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榆神府矿区煤层地下开采地表移动规律数值模拟研究

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榆神府矿区煤层地下开采地表移动规律数值模拟研究

作者：刘兴昌西安科技大学

学位级别：硕士

陕北榆神府矿区煤炭资源丰富,开采煤层具有埋藏较浅、基岩覆盖薄的特点,是我国特大型煤炭开发基地。然而,由于陕北地区生态环境脆弱,地形条件复杂,沟壑纵横切割,大规模、高强度地下煤层开采,所引起的覆岩地表移动变形有其特殊规律,而且... 详细信息

陕北榆神府矿区煤炭资源丰富,开采煤层具有埋藏较浅、基岩覆盖薄的特点,是我国特大型煤炭开发基地。然而,由于陕北地区生态环境脆弱,地形条件复杂,沟壑纵横切割,大规模、高强度地下煤层开采,所引起的覆岩地表移动变形有其特殊规律,而且对矿区地质环境、生态环境造成了严重破坏。本文以柠条塔井田N1206开采工作面为建模原型,采用udec离散元数值模拟软件,对地表平坦不同采高下覆岩移动、应力变化及裂隙发育进行数值模拟分析;对不同坡度与开采方向条件下煤层开采后覆岩位移、应力变化及裂隙发育规律进行数值模拟分析;在此基础上对工作面上真实沟道建模分析,一方面建模分析得出规律的准确性,另一方面分析了不同控制措施下两侧坡体的水平位移变化规律,探索控制沟道两侧地质灾害发生的有效方法。主要研究内容及研究结论如下:(1)地表平坦条件下,随采高由小增大(4m～8m),地表下沉量逐渐增加,顶板上冒落带堆积越破碎,但下沉系数基本保持不变:覆岩垂直位移演化规律相似,均经历了拱形、高帽形、近矩形影响范围的变化,当采高6m时地表最大下沉量为4.327m,下沉系数为0.721,与实际开采情况相符。模拟分析发现,地表的下沉量与主关键层的下沉量基本保持一致,与下部亚关键层下沉量相差较大,认为主关键层控制地表下沉量的作用大于亚关键层。(2)地表不同坡度及开采方向条件下,顺坡向开采时随坡度增大(20°～60°),在坡面上出现的最大水平位移量位置固定,平均值为2.039m,且位移量沿坡顶至坡脚方向逐渐变大;逆坡向开采时,随坡度增大在坡面上出现的最水平位移量位置越向坡顶靠近,平均值为1.504m;顺坡开采在坡面产生的水平位移整体大于逆坡开采,而逆坡开采在坡体后侧地表产生的水平位移比顺坡开采影响范围更远,同样位置产生的位移量更大。由此得出:采用逆坡方向开采比顺坡方向开采更有利于坡体稳定,不易发生滑坡崩塌等地质灾害,而顺坡方向开采相较于逆坡方向开采可以减少坡顶后侧地裂缝的发生。(3)地表沟壑起伏条件下,对工作面上真实沟道建模开采后,得到左右两侧坡体产生的水平位移量分别同坡度为40°时顺坡、逆坡方向开采后产生的水平位移量相同,坡面位移变化规律一致,说明得出的规律准确。同时设置不同停采线位置及保护煤柱宽度,控制坡体位移大小,得出停采线位置未推进过沟道时,距沟道底部水平距离越远,坡体越稳定;沟道下保护煤柱留设的宽度越大,坡体越稳定。

关键词：榆神府矿区地下开采地表移动规律数值模拟 udec软件

基于离散元法的地下双洞室围岩变形破坏机理研究

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基于离散元法的地下双洞室围岩变形破坏机理研究

作者：张志芳西华大学

学位级别：硕士

随着城市的发展及科学技术的进步,仅仅依靠地面工程建设项目已不能满足现代社会的需要,人们越来越重视地下空间的开发和利用,正因为如此,水电工程的地下厂房、引水隧洞、高铁隧道、城市轨道和交通隧洞等地下建筑物如雨后春笋般出现。然... 详细信息

