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巨厚火成岩下采动覆岩应力场-裂隙场耦合演化机制

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煤炭学报 2016年第9期41卷 2173-2179页

作者：闫浩张吉雄张强董祥俭韩晓乐中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室江苏徐州221116

针对杨柳煤矿主采10煤层诱导上覆巨厚火成岩运移破断引发剧烈地表沉陷、瓦斯喷井以及工作面压架等动力灾害的难题,基于巨厚火成岩破断特征,采用物理模拟、数值模拟与理论分析相结合的方法研究了巨厚火成岩下覆岩裂隙发育规律与采动应力... 详细信息

针对杨柳煤矿主采10煤层诱导上覆巨厚火成岩运移破断引发剧烈地表沉陷、瓦斯喷井以及工作面压架等动力灾害的难题,基于巨厚火成岩破断特征,采用物理模拟、数值模拟与理论分析相结合的方法研究了巨厚火成岩下覆岩裂隙发育规律与采动应力分布规律,得到火成岩破断前后裂隙发育高度、支承压力峰值和应力集中区最大高度等指标随工作面推进的变化特征,从而揭示了巨厚火成岩下采动应力场-裂隙场耦合演化致灾机制,即煤层采动→应力重新分布→应力集中→裂隙发育→覆岩破断→应力转移→裂隙扩展→"弧形"离层→火成岩破断→动力灾害。从控制应力集中与裂隙发育两方面提出了"采空区充填技术—离层注浆充填技术—保护层开采技术"的防灾技术体系。

关键词：巨厚火成岩应力场裂隙场耦合演化动力灾害

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覆岩及采动岩体裂隙场分布特征的可视化探测

煤炭学报 2008年第11期33卷 1216-1219页

作者：张玉军张华兴陈佩佩煤炭科学研究总院开采设计研究分院北京100013

利用钻孔彩色电视系统观测了大量钻孔内部原生裂隙以及采动岩体裂隙的分布及其发育特点.研究得出原生裂隙场具有绝大多数发育横向微裂隙,裂隙被充填物所充填以及部分发育纵向裂隙,较破碎的特点;采动岩体裂隙则具有发育纵横交错的相交裂... 详细信息

利用钻孔彩色电视系统观测了大量钻孔内部原生裂隙以及采动岩体裂隙的分布及其发育特点.研究得出原生裂隙场具有绝大多数发育横向微裂隙,裂隙被充填物所充填以及部分发育纵向裂隙,较破碎的特点;采动岩体裂隙则具有发育纵横交错的相交裂缝,以高角度纵向裂缝为主,且随着离煤层顶板距离减小,并逐步向破碎型裂缝发展的特点.

关键词：采动岩体裂隙场可视化探测钻孔电视

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煤田火区裂隙场及其透气率分布特征

煤炭学报 2010年第10期35卷 1670-1673页

作者：曾强王德明蔡忠勇中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221008 新疆大学绿洲生态重点实验室新疆乌鲁木齐830046 新疆自治区煤炭科学研究所新疆乌鲁木齐830091 新疆自治区煤田灭火局新疆乌鲁木齐830063

在分析煤火控制体范围及其介质属性特征的基础上,结合煤层开采上覆岩层移动规律,确定了煤火控制体内不同裂隙区域空间范围及其透气率的计算方法。提出了单元煤田火区烟气流场模型等效透气率Ke的计算方法。在此基础上,提出了单元火区单... 详细信息

在分析煤火控制体范围及其介质属性特征的基础上,结合煤层开采上覆岩层移动规律,确定了煤火控制体内不同裂隙区域空间范围及其透气率的计算方法。提出了单元煤田火区烟气流场模型等效透气率Ke的计算方法。在此基础上,提出了单元火区单位时间耗氧量的计算方法。

