薄冲积层下开采地表动态移动规律与特征

位于采煤影响区的高压线、输气输油管道、河道等设施对地表动态移动极为敏感。以甘肃某煤矿在金沙河下开采为背景,通过现场地表移动监测,获得薄冲积层条件下综放开采地表动态移动变形规律。研究表明：薄冲积层下综放开采地表具有下沉移动起始期很短、活跃期较长等特点。地表移动活跃期位于工作面前方110 m至工作面后方400 m范围内,历时185 d,期间地表点下沉量可达到该点总下沉量的90.7%;地表移动剧烈期在工作面后方50 m至150 m范围内,但剧烈扰动时间相对较短,历时约60 d。基于测点下沉曲线为S型分布、下沉速度曲线类似为正态分布特点,建立了考虑开采时间和工作面推进速度因素的地表下沉及下沉速度动态模型,并追踪刻画出地表测点往复式下沉与水平运动的轨迹。薄冲积层下开采,地表裂缝更易平行于工作面走向方向发育,并且随工作面的推进,地表裂缝具有前移和密集区向工作面外侧小范围扩大的时空特征。     

神东矿区地表移动参数变化规律及影响机制

我国西部矿区普遍具有资源储量大、埋藏浅、覆岩结构简单等特点,采矿活动对地表影响明显。为研究神东矿区地表移动参数变化规律,首先基于大柳塔矿22201工作面实测数据分析其地表动态变形规律,再采用神东矿区18个工作面的实测数据,获得地表移动参数与地质采矿条件之间的对应关系,并分析地质采矿条件对地表移动参数的影响机理。研究表明:神东矿区煤层开采地表沉陷速度快、衰退期短,最大下沉速度达643.3 mm/d,活跃期下沉量占总下沉量的99.05%;下沉系数与松散层采深比呈先增大后减小的二次函数关系,水平移动系数、主要影响角正切分别与（采高×开采速度）/（宽深比×基岩厚度）、基岩厚度×开采速度/（采深×采高）呈先减小后增大的二次函数关系;边界角、裂缝角与松散层采深比呈正线性关系,移动角与基岩采深比成正比,与采高、开采速度成反比;基岩承载松散层荷载及松散层拱效应的变化是导致地表移动参数变化的根本原因。研究成果对西部矿区地表破坏控制与治理、矿井生产安全保障及生态环境修复具有工程实用价值。      

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。     

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。     

贵州兴旺煤矿开采地表塌陷预测方法探讨

以贵州六枝特区兴旺煤矿地表塌陷为例,采用概率积分法作为地表移动及变形预测的模式,选取下沉系数、主要影响角、主要影响半径和水平移动系数为地表移动参数,计算得出井田开采后地表最大下沉值为1425．3mm,影响面积约1．85km^2。并比较说明除移动参数外各类煤柱的留设也是其中需要考虑的因素。     

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。     

采深和松散层厚度对开采沉陷地表移动变形影响的数值模拟研究

文章以山西霍州辛置煤矿2204工作面为试验研究基地,采用岩石破裂软件RFPA2D模拟开采沉陷过程,研究煤层采动后地表移动及变形的规律;系统地分析了采深采厚比对地表移动及变形的影响。     

杭来湾井田煤炭开采地表移动变形预测

陕北煤炭开采引起大面积的地表变形破坏,不但严重破坏着生态环境,更威胁着人们的生命财产安全。研究煤炭开采区地表移动与变形的机理,预测地表移动变形规律和趋势,更好地保护地质环境和生态环境,减少人们生命和财产损失。以杭来湾井田30101工作面为例,运用概率积分法对采煤引起的地表移动变形进行预测,得出结果：地表变形的理论边界角为68.9°,移动角为70.4°,裂缝角为89°,移动盆地的沉陷范围面积是2.193km2。通过野外实测数据证明运用概率积分法对该井田地表移动变形的预测结果精度较高,该方法为其它井田煤炭开采地表移动变形预测提供一定的参考价值。     

