软岩矿区地面下沉及其对工业建筑物影响分析

根据鲁中软岩矿区开采引起地面下沉及地面井塔楼等建筑物倾斜变形的工程实际,采用非确定性研究方法,将深埋破碎金属矿体开采引起地面沉陷或岩体移动变形这一客观现象视为一随机事件,建立了开采引起地面沉陷或岩体移动变形分析的数学模型。利用该模型可对开采引起地面沉陷及其对地表工业建筑物影响进行具体分析评价。通过具体计算分析结果表明,在软岩地层条件下矿体开采地表移动变形的影响范围有随着采深的增加而逐渐增大的趋势。     

基于概率积分法的横河煤矿巨厚松散层下开采沉陷预测分析

煤炭资源开采产生的沉陷变形会对土地资源造成严重破坏,因此针对巨厚松散层下煤炭开采产生的地面沉陷变形分布规律的研究具有十分重要的意义。以山东济宁横河煤矿为例,运用概率积分法分别建立了主断面和采区任意点的预测模型,预测了2#、3#煤层先后开采后地表下沉、倾斜、曲率、水平移动、水平变形等特征。预测结果显示,横河矿区下沉面积为78hm2,最大下沉值达到9.987m,与现场调查的实际情况基本吻合。由于横河矿区由巨厚松散层覆盖,相比一般采矿条件下,地表沉陷具有地表下沉系数较大、地表最大下沉值较大、水平移动系数和水平移动值较正常值偏大、沉陷范围大、拐点偏移距较小等特点。     

多煤层开采覆岩移动及地表变形规律的相似模拟实验研究

以离石—军渡高速公路下伏康家沟煤矿采矿地质条件为原型,采用相似材料模拟实验方法,对多煤层开采引起的覆岩移动及地表变形规律进行了研究。相似模拟实验结果表明:多煤层开采条件下,随着煤层累计采厚的增加,采空区"三带"覆岩下沉量和采空区地表沉降量、地表倾斜变形、地表水平位移及地表曲率变形都呈增大趋势,采空区上覆岩体更加破碎,地表变形更加强烈。研究成果可为高速公路下伏多煤层采空区的治理设计提供依据。     

基于Weibull时间序列函数的动态沉陷曲线模型

研究开采沉陷灾害发生及发展的动态过程具有重要的理论意义和工程应用价值。因采场上覆岩层及采矿过程的复杂性,全面研究采矿过程中上覆岩层的移动及地表的沉陷具有很大的难度,以研究地表沉陷区观测点下沉变化过程的时间序列为切入点,对开采沉陷的动态过程进行了研究。通过研究地表沉陷区观测点下沉量的时间序列发现,Weibull（韦布尔）函数可较准确地拟合和描述地表观测点的下沉过程曲线。煤层开采地表移动过程的FLAC3D模拟研究发现,同一沉陷区内各观测点的下沉过程在时间和空间上具有独立性。在该基础上,将概率积分沉陷曲线模型与Weibull时间序列函数相结合,给出沉陷区主剖面的动态下沉、倾斜和曲率曲线的唯象学模型,经实例证明建模思路是可行的。     

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。     

急倾斜煤层开采地表沉陷的渐近灰色预测

煤层开采所引起的地表沉陷是一种严重的矿区地质灾害。煤层的倾角、厚度等物理条件是地表沉陷的主要影响因素。在水平煤层或缓倾斜煤的开采过程中，由于地层倾角小，地表沉陷具有较完整的规律性，其预测效果也比较理想。但是，在急倾斜煤层的开采中，由于地层倾角较大，赋存条件和地质体物理力学性质的差异，增强了地表下沉的非线性特征，使地表沉陷具有不确定的表现规律。文章对重庆市南桐矿区东林矿的地表沉陷非线性特征进行了探讨，得到了东林煤矿地表下沉曲线的分形维数是1．07。在岩层移动这个系统当中，既含有已知的又含有未知的或非确定的信息，可以作为一个灰色系统来研究。岩层控制系统的状态、结构和边界条件难以精确描述，属本征性灰色系统。文章针对东林煤矿地表下沉曲线非线性较弱的性质，提出用一种基于GM(1，1)的渐近预测模型对东林煤矿42个月的地表下沉量时间序列进行探讨。结果表明，这种模型对急倾斜层开采地表沉陷的预测是一种行之有效的方法。通过对其他工程实例的应用分析，进一步证明这种渐近的灰色预测方法具有相对较高的精度，是一种比较实用的地表沉陷预测方法，具有广泛的工程实用空间。     

