厚松散层下多煤层重复开采地表移动规律

为了研究厚松散层下多煤层重复开采对地表移动的影响,结合淮南矿区地质采矿条件,在分析顾桥煤矿重复开采地表移动规律的基础上,运用FLAC3D软件建立数值模拟模型,研究了重复开采地表变形规律,并建立了地表变形参数与采动次数之间的关系模型。研究表明:厚松散层下首次开采时地表下沉系数大于1,随着采动次数的增加,松散层逐渐被压实,地表下沉系数呈现线性增大的趋势,但3次开采后松散层已经压实,下沉系数趋于稳定,不再随采动次数增加而增大;达充分采动后,地表移动盆地范围不再增大,但受到采深增大的影响,主要影响角正切、边界角与采动次数之间均呈线性增大关系。该成果为研究厚松散层重复开采地表移动规律提供了理论依据和技术参考。      

淮南丁集矿地表移动和变形规律分析

淮南丁集矿井1262(1)工作面为该矿-826m水平西一采区首采工作面,地质条件特殊(如深厚松散含水层和大采深),且地表移动变形规律研究得较少。因此,为了研究该矿地表移动变形规律,在1262(1)工作面建立地表移动观测站。以实测数据为基础,结合概率积分法获得了在该地质采矿条件下地表移动的相关参数。结果表明:地表下沉系数为1.16;起动距为1/7～1/6倍的平均采深;超前影响距为380m。在此基础上,计算出该矿的地表最大下沉速度及最大下沉速度滞后角分别为Vmax=21.9 mm/d和φ后=77.2°,表明在该地质采矿条件下,该矿的地表移动剧烈、地表下沉速度较快、起动距偏小等特点。在对综合移动角理论公式推导的基础上,获得了矿区综合移动角的误差值,并得出了矿区综合移动角经验值,对指导矿山开采具有一定的实际意义。     

基于改进Knothe时间模型的地表最大沉降速度预测

在传统Knothe时间模型假设基础上提出新的假设,构建改进Knothe时间模型,通过理论分析表明,改进后的时间模型符合地表点沉降和沉降速度变化规律;基于改进Knothe时间模型推导了地表最大沉降速度计算表达式,并给出模型参数确定方法。采用20个矿区开采引起的地表最大沉降速度监测值与理论预测值进行对比,结果表明,20个矿区的地表最大沉降速度理论预测值与监测值吻合程度高,两者相对标准偏差仅为2.1%,验证了模型的精确性和可靠性。地表最大沉降速度受煤层采高、开采速度、松散层厚度和基岩层厚度等参数影响,研究表明,地表最大沉降速度随煤层采高和开采速度的增加而线性增加,随松散层厚度、基岩层厚度的增加而非线性减小,且其对基岩层厚度变化的敏感性比松散层厚度变化大。     

厚松散层下开采地表动态移动变形规律实测及预测研究

为了掌握厚松散层覆盖地区地表在采动过程中的动态移动变形情况,以地表移动观测站实测数据为基础,获得厚松散层开采地表动态移动参数在开采过程中的变化规律,以及走向主断面方向上任意时刻、任意点的下沉速度预计公式。结果表明：当工作面推过最大下沉点170 m左右时,该点的下沉速度达到最大值,其值为22.85 mm/d;地表点最大下沉速度值及其滞后距随工作面开采距离的增大而增加,当工作面推进距离达到600 m左右后,两者增加的幅度逐渐减小,并分别达到稳定值22.00 mm/d和150 m,认为此后的采动过程是地表点下沉速度曲线以固定形状与工作面保持一定的滞后距随开采不断向前移动;参考国内松散层下开采案例,通过多元线性回归分析得到地表动态移动变形参数与地质及开采技术参数之间的关系式;最后根据动态移动参数在采动过程中的变化规律,建立了走向断面上任意时刻、任意点的下沉速度预测公式,通过预测值与实测值的对比,认为预测结果能够满足工程实践需要。     

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。      

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。     

高强度开采地表实时下沉研究

高强度开采是我国大型煤炭生产基地主要的生产方法。结合高强度开采地表移动主要特点和当前开采沉陷监测方法的不足,采用实时GNSS系统监测地表下沉。通过数据采集及处理等试验过程,获得了一套高强度开采条件下地表下沉实时监测方案;研究了在实时监测条件下,地表动态移动特征的分析方法,确定了榆树湾煤矿20101工作面开采,地表下沉的启动期与活跃期、最大下沉速度、超前影响角和最大下沉速度滞后角等地表移动参数,并与传统的间隔周期观测法对比,体现了本文方法的优越性。本研究对高强度采矿条件下的"三下"采煤生产有较强的指导意义。     

