煤层开采覆岩破坏与离层三维模拟研究

"采动覆岩破坏及离层发育特征的三维数值模拟——通过考虑覆岩的碎胀性和采用不同的抗弯刚度设置接触单元，进行数值模拟研究，以揭示煤层开采时覆岩的破坏、移动、变形以及离层的空间分布规律。" 在煤炭开采过程中，采动覆岩破坏及离层现象是影响矿井安全和地面沉降的关键因素。覆岩是指覆盖在煤层上方的岩石层，在开采活动下会发生各种复杂的力学响应。由于覆岩自身的物理特性，如碎胀性，即岩石在受压破碎后体积增大的现象，会导致覆岩结构的稳定性下降，进而产生离层，即岩石层之间的分离。 该研究采用了三维数值模拟方法，考虑了抗弯刚度在不同界面设置接触单元这一技术手段。抗弯刚度是衡量物体抵抗弯曲变形的能力，对于理解覆岩的变形特性和离层发展至关重要。在模拟过程中，以基本顶初次跨落作为模拟的起始时间，初次跨落步距作为开挖长度，周期来压步距作为开挖步长，来压周期作为开挖周期，这样可以更准确地模拟覆岩在开采过程中的动态响应。 通过这样的数值模拟，研究者能够获取水平煤层开采时覆岩破坏的详细过程，包括移动路径、变形模式以及离层的时空分布规律。这些结果对于识别和预测可能产生离层的区域极其有价值，有助于确定适宜进行离层充填的范围，从而采取充填减沉技术，减少矿井上方地表的沉降，保护地面设施和环境，提高矿井安全生产的水平。 离层充填减沉技术是一种有效的防治措施，它通过填充离层空隙，阻止覆岩进一步下沉，从而减少地面沉降。该研究提供的科学依据对实际工程实践具有重要的指导意义，可以为矿井设计、开采计划和环境保护提供理论支持。 该研究通过细致的数值模拟分析，深入探讨了覆岩破坏和离层形成的机制，揭示了其时空演变规律，并为实际采矿工程提供了有针对性的技术解决方案。这一工作对于提升我国煤炭行业的可持续发展和安全生产标准具有深远的影响。