概率积分法在大柳矿井11采区开采地面塌陷预测中的应用

根据大柳矿井11采区上覆岩层的实际情况,采用概率积分法对煤层开采后的地表变形情况进行了预测,绘制了地表下沉等值线图,分析了地表沉陷对周围环境的影响程度和范围,并提出了防治措施,为区内开展类似研究工作和大柳矿井未来生产沉陷的防治提供了参考依据。     

ANSYS在煤矿开采数值模拟中应用研究

以典型矿井山东华丰矿、阜新五龙矿和北京大台井为例,利用ANSYS有限元软件,对煤矿开采引起的地表沉陷、冲击地压危险区域确定和俯伪斜采煤法参数优化进行了数值模拟分析.分别针对所处的地质条件和赋煤状况,建立了二维或三维有限元模型,模拟计算了地表沉陷曲线和最大沉陷位置,指出山东华丰矿随开采推进沉陷位移和影响范围将逐渐扩大,最大沉陷位移逐步向开采方向前移的规律,当开采800 m时出现最大下沉速度3.5 mm/d,最大沉陷位移为3.7 m.五龙矿311面当开采100m和400 m时分别由于火成岩墙和应力集中区贯通导致顶板易断裂而极易发生冲击地压事故;大台井俯伪斜采煤法煤层倾角只有在60°～67° 时,推采距离才对煤层顶板法向最大压应力具有明显影响,且顶底板法向最大位移规律为上部位移大于中部位移,西中部位移又大于下部位移,在煤层倾角70°时,工作面超前支撑压力作用范围最小为30 m,而下巷道支撑压力作用范围最大为25 m,巷道数为3时,顶板下巷道超前支撑压力峰值位置为5.3 m.ANSYS计算结果表明,该数值模拟是合理的,与实际情况基本吻合,说明ANSYS在煤矿开采领域是一种有效的数值模拟工具.     

近水平煤层开采上覆岩层运动与沉陷规律相关研究

将近水平煤层开采的上覆岩层运动与地表沉陷作为一个整体系统进行研究,论述了采场上覆岩层的运动规律和裂隙拱的形成及发展变化过程。并结合地表沉陷的GPS观测,确定了针对具体地质条件的地表移动变形边界角、移动角,找到了井下工作面推进位置与地表下沉速度之间的关系。     

基于关键层理论的地表下沉盆地模型初探

目前,开采沉陷的研究主要是现场观测和以概率积分法为代表的开采沉陷预测。这些方法仅是对地表沉陷稳定后的现象进行观测和推断,不涉及对采场上覆岩层整体移动规律的研究。因长壁式布置工作面开采煤层的深厚比较大时,采场上覆岩层在靠近地表处会形成明显的弯曲带。在假设此弯曲带是控制地表沉陷及沉陷盆地最终形态的离地表最近一层主关键层且地表的下沉量远远小于该岩层厚度的基础上,用关键层位置的判别方法找出离地表最近一层关键层的位置后,用弹性薄板理论的半逆解法选择了较适合地表沉陷盆地形状的挠度函数,用薄板理论建立了缓倾斜煤层和倾斜煤层开采地表沉陷盆地力学模型,并对该模型的适用范围和参数进行了讨论。该模型考虑了影响地表下沉的多种因素,比概率积分法更具有理论意义。     