极不充分采动条件下地表下沉规律及计算方法研究

随着煤矿开采的不断加深,地表呆动程度(开采宽度D与开采深度H之比DIH)不断降低,并逐渐趋向于极不充分采动,同样长度的工作面对地表的影响程度极不同于浅部开采。因此,需要重新认识深部开采时的地表下沉规律。极不充分采动条件下地表下沉规律具有特殊性。经过对国内外大量观测资料的综合分析,发现当开采宽度小于地表下沉起动距时(极不充分采动),地表的下沉或地表下沉率(q′／q)为零。当开采宽度达到地表移动起动距时,地表下沉缓慢增长;达到临界采动距时,地表下沉急剧增大。地表下沉率(q′／q)与开采宽、深比D／H之间为负指数函数关系。在极不充分采动条件下进行地表下沉预计时必须对概率积分法的下沉系数进行修正。算例证明了本文给出计算方法的可行性。但这种修正方法如何与概率积分法相统一仍需进一步研究。     

地表移动与变形的环境影响与预测

矿山开采会引发地表移动与变形。应用概率积分法对吉林省汪清县罗子沟油页岩矿区进行在矿区服务期满43年内有关地表下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形的预测，以便在采矿过程中有所依据，以避免造成地表的破坏。     

彬长矿区采陷裂缝影响因素分析

对彬长矿区地面裂缝进行了详细调查,指出该矿区地面裂缝的主要为开采塌陷引起的采陷裂缝,并对采陷裂缝的发育特征进行了归类。分析认为：采深增大,基岩厚度增大,覆岩的稳定性增强,对地面裂缝的规模控制也增强,60°～70°为塌陷裂缝边界范围圈定的指标值;工作面变宽,采厚变大,会加剧地面裂缝的产生和发展;“上硬下软”的地层结构,有利控制地表移动变形,关键层厚度增大,可以明显减缓地表移动;松散层厚度愈大,抗变形能力愈大的土层,其裂缝愈不发育;V型沟谷对裂缝的形成和发展影响较小,斜坡则对裂缝的发育有加剧作用;降雨对裂缝的发育有明显的加速作用。     

新集矿区松散层工程地质特征及地面沉降预测

为了有效地防治新集矿区地面沉降,研究了该区第四系松散层的工程地质特征与地面沉降的关系:松散层的大部分力学参数在地表以下30m内变化不大,埋深大于30m后变化明显;粘性土的压缩性明显大于砂性土;粘土中伊利石含量高,排水条件好,压缩性好。将松散层划分为3个主要压缩层;建立了地面沉降计算模型,预测区内地面沉降为0.2832~0.8293m。      

基于层次分析法与频率比模型的采空塌陷危险性评价

采空塌陷危险性评价是编制地质灾害防治规划、开展地质灾害防治与监测预警工作的重要依据。本文采用层次分析法与频率比模型相结合构建了采空塌陷危险性评价模型（AHP-PF组合模型）。以沈阳市蒲河-清水矿区为例,考虑了地质条件、地表特征、开采条件等3方面影响因素,选取了第四纪覆盖类型、第四纪松散层厚度、地质构造复杂程度、可采煤层顶板强度指标、煤层倾角、地表沉陷速率、采深采厚比、采空区叠置层数等8个评价指标,利用AHP-PF组合模型计算各指标权重及频率比,最后进行采空塌陷危险性分区。评价结果表明,采空塌陷危险性高区主要集中在采深采厚比小、沉陷速率大及目前仍在开采的区域,该区域是地质灾害防治、搬迁避让的重点区域。     

Assessment of the influencing factors on subsidence at abandoned coal mines in South Korea

This study deals with the characteristics of subsidence and the relationships between the subsidence factors over abandoned coal mines in South Korea. The subsidence factors that were investigated were the dip angle and thickness of the coal bed, mining depth, depth of subsidence, and subsidence area in 548 cases of subsidence that occurred throughout the country. A close relationship between the type of subsidence and mining method was identified. There was an intimate relation between the depth of subsidence and the dip angle of the coal bed, while the subsidence area proved to be in proportion to the thickness of the coal bed and mining depth and was in inverse proportion to the dip angle of the coal bed.     

