也对第四系潜水、深层岩溶承压水造成了严重的污染。采煤排水是区域水资源量的减少和可利用水资源量减少的主要原因。对2个不同开采期水资源量变化进行分析对比,提出了采煤排水引起水资源量减少的主要原因是三水转化关系的变化,而可利用水资源量减少的主要原因是地下水流场变化、开采模数远大于径流模数、隔水层连续性破坏、底板突水、水资源污染等。     

煤层覆岩与地下水在采动损害中的互馈效应探讨

地下水的存在可以改变岩体的力学性质及覆岩应力状态,从而加剧由地下采煤诱发的地表变形、塌陷、地裂缝及水资源流失等采动损害现象;在采动损害过程中产生的覆岩中隔水层破断,又反过来改变地下水系统,引起井下突水事故和地面环境恶化。两者相互影响、相互制约,形成有利于采动损害发生、发展的互馈效应。在研究采动损害时,地下水是一个不可忽略的重要因素。      

羊草沟矿区煤层赋存特征

通过对羊草沟矿区煤层的空间分布范围、厚度、结构、顶底板岩性及开采情况的研究,掌握了煤层、煤质的变化规律,针对矿山的开采情况提出了建议,对矿山建设和资源开发具有指导意义。     

煤层顶底板采动破坏同步动态监测电性特征分析

随着煤炭开采深度的增加,深部复杂条件下开采的水害问题日益严重。复杂条件下煤层回采过程顶底板破坏动态监测对于工作面突水预测、采煤方法改进等具有重要意义。本文基于并行电法监测技术,结合双模式电极数据采集方式,同时在采煤工作面进行煤层顶、底板全空间地电场特征监测研究,获得了煤层围岩顶底板采动前后电阻率及自然电位同步响应特征。研究表明:顶底板跨孔电阻率监测动态变化可以显示孔间电阻率随采煤工作面逐步推进的动态变化情况,可有效表征顶底板破坏带发育范围,同时顶板垮落造成的电阻率变化程度大于底板破裂引起的电阻率变化程度;自然电位数据可分辨顶、底板岩层及裂隙张合形态、以及破裂程度,研究区域内顶板自然电位值明显高于底板自然电位值,且顶板的破裂引起的自电位变化强度明显大于底板破裂引起的自电位变化。采用多参数对煤层顶底板采动破坏进行同步动态监测,对保障采动工作面安全回采具有现实应用价值。     

黄河流域陕北煤炭开采区厚砂岩对覆岩采动裂隙发育的影响及采煤保水建议

煤炭开采活动导致的煤层顶板覆岩地质条件变化及采动裂隙发育是损害地下关键含水层的直接原因,也是造成矿区生态环境退化的根源。煤层顶板覆岩结构中发育的厚砂岩作为一种典型的地质条件,其对覆岩采动裂隙的发育规律具有重要的影响。为此,在分析研究区主采煤层赋存地质条件及其分布规律的基础上,选择陕北煤炭开采区曹家滩煤矿主采2?2煤层顶板覆岩为地质原型,采用FLAC3D数值模拟平台模拟分析了厚砂岩不同厚度和位置对覆岩采动裂隙发育形态和发育高度的影响,并以此提出了相应的“采煤保水”建议。结果表明:研究区2?2煤层顶板覆岩中厚砂岩平均厚度25 m,距2?2煤层平均间距76 m;厚砂岩距煤层30 m时,覆岩采动裂隙表现为“矩形—L形—马鞍形”的动态变化特征,距煤层70 m时表现为“L形—倒梯形—马鞍形”变化特征,距煤层大于95 m时全程表现为“马鞍形”特征;覆岩采动裂隙最大发育高度随厚砂岩层位的升高而先减小后增大;厚砂岩厚度H≥30 m、距煤层间距L>95 m,或H≥60 m、L>60 m时,可有效阻挡采动裂隙向上发育贯穿厚砂岩;在充分考虑厚砂岩对覆岩采动裂隙发育规律的影响,选择合适的空间位置和开采阶段进行合理的覆岩减损和保水防治,实现“边采边治、边采边护”的绿色开采模式。该研究成果可为黄河流域中游陕北煤矿区煤炭开采与生态环境保护协调发展提供理论指导。      