关键词：煤田火区裂隙场透气率等效透气率Ke

深部煤层非充分采动下覆岩裂隙场可视化探测研究

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煤炭科学技术 2020年第3期48卷 197-204页

作者：王玉涛刘震中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

覆岩采动裂隙分布规律与导水裂隙带高度的探测是煤矿安全开采研究的热点问题之一,对矿井水害防治与瓦斯治理具有重要作用,为获得深埋煤层在非充分采动下覆岩裂隙场分布特征及导水裂隙带的发育高度,以济宁煤田某矿为试验矿井,采用传统经... 详细信息

覆岩采动裂隙分布规律与导水裂隙带高度的探测是煤矿安全开采研究的热点问题之一,对矿井水害防治与瓦斯治理具有重要作用,为获得深埋煤层在非充分采动下覆岩裂隙场分布特征及导水裂隙带的发育高度,以济宁煤田某矿为试验矿井,采用传统经验公式、钻孔冲洗液漏失量观测及钻孔电视观测3种方法,进行了理论计算、定量探测和定性分析。探测结果表明:缓倾斜煤层平均倾角6°、埋深538~595 m、条带式非充分采动下,导水裂隙带高度66.0 m,为采高的23.6倍;垮落带高度8.45 m,为采高3.02倍;覆岩采动裂隙主要为NEE向斜裂缝形式,发育在垮落带与裂隙带下部,主要发育范围为采空区底板以上约33.55 m,约为采高的12倍,占导水裂隙带高度的50.8%;采动覆岩裂隙在裂隙带表现出明显的分层性,裂隙带上部裂隙发育强度与宽度有限,虽具有水文意义,但对采空区地表残余变形影响较小;裂隙带下部裂隙发育强烈,存在多处离层,对地下水渗流和采空区地表残余变形均存在一定程度影响;对比分析表明,3种方法在精度上存在较大差异,钻孔彩色电视观测效果最优,可精确探测岩体内部裂隙分布及其产状;钻孔冲洗液漏失量观测效果次之,可以获得较为精确的数据;传统经验公式精度最差,仅能确定大致范围。

关键词：非充分采动裂隙场可视化探测钻孔冲洗液漏失钻孔电视

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应力拱效应下裂隙场演化规律及应用

煤炭技术 2023年第5期42卷 1-6页

作者：程立朝张学栋李新旺王汉青温学君河北工程大学矿业与测绘工程学院河北邯郸056038 河北工程大学河北省高校煤炭资源开发与建设应用技术研发中心河北邯郸056038 河北工程大学邯郸市煤基固废规模化利用技术创新中心河北邯郸056038

为研究九龙矿覆岩裂隙场演化规律,运用数值模拟、理论分析相结合的方法,开展应力拱效应下裂隙场的演化规律研究,得到了断裂离层高度、断裂角、应力拱及拱脚位置随推进距离变化的演化规律,并建立应力拱模型,得到各参量与应力拱高度的量... 详细信息

为研究九龙矿覆岩裂隙场演化规律,运用数值模拟、理论分析相结合的方法,开展应力拱效应下裂隙场的演化规律研究,得到了断裂离层高度、断裂角、应力拱及拱脚位置随推进距离变化的演化规律,并建立应力拱模型,得到各参量与应力拱高度的量化关系。结果表明:裂隙场可分为靠近煤壁侧的裂隙区、中部的压实形成区、压实扩展区、工作面右侧的裂隙区和塑性区裂隙区,离层裂隙的高度和断裂角随着周期来压呈阶段性增长;应力拱位于上覆岩层塑性裂隙区和采场周围煤岩体中,近似呈半椭圆形分布,应力拱的拱脚作用在工作面前后方和侧翼未采煤层支承压力峰值区,应力峰值区距开切眼的距离是动态变化的;建立应力拱模型,得到断裂角、推进距离、断裂离层高度、拱脚距煤壁距离与应力拱高度的量化关系,求得应力拱高并结合数值模拟结果进行工程实践,有效地预计了裂隙带高度,保证了工作面的安全开采。