随着城市的发展及科学技术的进步,仅仅依靠地面工程建设项目已不能满足现代社会的需要,人们越来越重视地下空间的开发和利用,正因为如此,水电工程的地下厂房、引水隧洞、高铁隧道、城市轨道和交通隧洞等地下建筑物如雨后春笋般出现。然而,地下建筑的结构并不简单,形式并不单一,也不仅仅以单个洞室存在,往往是以双洞室及洞室群的形式存在,在这样复杂的地下洞室情况下,围岩变形破坏机制极具复杂性。为此,通过数值模拟方法研究地下洞室的破坏机理及预测破坏形式至关重要,从而能够指导洞室开挖衬砌作业,极大地提高洞室开挖衬砌的经济性、安全性、可靠性。本文基于离散单元法udec软件模拟地下双洞室围岩在不同几何尺寸和不同岩体构造下的位移响应、主应力分布和塑性区分布,分析双洞室之间的相互影响和预测变形破坏机理;研究成果对于锦屏一级地下厂房洞室群的分析也具有一定的指导意义,分析结论可为地下洞室群尤其是双洞室的施工和稳定分析提供一定的理论依据。主要研究工作如下:(1)基于udec软件对不同形状、不同埋深、不同洞径下的双洞室进行数值模拟计算,分析围岩破坏机理。数值分析结果表明,在相同工况下圆形洞室比城门洞形更容易遭受破坏,但圆形洞室围岩变形破坏更具对称性;随着洞径或埋深的增加,洞底板受力情况有所好转,洞室两侧受力情况有所恶化,围岩整体稳定性变差;城门洞形双洞室洞径尺寸较小时,不同洞径尺寸的双洞室比洞径尺寸相同的双洞室更加有利于整体稳定,但需对大洞径洞室在岩柱位置的拱肩特殊支护;随着洞径尺寸的增加,位移变化值更加显著,与埋深影响规律相反;洞径尺寸越大,不同洞径尺寸双洞室与相同洞径尺寸双洞室对围岩变形破坏的差异性越小。(2)分析岩体构造对双洞室围岩稳定的影响。分析不同节理倾角与间距下双洞室围岩的稳定情况,发现大间距节理使中间岩柱受力状况好转,利于双洞室围岩的稳定;洞室节理倾角的增大,对双洞室侧壁受力不利,利于洞室底部和岩柱受力,在节理倾角为90°时最不利于洞室稳定;洞室稳定不仅受节理倾角和间距的影响,还与节理与洞室的组合形式有关。(3)结合锦屏一级水电站地下厂房这一工程实例,对地下厂房洞室进行开挖模拟分析,发现位移响应、主应力分布和塑性区分布与双洞室围岩破坏机理研究规律基本一致,说明双洞室围岩破坏机理研究成果对于地下洞室群围岩稳定分析亦具有一定的指导作用。

关键词：地下双洞室 udec软件破坏机理锦屏一级

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工作面水力卸压防突作用的数值模拟

中国安全科学学报 2006年第10期16卷 27-31页

作者：马中飞俞启香陈晓祥江苏大学安全工程技术中心中国矿业大学能源与安全工程学院

为进一步摸清水力卸压的防突作用原理,笔者用udec软件对张集煤矿7353工作面水力卸压措施进行了数值模拟。先介绍水力卸压技术及模拟工作面概况,后通过确定几何模型及单元划分、边界条件及初始应力场、力学模型、开挖模型、水力卸压后相... 详细信息

为进一步摸清水力卸压的防突作用原理,笔者用udec软件对张集煤矿7353工作面水力卸压措施进行了数值模拟。先介绍水力卸压技术及模拟工作面概况,后通过确定几何模型及单元划分、边界条件及初始应力场、力学模型、开挖模型、水力卸压后相关参数等环节进行数值模拟和分析,与此同时,通过测定现场水力卸压后的煤体位移并与数值模拟对照,验证数值模拟方法的正确性。从模拟及现场结果看,水力卸压后的煤壁位移量加大,塑性区范围增大,应力集中程度下降,集中应力深移,卸压带加长,降低了工作面前方煤体的弹性潜能,增加了煤层透气系数及煤体颗粒运动的阻力,从而起到预防突出的作用。

关键词：水力卸压防突 udec软件数值模拟采煤工作面

草垛沟煤矿合理开采宽度和煤柱留设宽度的确定

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煤炭与化工 2018年第5期41卷 4-6页

作者：郑智儒山煤集团左云草垛沟煤业有限公司山西左云037100

为了分析草垛沟矿的合理开采宽度和煤柱留设宽度,本文采用理论计算和数值模拟相结合的方法进行分析。回采率选为60%,通过理论计算得出煤柱留宽宽度39 m,采出宽度为58.5 m;通过数值模拟得到留设煤柱的核区率0.69,满足理论设计核区率的要... 详细信息

为了分析草垛沟矿的合理开采宽度和煤柱留设宽度,本文采用理论计算和数值模拟相结合的方法进行分析。回采率选为60%,通过理论计算得出煤柱留宽宽度39 m,采出宽度为58.5 m;通过数值模拟得到留设煤柱的核区率0.69,满足理论设计核区率的要求。数值模拟得到的结论采宽59 m,留宽39 m时能保证煤柱强度可靠。综合考虑,在开采过程中应确定煤柱宽度为39 m,采出宽度为58.5 m。

关键词：煤柱宽度开采宽度数值模拟 udec软件

煤层钻孔周围应力分布规律的udec数值模拟

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山西焦煤科技 2016年第4期40卷 11-14,19页

作者：梁世忠阳泉上社煤炭有限责任公司山西阳泉045100

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... 详细信息

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。

关键词：煤层钻孔 udec软件瓦斯数值模拟应力

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山区浅埋煤层裂隙发育udec模拟研究

煤矿现代化 2014年第2期23卷 57-59页

作者：余进江桂庆军余进江桂庆军贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室贵州贵阳550025 贵州省优势矿产资源高效利用工程实验室贵州贵阳550025