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。     

断裂活动影响矿区的采煤沉陷灾害问题

文章结合抚顺矿区实际,分析论述了断裂活动影响矿区的地应力环境特征。阐述了在断裂活动影响矿区,岩体长期大规模开挖造成局部区域构造应力卸载,岩体弹性变形能恢复发生水平变形,导致地表产生附加水平移动与变形。通常的沉陷区边缘区域,地表移动变形值不大,采动损害也相对较轻。但断裂活动影响矿区,沉陷区边缘区常存在着明显的水平移动与变形,并造成相应损害。尤其是在矿震等岩体地质动力现象显现影响下,地表沉陷灾害更为严重。     

复杂地质条件下矿山地下开采地表变形规律的研究

地质条件是矿山开采岩层移动的基础,复杂的地质条件常使得地表移动角、沉陷角预测不准,导致灾难性后果。以典型复杂地质矿山程潮铁矿东区为例,以多年地表变形监测结果为依据,对在其特殊地质条件下地表变形和岩层移动的机制进行了分析研究。结果表明,地下采矿是矿区岩体破坏的直接诱因,地下水产生的静水压力和动水压力强化了岩体的变形与破坏;矿区岩体中断层、节理等特殊地质结构是岩体破坏的基础;构造应力场的存在是围岩向采空区产生较大移动变形的主要影响因素;在采矿之初,地表塌陷主要是由地下水疏干引起的;地表大规模塌陷形成以后,地下采空区的扩大是引起地表塌陷的主要原因,但矿区特殊的地质条件对地表塌陷范围的扩展速度有重要影响。     

韩台煤田采矿对京沪高速铁路的影响分析

京沪高速铁路在山东省经过韩台煤田,进行韩台煤田地下采煤活动影响分析,重点分析张山子煤矿采矿引起的地表变形对京沪高速铁路的可能影响,得出张山子煤矿在铁路线位附近的采煤活动,没有引起地表的移动与变形,没有引起地面建筑物的破坏,采取井下回填或者钻孔注浆等措施,可以有效防止采掘活动引起的地表变形,减少采掘活动对京沪高速铁路的破坏。     

蔚县矿区地面沉陷InSAR多维形变监测

河北蔚县是我国华北地区最大的地下采煤区之一，该地区长期存在采矿塌陷灾害，不仅威胁采矿安全，而且严重破坏当地生态环境。本文基于合成孔径雷达干涉（InSAR）这一新型空间对地观测技术，采用61景Sentinel-1A/B干涉宽幅（Interferometric Wide swath，IW）模式数据进行矿区形变观测，获取整个矿区在2017—2018年间的地表形变空间分布特征，并对矿区地表的沉降量级及面积进行详细的统计分析。此外，采用融合多轨道SAR数据的多维形变时序估计方法，对西细庄矿数据进行东西向和垂向的二维形变分解，获取该矿的二维形变时间序列。结果表明:除南留庄井田外，其余三大井田在监测期间均存在不同程度的地面沉陷灾害；整个矿区年沉陷速率超过-10 cm/a的区域达到了2.16 km2；受成像几何影响，不同轨道数据获取的形变结果存在一定差异；西细庄矿以垂向形变为主，伴随明显的东西向水平形变。研究结果为蔚县矿区地面沉陷监测与煤矿安全开采提供数据参考。      

高水材料充填技术在减小地表沉降中的应用

高水材料用于采空区充填有着工艺简单、凝结速度快、性能稳定等优点。采用建立地表沉降观测站方式,研究了用高水材料充填采空区后地表沉降变形规律。结果显示,充填后地表的下沉量明显减小。2009年5—12月,充填后地表最大下沉值为165.6 mm,月平均下沉20.7 mm。该方法用于减小开采引起的地表沉降,比传统的充填方法效果明显。      

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。