采动区远程卸压煤层气抽采地面井产能影响因素

以淮南矿区远程卸压煤层气地面井抽采工程实践为依托,通过工程试验和系统分析,探讨了远程卸压煤层气地面井的产能特点及其影响因素。研究结果表明,远程卸压煤层气地面井的产能曲线可分为两个阶段,在较短时间内顺利完成第Ⅰ阶段的井才能有较高产能。研究还显示,煤层气地面井产能受地层结构和采动影响较大。在研究区,当地层结构为松散层厚度<406 m,基岩与松散层厚度比值>0.74,下保护层与被保护层间距为6670 m,且平均采高≤2.2 m,平均产煤低于3 898 t/d时,利于远程卸压煤层气地面井抽采;当松散层厚度>430 m,11-2煤和13-1煤层间距>74 m,基岩与松散层厚度比值<0.7时,卸压煤层气地面直井成功率较低,此时,可通过改变井位和优化井身结构来适应地层结构的变化,提高地面井抽采成功率。      

Analysis of developmental features and causes of the ground cracks induced by oversized working face mining in an aeolian sand area

In order to satisfy the energy demand of China, it is an effective way to exploit coal resources efficiently in western China. When a coal seam with a shallow burial depth is mined on a large working face with width of 300 m in a semi-desert aeolian sand area of western China, the induced subsidence and damage of ground surface are remarkably different from those induced by a traditional mining condition. By taking Working Face 12,406 of Bulianta Coalmine in Shendong Mining Area as an example, this paper, based on actual measurement data, analysed the developmental features and causes of ground surface racks. Research results showed that the shape of the static crack in the peripheral area on the working face was very similar to that contained in the actual measurement results of other areas; specifically, such static crack was arc-shaped and the actually measured static crack angle was 84.5°. However, the dynamic crack above the working face took on uniqueness in two developmental cycles (expansion to restoration). This phenomenon is not available in other research areas. Starting from the structure of rock strata, this paper analysed the two developmental cycles of dynamic cracks according to the periodic fracture theory of key stratum and verified the results of theoretical analysis by employing the similar material model.     

Changes of Precipitation Infiltration Recharge in the Circumstances of Coal Mining Subsidence in the Shen‐Dong Coal Field,China

Coal mining subsidence is a universal environmental-geological problem in mining areas. By selecting the Shen-Dong coal mining subsidence area as the research field, this paper studies the changes in precipitation infiltration recharge in the circumstances of coal mining subsidence by means of field geological investigation and laboratory simulation experiments, which is expected to provide a scientific basis for eco-environmental restoration in the mining area. The results indicate that at the unstable stage of subsidence, three types of subsidence in the Shen-Dong mining area have positive effects on the precipitation infiltration recharge, and the type of full-thickness bedrock subsidence has the greatest influence. In the stable stage of subsidence, the precipitation infiltration process after long-term drought and the moisture migration in the aeration zone undergo three different stages: evaporation-infiltration before precipitation, infiltration-upward infiltration-infiltration during precipitation and evaporation-infiltration after precipitation. During a heavy rainfall infiltration process, the wetting front movement in fine sand, coarse sand and dualistic structure of fine-coarse sand consists of two stages: the stage of wetting front movement during precipitation, in which the wetting front movement distance has linear relationship with the depth, and the stage of wetting front movement after precipitation, in which the wetting front movement distance has the power function relationship with the depth. The wetting front movement velocity is influenced by the rainfall amount and the lithology in the aeration zone. However, as the depth increases, the movement velocity will decay exponentially.     

基于GIS的地质环境单因素评价方法研究

榆神府矿区位于毛乌素沙地与陕北黄土高原丘陵沟壑区的过渡地带,地表覆盖较厚的松散层,常年干旱少雨,植被稀疏,是典型的生态脆弱区。矿区煤层埋藏浅,开采厚度大,上覆基岩厚度较薄。在这种条件下开采容易导致较严重的地质环境问题。通过地质环境单一影响因素的分析选取,利用GIS空间量化,可视化成图和分析功能．评价了研究区地形地貌、沙层厚度、潜水位埋深、煤层厚度和基岩厚度五个单因素的现状及对地质环境的影响．预测了开采单因素空间变化区域。将综合地质环境分为五类,认为煤炭资源的开采对原来处于Ⅰ和Ⅱ类型区域影响比对Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ类型的区域影响更大些。