急倾斜煤层工作面下端头区巷旁充填技术研究

采用理论分析与实践、实测相结合的方法,对急倾斜煤层工作面下端头区沿空留巷技术理论及系统工艺问题进行探讨,弄清了充填体受力的影响因素,提出了急倾斜煤层巷旁充填工艺系统。研究表明,急倾斜煤层巷旁充填体承载受采空区矸石有效充填长度、煤层赋存倾角、充填体筑设宽度以及煤岩赋存厚度的影响,受顶底板锚索安设的影响较小;单轴压缩条件下矸石碎块的承载变形规律呈阶段特征,且每一阶段内的应力-应变近似呈线性关系;充填体的承载与变形随着距离工作面位置的不同具有阶段特征,距离工作面煤壁越远,充填体承载变形率越小;以七台河新强煤矿生产实际为背景,现场实践证明,急倾斜煤层矸石混凝土充填工艺系统实施方便、操作简单,沿空留巷整体效果较为明显。     

大倾角煤层回采巷道矿压显现规律研究

大倾角煤层回采巷道因处于显著的各向异性环境中而难以维护。本文用离散元法分析了回采巷道的变形破坏机理和形式, 结合现场巷道的围岩松动范围实测, 证实巷道的上帮普遍破坏严重, 是整个巷道破坏的突破点, 应重点防范并采用综合支护进行治理。     

急倾斜煤层采空区地表变形对管道的影响研究

以拟建茶山矿区急倾斜采空区影响的潜江 韶关段管道为研究背景,从开采完成和采动过程中急倾斜采空区对管道影响进行研究。分析采空区地表变形移动对输气管道的影响,给出管道安全初步评价方法,并利用概率积分法对急倾斜采空区场地的管道安全进行预测评价,研究对以急倾斜煤层采空区场地敷设管道的安全运营有重要意义。     

Experimental study of the movement of backfilling gangues for goaf in steeply inclined coal seams

For the coal mining with flexible shield supports which is used widely in the exploitation of steeply inclined coal seams, a method with which to backfill enough gangues efficiently in goaf is the key to meet the control requirements for the roof. In order to research the movement of gangues in goaf and the factors influencing backfilling effects, an experimental device for the movement of gangues for backfilling the goaf in steeply inclined coal seams was designed. The movement trajectory of gangues was monitored and was divided into three stages. Gangue movement characteristic under different engineering condition was studied, which showed that the backfilling rate of gangues in the goaf of steeply inclined coal seams is positively correlated to the dip angle of the coal seam and the mining thickness, while being negatively correlated to the grain size of the gangues and the deformation of the roof.     

基于InSAR技术的缓倾煤层开采诱发顺层岩体地表变形模式研究

贵州贞丰县某煤矿开采煤层以向斜缓倾的三叠系上统火把冲组（T3h）为主,与贵州省大部分煤矿开采的背斜反倾煤层不同,其采矿活动诱发的地面沉降和滑坡风险亦表现出不同的变形破坏模式(背斜反倾煤层易诱发倾倒崩塌、顺层缓倾煤层易诱发地面塌陷与滑坡)。论文利用升、降轨观测的共15期3 m空间分辨率L波段PALSAR -2 SAR为数据源,开展了多期地表变形D -InSAR测量,确定出变形发生的位置、范围与滞后时间。经实地调查验证,InSAR解算结果较好地吻合了矿区开采范围和地表破坏情况,证实了InSAR在煤矿区识别时序性地表形变的准确性。进而分解计算了地表三维变形,并通过与地下开采范围和过程的相关性分析,深化了对该地区缓倾煤层地下开采诱发的顺层滑坡变形模式的认识:（1）InSAR可以识别计算出采矿区地表变形的范围与沉降量,矿区变形在干涉影像中表现为以采空区地表为中心向四周扩散的圆环状变形条纹;（2）地表变形区域覆盖地下采空区上方及附近地表区域,根据地表变形情况与地下采空区范围计算出该地区上山边界角约70°、下山边界角约58°;（3）地下采空与地表沉降变形存在约30 d的时间滞后;（4）顺层地下采空引发的地表水平移动方向受地层产状、地表坡向共同作用,水平向为沿层面的顺层滑移与向沉降中心汇聚的合成运动结果;（5）沿层面的顺层滑移与地表坡度因素叠加造成采空区地表上山侧岩石受拉产生拉裂缝,下山侧则易产生塌陷坑及裂缝。     