关键词：应力拱裂隙场数值模拟覆岩演化

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叠加开采裂隙场演化与优势瓦斯通道形成机制

中国安全科学学报 2017年第6期27卷 133-138页

作者：马海峰王文龙李传明史文豹袁安营刘万荣安徽理工大学能源与安全学院

为获得近距离煤层群开采时上覆岩层瓦斯(甲烷)通道的形成与演化规律,采用相似模拟方法研究裂隙场的演化规律与瓦斯通道的形成机制。结果表明:采动裂隙场随工作面的推进,非匀速扩展,来压期间的扩展比正常推进期间快;采动裂隙场与工作面... 详细信息

为获得近距离煤层群开采时上覆岩层瓦斯(甲烷)通道的形成与演化规律,采用相似模拟方法研究裂隙场的演化规律与瓦斯通道的形成机制。结果表明:采动裂隙场随工作面的推进,非匀速扩展,来压期间的扩展比正常推进期间快;采动裂隙场与工作面的推进具有同步协调的关系,且裂隙场可划分为裂隙发育区、裂隙贯通区、压实区;近距离煤层群的叠加开采加剧了采动裂隙场的演化,形成了纵横交错的瓦斯流动通道,且瓦斯的流动能力在优势瓦斯通道区、优势瓦斯通道过渡区、一般瓦斯通道区中依次减弱。

关键词：近距离煤层群裂隙场叠加开采优势瓦斯通道瓦斯抽采

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煤炭地下气化温度场和裂隙场的演化规律

煤炭技术 2016年第6期35卷 177-179页

作者：赵明东董东林林刚王广强李凯中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083

对国内某煤炭地下气化现场气化煤层的顶底板岩石不同温度下的热力学参数资料进行了收集整理,建立了岩石及煤比热容和导热系数随温度变化的拟合曲线方程,并采用COMSOL模拟了研究区地下气化的温度场分布。根据温度场模拟结果运用FLAC^(3D... 详细信息

对国内某煤炭地下气化现场气化煤层的顶底板岩石不同温度下的热力学参数资料进行了收集整理,建立了岩石及煤比热容和导热系数随温度变化的拟合曲线方程,并采用COMSOL模拟了研究区地下气化的温度场分布。根据温度场模拟结果运用FLAC^(3D)软件对研究区的覆岩裂隙场进行了数值模拟,证明了数值计算模型及其结果的合理性。

关键词：煤炭地下气化温度场覆岩裂隙场

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采动覆岩裂隙场演化及瓦斯运移规律研究

采动覆岩裂隙场演化及瓦斯运移规律研究

作者：李生舟重庆大学

学位级别：硕士

采动覆岩裂隙演化与卸压瓦斯运移规律是“煤与瓦斯安全共采”技术的核心，也是煤矿绿色开采技术的重要内容之一。本文以平煤十矿己15煤层为研究对象，采用FLAC3D、UDEC数值模拟软件分别分析了采动覆岩应力场变化和裂隙场的分布规律，通... 详细信息