玉舍河下煤层开采安全性分析

玉舍河自北北西向南南东穿过玉舍煤矿,垂直地层走向横切含煤地层,影响了河床下及周围煤层的开采。通过现场踏勘、水文地质条件分析、覆岩岩性分析及导水裂缝带高度预计等,对不同开采上限条件下开采后玉舍河及其周围地下水流场的变化情况进行了数值模拟,并计算了不同条件下的矿井涌水量,结合矿井充水因素分析,最终确定,玉舍河两岸100 m范围外、玉舍河下及其两岸100 m范围内当煤层与河流垂直距离>260 m时,可以安全开采;玉舍河下及其两岸100 m范围内,当煤层与河流垂直距离<260 m时,不可以开采。      

孤岛工作面底板破坏深度微震测试与模拟分析

针对孤岛工作面煤层开采底板损伤问题,以河北葛泉煤矿11913孤岛工作面为研究对象,采用微震方法分析其底板破坏深度;并通过数值模拟对首采、跳采及孤岛3种工作面回采过程中围岩采动应力与底板破坏的规律进行了对比分析。微震测试结果显示11913工作面回采过程中微震事件主要发生在下巷,识别出工作面最大破坏深度20~25 m;基于COMSOL的11912首采、11914跳采及11913孤岛3个工作面数值模拟结果显示,11912首采与11914跳采条件下煤柱地应力集中状态变化不大,最大破坏深度小于11.56 m,仅发育至工作面底板的注浆改造层内部;而11913孤岛回采条件下,受到重复采动影响,工作面两侧煤柱应力集中状态骤增,最大破坏深度剧增至23 m,已发育至煤层底板的本溪组灰岩含水层。研究结果对于华北型煤田下组煤层开采底板破坏规律分析与不同类型工作面回采条件下底板水害防治有一定的参考价值。      

Theoretical and Numerical Simulation of the Mining-Enhanced Permeability Model of Damaged Coal Seam

The pertinence and effectiveness of gas extraction for underground coal mining is an important issue for simultaneous exploitation of coal and gas. The key issue is the definition and analysis of mining-enhanced permeability of mining-induced fracture network. In order to describe the permeability evolution process during coal mining, the elasto-plastic damage constitutive model of coal was established. Based on the mining-enhanced permeability model, the effect of damage on permeability was considered, and the expression of mining-enhanced permeability considering damage was obtained. Using rock mechanics testing system and the permeability test system, the permeability test was conducted, and the permeability change law with damage was obtained. Based on the elasto-plastic damage constitutive model and the mining-enhanced permeability of damaged coal, the 3D-finite element program was developed according to the elasto-plastic damage theory, by which the analysis of mining process of one coal seam was made. Then we analyzed the distribution of permeability and mining-enhanced permeability. The result shows that: (1) considering the damage can reflect the influence of mining on fracture network and permeability of coal seam. (2) With the advance of the working face, coal units continue to break and the permeability of the coal seam increases continually. (3) The numerical simulation shows the dynamic evolution process of permeability and mining-enhanced permeability of the coal seam during the mining process. These results can provide quantitative and scientific methods for quantitative evaluation of permeability change of coal seam in mining engineering.     

下伏煤层瓦斯压力消散数值模拟

平煤五矿己15煤层为低瓦斯煤层,下伏己16-17煤层为高瓦斯煤层,相对层间距比例1.0-4。己16-17煤层煤厚3.5m,为主采煤层。为降低己16-17煤层的瓦斯压力,实现安全高效生产,该矿以已15煤层为保护层,采用上保护层开采技术改变具有突出危险的煤层瓦斯赋存状态,降低被保护层的瓦斯压力。基于多孔介质流体流动理论,利用有限元数值模拟技术,模拟平顶山五矿超近上保护层的开挖过程,分析被保护煤层的瓦斯流动过程和煤层瓦斯压力的变化规律,论证保护层开采技术可以改变高突、高瓦斯煤层瓦斯赋存状态的可行性。