考虑地表沉陷影响的复合地基承载力计算方法

受地下开采的剧烈扰动,采煤沉陷区的复合地基工程会发生非常大的下沉和水平位移,常规的承载力计算方法未考虑地表沉陷影响。在研究地表沉陷影响的复合地基承载特性的基础上,建立了考虑地表沉陷影响的复合地基受力模型,并且提出了考虑地表沉陷影响的复合地基承载力计算方法。通过一个采煤沉陷区桥梁复合地基工程实例的计算分析,发现考虑地表沉陷影响后,复合地基承载力有一定程度的下降。     

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。     

FLAC~(3D)在预测采空区地面沉陷损毁耕地中的应用

采空区地面沉陷损毁地表耕地是地下开采矿山引发的主要地质环境问题之一,通过对佛子冲铅锌矿104号矿体的工程地质条件、采场结构参数及原岩应力场进行调研,并在此基础上运用FLAC~(3D)建立采空区数学模型,对佛子冲铅锌矿104号矿体采空后采空区地压力分布、岩体变形移动等进行模拟与研究,预测采空区地面沉陷损毁地表耕地的程度,并根据矿山的实际情况提出防治措施,为保护矿山采空区沉陷区内的耕地提供依据和参考。     

盐穴储气库破坏后地表沉陷规律数值模拟研究

地下盐穴储气库在天然气调峰和保障供气安全上具有不可替代的作用。地下盐穴储气库达到设计年限后,将报废而逐步垮塌,必然引起严重的地表沉陷。因此,对盐穴储气库破坏后地表沉陷规律进行研究具有十分重要的意义。考虑到目前的数值分析软件进行地表沉陷分析的不足,开发了用于盐穴储气库破坏后地表沉陷数值模拟的有限元专用软件-2D-Sink,该软件具有处理破碎岩块的能力。应用2D-Sink对盐穴储气库破坏后引起的地表沉陷规律进行了系统的研究,共建立了6种模型进行数值模拟,分别研究了地表沉陷层理效应、地表沉陷的岩层倾斜效应、地表沉陷的断层效应和多盐穴地表沉陷规律。对多溶腔地表变形曲线与单溶腔叠加的地表变形曲线进行比较,验证了地表沉陷叠加原理的正确性。研究成果为盐穴储气库报废后地表沉陷灾害控制提供了理论基础。     

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。     

岩层及地表移动与冲击地压相关性研究

对岩层及地表移动规律的观测、室内试验和数值计算分析表明,采动覆岩层沉陷运动的不协调性造成裂隙带上部弯曲带岩体中产生大范围的离层空隙。随着工作面的推采,离层空隙周期性悬露垮断构成了上覆岩层及地表移动变形运动的不同特征。根据现场观测,砾岩层运动是矿井冲击地压发生的主要力源,地表下沉速度发生剧烈变化,冲击地压发生的频率较高,地表产生反弹时更为危险,且随着砾岩层的运动,冲击地压发生周期性变化。     

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.     

煤矿采空塌陷的危险性预测评估与防治措施——以华亭矿区大柳矿井为例

煤矿开采后引发地面塌陷的危险性预测评估是煤矿地质灾害危险性评估的核心内容。以华亭矿区大柳矿井地质灾害危险性评估为例,介绍了煤矿采空引发地面塌陷危险性预测评估的基本内容及评估深度,并提出了较全面的矿区采空塌陷的防治措施,可以为矿井开采后防治地面塌陷提供指导。      

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。     

煤层地下开采地表沉陷预测的边值方法

采空区上覆岩、土体对地表沉陷的耦合行为可归结为弹性理论的边值问题,由不同性状松散表土层确定的应力边界和岩、土体之间形成的位移边界构成了相应边值问题的定解条件。在已有研究成果的基础上,提出了地表下沉预测研究的边值提法,以探讨地下开采引起的地表沉陷规律。给出了采空区上覆表土层内任一点的位移和地表下沉的计算公式,确定了地表沉陷的范围,并以神东矿区大柳塔1203工作面开采引发的地表沉陷为例给出了工程实例。研究结果表明,采空区上覆岩体对地表及表土层内任一点下沉的影响取决于上部岩层破断后的结构形态;采空区上覆土体对地表下沉量的作用与土体性质及表土层厚度有关,土体对表土层下沉的影响由下而上增大,呈非线性变化,至地表达最大值;地表沉陷区域随表土层厚度的增加而增大,其影响范围远大于采空区。     

基于弹性薄板理论的煤矿采空区地表沉陷预测

采煤沉陷已成为煤矿区危害范围最广、影响程度最大、延续时间最长的一种工程地质灾害,在对赵各庄煤矿矿山地质环境调查的基础上,分析采空沉陷区地质灾害发育及成因特征,基于弹性薄板理论的规划开采区域采空区地表沉陷预计,可初步预计采空区地表沉陷特征并对其引发地质灾害进行预测。     

矿区岩溶地表塌陷神经网络预测研究

针对近年来某矿岩溶地表塌陷频繁发生的现象,分析确定了影响地表塌陷的主要因素,构建了矿区岩溶地表塌陷预测BP神经网络模型,以训练后的BP网络模型对矿山帷幕注浆三期工程完成后可能形成的地表塌陷区的空间分布进行预测。并针对矿山现实塌陷情况,结合各区预测塌陷危险分级结果,提出了相应的岩溶地表塌陷灾害防治措施。实践表明,所建模型的预测结果与矿区地表塌陷实际情况相符,可为矿山后续帷幕注浆工程的设计与施工提供有益借鉴,为岩溶矿区地表塌陷灾害提供预警支持。     