受地下采动影响,坡体会发生移动变形,内部应力重新分布,同时,开采使地表产生裂隙,坡体很容易失稳,甚至发生滑坡、泥石流等大型地质灾害,并且也会加剧环境损害[1]。因此,为分析山区浅埋缓倾斜煤层开采时,覆岩裂隙发育变化及地表移动情况... 详细信息

受地下采动影响,坡体会发生移动变形,内部应力重新分布,同时,开采使地表产生裂隙,坡体很容易失稳,甚至发生滑坡、泥石流等大型地质灾害,并且也会加剧环境损害[1]。因此,为分析山区浅埋缓倾斜煤层开采时,覆岩裂隙发育变化及地表移动情况等,根据贵州山区煤矿地质复杂情况,运用udec软件对响水煤矿3号煤层12309工作面进行数值模拟。模拟结果表明:山区浅埋缓倾斜煤层与平原地区水平煤层开采引起的裂隙变化、地表移动变形等有所不同;坡角陡的地方裂隙发育,稳定性差,容易失稳发生滑坡;3号煤层12309采面开采后,覆岩受开采影响强烈,顶板跨落最大位移约为3.178m。

关键词：应力裂隙发育山区煤矿 udec软件

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不同切顶高度下采空侧巷道稳定性研究

煤 2021年第7期30卷 68-70页

作者：郭小刚潞安环能股份有限公司常村煤矿山西长治046031

为了研究切顶卸压技术对采空侧巷道的影响,以常村煤矿为研究对象,利用数值软件udec模拟了采空侧S6-1胶顺巷道保护煤柱应力分布形态及巷道顶板变形规律,并对其在不同切顶高度影响下卸压前后的稳定性做了对比分析,为巷道围岩顶板控制及现... 详细信息

为了研究切顶卸压技术对采空侧巷道的影响,以常村煤矿为研究对象,利用数值软件udec模拟了采空侧S6-1胶顺巷道保护煤柱应力分布形态及巷道顶板变形规律,并对其在不同切顶高度影响下卸压前后的稳定性做了对比分析,为巷道围岩顶板控制及现场爆破切顶卸压技术应用提供了指导。

关键词：切顶卸压高度 udec软件采空侧巷道

蛤蟆沟矿30101工作面开采后覆岩裂隙带高度数值模拟分析

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煤炭与化工 2015年第12期38卷 1-3页

作者：杨小明山西蒲县蛤蟆沟煤业有限公司山西蒲县041200

蛤蟆沟煤业有限公司30101工作面的设计采厚为2.5 m,为研究工作面开采后的覆岩裂隙带范围,采用udec数值模拟的方法确定覆岩的裂隙带高度。采用udec软件建立模拟模型,模型尺寸为200 m×140 m,对整个工作面推进过程中的裂隙带范围进行模拟... 详细信息

蛤蟆沟煤业有限公司30101工作面的设计采厚为2.5 m,为研究工作面开采后的覆岩裂隙带范围,采用udec数值模拟的方法确定覆岩的裂隙带高度。采用udec软件建立模拟模型,模型尺寸为200 m×140 m,对整个工作面推进过程中的裂隙带范围进行模拟分析,确定工作面推进20 m后期裂隙发育高度稳定,数值模拟确定裂隙带高度为33 m。采用理论计算的方法计算了开采后覆岩的裂隙带高度为41.6 m,理论计算和数值模拟的结果起到了相互验证的效果,最终确定覆岩裂隙带高度为41.6 m。

关键词：裂隙带高度数值模拟 udec软件裂隙带发育过程

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基于参数变异性的公路隧道可靠性研究

企业科技与发展 2023年第10期 73-76页

作者：何城震广西路桥工程集团有限公司广西南宁530200

为明确隧道围岩参数变异性对隧道可靠性的影响规律,文章采用udec(Universal Distinct Element)岩土工程软件建立计算模型,系统地研究结构面摩擦角、结构面刚度比、围岩重度的变异性对隧道可靠性的影响,明确参数变异性对不同隧道直径及... 详细信息

为明确隧道围岩参数变异性对隧道可靠性的影响规律,文章采用udec(Universal Distinct Element)岩土工程软件建立计算模型,系统地研究结构面摩擦角、结构面刚度比、围岩重度的变异性对隧道可靠性的影响,明确参数变异性对不同隧道直径及隧道支护力工况下结构可靠性的影响。研究表明:当结构面摩擦角较小、参数波动范围较大时,隧道顶部的失效概率较大;反之,隧道顶部失效的概率较小;当结构面切向和法相刚度比超过0.4时,隧道顶部的失效概率随刚度比变化而发生的变化微弱,刚度比不会对隧道失效概率产生显著影响,此时影响隧道安全性的主要因素为岩体参数的波动范围;失效概率随参数波动范围增大先快速增大而后逐渐趋于稳定,当参数波动超过25 m时,考虑参数变异性的失效概率逐渐与不考虑参数变异性的情况相接近。研究结果可为确定隧道设计的可靠度提供理论参考。

关键词：参数变异性公路隧道结构可靠性 udec软件

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