采动覆岩裂隙演化与卸压瓦斯运移规律是“煤与瓦斯安全共采”技术的核心，也是煤矿绿色开采技术的重要内容之一。本文以平煤十矿己15煤层为研究对象，采用FLAC3D、UDEC数值模拟软件分别分析了采动覆岩应力场变化和裂隙场的分布规律，通过分析模拟结果提取了裂隙场的三维工程简化模型，结合多物理场耦合分析软件COMSOL MULTIPHYSICS，对U型和U型+走向高抽巷两种通风系统下的采空区卸压瓦斯的分布规律进行模拟，取得以下主要研究成果：①对采空区覆岩破断离层规律进行了分析，认为在整个采场覆岩中形成了一个可满足工程精度的、较为形象的采动裂隙矩形梯台，而且可以把矩形梯台近似为非均质的多孔介质，为在其中进行瓦斯运移规律的研究提供了理论基础。②原煤试件全应力应变过程的渗透率随着轴向应变的增加先减小后增大;原煤试件加卸载条件下，煤样的渗透率在达到峰值强度的40％～60％突然增大，而后持续一段时间，然后在煤样破坏段再次急剧增加;相同的围压和瓦斯压力条件下，煤样加卸载条件下的峰值强度比常规三轴条件下的峰值强度要低。③采用FLAC3D数值软件分析了煤层开采后覆岩的应力分布规律以及塑性破坏形态，覆岩破坏形态沿煤层走向垂直剖面呈马鞍状，沿平行煤层剖面看，距煤层较近处顶板塑性破坏区为圆角矩形圈，随着距离煤层高度的增大，顶板塑性破坏区域形态趋于椭圆形。④采用UDEC数值模拟软件分析覆岩垮落后的形态。根据UDEC模拟的垮落形态图，结合前人的研究成果，勾画出了采动裂隙矩形梯台的三维空间图，根据本文研究的对象，确定了裂隙圈的范围，采动裂隙矩形梯台的高度以及断裂角等参数。⑤数值模拟软件COMSOL模拟结果显示：U型通风系统条件下，工作面上隅角，瓦斯浓度大大超过了1%的限制要求;U型+走向高抽巷条件下，高抽巷对气流的导向作用使采空区深部高浓度瓦斯和工作面新鲜风流向高抽巷口汇集，改变了瓦斯浓度分布，上隅角瓦斯浓度降到1%以下。

关键词：裂隙场瓦斯运移应力场 COMSOL MULTIPHYSICS数值模拟

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采动裂隙场瓦斯流动模型及数值模拟

采动裂隙场瓦斯流动模型及数值模拟

作者：冯瑞辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

近年来,我国采煤技术与设备有很大程度的提高,开采强度加大,煤矿产量也随之加大,同时煤层瓦斯涌出量也大大增加。工业迅速发展的同时,也给煤矿动力灾害留下隐患,给煤矿的安全生产带来更高层次的挑战。因此,国内外学者都热衷于研究采动... 详细信息

近年来,我国采煤技术与设备有很大程度的提高,开采强度加大,煤矿产量也随之加大,同时煤层瓦斯涌出量也大大增加。工业迅速发展的同时,也给煤矿动力灾害留下隐患,给煤矿的安全生产带来更高层次的挑战。因此,国内外学者都热衷于研究采动裂隙场瓦斯渗流规律。为了提高瓦斯抽采效率,预防煤矿瓦斯动力灾害的发生,本文开展采动裂隙场瓦斯渗流规律的研究。文章在国内外对采场裂隙场瓦斯流动规律研究的基础上,以采动煤岩体为研究对象,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,运用岩石力学、渗流力学、断裂力学、损伤力学、采矿学、有限元分析等交叉学科的理论,利用FEPG有限元软件对采场煤岩裂隙场演化规律及裂隙场瓦斯渗流规律进行分析,具体内容如下: (1)研究采动煤岩体裂隙场分布规律,对煤岩体的内生裂隙和外生裂隙进行了分析。 (2)为了模拟采场煤岩体裂隙分布及其演化规律,在实验室进行煤岩裂隙演化相似材料模拟实验,验证理论的正确性。 (3)在煤试件应力应变过程渗透性能实验的基础上,建立渗透率与应力和应变状态的理论模型。 (4)用损伤理论对采场裂隙扩展进行描述,建立了渗流-损伤耦合方程以及流固耦合方程。 (5)模拟采动裂隙场瓦斯渗流规律,应用有限元软件,实现采动裂隙场瓦斯渗流规律模拟,得到应力、位移、瓦斯孔隙压力等变量的分布规律。

关键词：瓦斯裂隙场渗流-损伤耦合流固耦合数值模拟