新疆苇湖梁煤矿塌陷区遥感监测研究

苇湖梁煤矿已有50多年的开采历史, 长期的地下开采造成了严重的地面塌陷。本文将新疆苇湖梁煤矿塌陷区作为研究区, 以2013年的IKONOS高分遥感影像为主要数据源, 以ArcGIS为支撑平台, 采用人机交互的解译方法对塌陷区的相关信息进行提取, 结合实地调查验证的方法, 分析研究区内地质灾害的特征。通过遥感调查发现: 研究区内发育规模较大、位于塌陷区周围的拉伸区的地裂缝约有64条;塌陷坑(群)约有94个, 主要分布于南北塌陷槽及两侧;塌陷回填区总面积达0.92 km², 并在回填区发现了3个新塌陷坑。本文充分发挥了遥感技术宏观性强、速度快的特点, 调查结果反映了塌陷区灾害的实际情况。     

神府—东胜矿区采煤塌陷对包气带结构的影响

通过对比采煤前和采煤塌陷过程中及稳定后包气带结构的变化,详细研究了神府—东胜矿区采煤塌陷对包气带结构的影响。研究结果表明:在采煤塌陷前,包气带组成岩性主要为风积砂岩和萨拉乌苏组粗砂岩,相对较薄,包气带组成介质层序较清晰,各岩性介质颗粒排列有序、均一,包气带内部结构以孔隙为主;在采煤发生后的塌陷非稳定阶段,塌陷裂隙贯通含水层,使地下水大量渗漏,同时产生大量贯穿地表的裂隙,引起岩土孔隙性发生变化,使得塌陷区包气带变厚,在一定深度上结构不均,浅部包气带结构转化为以裂隙为主;到塌陷稳定阶段,包气带结构变化趋于稳定,厚度增加,但在地表以下仍存在一些断续的裂缝(隙),使塌陷区包气带形成以孔隙为主,间夹断续裂隙的特殊包气带结构。     

基于数值模拟的充填开采地表下沉系数分析

充填开采是解放“三下”压煤的重要手段。为了研究充填体强度对充填开采时下沉系数的影响,本文以本溪彩屯矿的充填开采实践为基础,结合工程实际建立了FLAC3D数值模型并对充填开采地表下沉系数进行了模拟分析,得到了不同强度充填时对应的地表下沉特征和充填开采时充填体强度与地表下沉系数之间的一般关系。通过改变充填体弹性模量得到了相应的等效采厚比和地表下沉系数,通过多项式拟合建立了等效采厚比和地表下沉系数两者之间的函数关系,并给出了相关参数的参考值,为预测充填开采的地表下沉系数提供了依据。     

南四湖地区煤炭开发环境地质效应的初步探讨

从煤炭资源开发的角度分析采矿活动引起的环境地质效应问题。研究认为本区主要环境影响因素为采矿引起的地面沉陷。采矿地面沉陷对于航运,南水北调东线工程、延长南四湖存在年限均有积极影响。      

巨野煤田采煤塌陷区动态治理可行性探讨

巨野煤田开采区产生了一系列的矿山地质灾害和地质环境问题,尤其是地面塌陷问题非常严重。为了加强矿山生态环境保护,充分利用塌陷区内的土地资源,一井田被设为典型,用来研究采煤塌陷区动态治理可行性方案。结果表明,动态治理方案是可行的,该方案对鲁西南平原地区动态治理采煤塌陷区具有一定的指导意义。     

基于四旋翼无人机的宁夏羊场湾煤矿采煤沉陷量监测

小型无人机遥感技术具有成本低、操作灵活便利等优点,在地质调查中的作用愈来愈重要。采煤地表沉陷量变形监测是掌控采煤地表岩移变形规律和治理塌陷的关键性工作。重点探索四旋翼无人机遥感技术监测在羊场湾煤矿Y120212工作面采煤沉陷量的监测研究,通过野外踏勘与控制点布设、无人机航线规划与执行、4D产品制作的工作程序和监测方法,探索无人机遥感技术监测在矿山地质塌陷监测的应用。研究结果表明,通过对无人机遥感技术生成的DSM处理,经过多期地面高程的对比,得到Y120212工作面最大沉陷量达6.5m。结合分析、对比,无人机遥感技术可以实现采煤塌陷区地表沉陷变形监测,进而形成和发展了煤矿地面塌陷新的监测技术。     

浅埋煤层覆岩切落裂缝破坏及控制方法分析

陕北神东矿区厚风积沙松散层、薄基岩条件下浅埋煤层开采引起的地表沉陷,呈非连续切落式裂缝破坏。大量研究表明,这种裂缝损害受覆岩中关键层的控制。因此,研究浅埋煤层关键层的破断规律和失稳条件是解决这种条件下采动损害控制的关键技术。以神东矿区大柳塔1203综采工作面为例,应用理论分析和数值模拟方法研究覆岩中关键结构层稳定条件与采动损害之间的关系,为神东矿区生态环境保护,确定合理、经济的保水控制开采方法提供理论依据。