孟庄井田的层滑构造及其形成机制分析

根据孟庄煤矿采区所揭露的资料,研究了本矿层滑构造的基本表现形式,阐述了各种层滑构造的特征,提出了层滑构造的形式机制。      

煤层风氧化带宽度的确定方法

在煤炭资源储量估算中,煤层风氧化带垂深都是根据煤质化验指标来确定,对在煤层底板等高线上如何确定煤层风氧化带宽度没有明确的规定,为此,依据实际工作中遇到的三种地质情况：地表基本平坦：地表有倾角且倾向与煤层倾向相同;地表有倾角且倾向与煤层倾向相反,分别用制图法、计算法确定其煤层风氧化带的宽度。     

深部急倾斜煤层偏压巷道支护参数优化研究

深部急倾斜煤层由于受特殊的地质结构和高地应力影响,煤层巷道开挖后易出现地层错动、垮塌的特点,施工中冒顶、底臌现象异常突出,巷道支护极其困难。通过对新集三矿-700 m煤探巷道进行现场勘查与试验,针对该急倾斜软岩巷道变形非对称性,底臌严重、地层错动的破坏特点,提出了可缩性U型钢全断面封闭支护和非对称性预应力锚杆(索)支护的全新支护方案,通过大型有限元软件ABAQUS建立数值分析模型,与原支护方案进行了对比分析。研究表明,采用改进支护方案巷道底臌位移量减小了66%,最大拉应力从0.58 MPa减小到0.38 MPa,塑性区较原方案更小,支护结构受力更加均匀。其结果可为同类地质条件的巷道支护设计提供一定参考。     

软弱厚煤层沿空留巷变形破坏特征及控制研究

针对软弱厚煤层综放开采沿空留巷动压显现明显,顶板易出现不均匀切顶下沉等问题。通过现场调研、理论分析和数值模拟,阐明了软弱厚煤层综放开采沿空留巷动压显现特征和变形机制,提出了软弱厚煤层沿煤层顶板布置沿空留巷变形协同支护体系。研究结果表明：综放开采采出厚度大,沿煤层底板留巷时沿空留巷煤层顶板承载能力差,“底板−巷旁支护体−顶板”支护体系载能力不协调,是造成软弱厚煤层沿空留巷产生大变形的主要原因;沿煤层顶板留巷变形协同支护体系的提出提高了沿空留巷帮部、顶底板及巷旁支护体的协同承载能力,可有效地保证软弱厚煤层沿空留巷的围岩稳定。研究成果在古城煤矿的成功应用,证明了该支护体系在软弱厚煤层综放沿空留巷中的可行性。     

倾斜煤层水力压裂起裂压力计算模型及判断准则

针对目前倾斜煤层起裂机制不明确,导致水力压裂时盲目升高压力或增大注水量来增加煤层透气性的问题,根据最大拉应力理论,分析真实环境下倾斜煤层压裂钻孔周围应力状态,建立压裂钻孔周围煤岩体起裂压力计算模型及判断准则,并在重庆松藻煤电公司同华煤矿进行了验证,结果表明,根据实测压裂区域地应力状态,起裂压力随煤层倾角增大而增大,钻孔起裂位置随煤层倾角增大逐渐向走向方向偏转;现场试验起裂压力与理论计算相符,随煤层倾角增大而增大,从而验证了计算模型的正确性。