采动作用下煤矿区地表裂缝发育机理与特征分析

针对采动作用下煤矿地表裂缝发育问题,本文对地表裂缝的形成机理进行了分析。考虑采动附加应力的影响,结合土层的强度理论及广义的胡克定律建立了采动作用下地裂缝发育极限深度力学模型,并对力学模型进行了探讨,得到了采动影响下地表裂缝发育深度的公式,结果表明:地表裂缝的产生大致分为4个时期,分别为移动变形积累期、裂缝产生期、裂缝扩展期、裂缝闭合期。地表裂缝的发育深度除与土层的本身性质有关以外,还与地表的水平变形有关。地表的水平变形越大,说明地表土层受到采动作用越明显,地表裂缝发育的极限深度也就越大。最后根据某矿的实际工程地质情况,采用地裂缝预计公式进行了计算,并与监测数据进行了对比。结果表明,该公式能够较好的预计采动作用下的地裂缝发育深度,对预防煤矿采区地表灾害、保护人民财产安全具有一定的指导意义。     

矿山地质环境影响分析中若干问题的定量分析方法

湖南官山冲煤矿主采三叠系安源组5、6、7煤层,采用走向长壁式采煤法.根据采动过程采深采厚比、最大地表移动、变形、倾斜极值的计算分析认为,5、6.7煤层联合开采后,地表最大下沉值为754mm,最大水平移动值为241mm,矿区范围内地面变形较强烈,地面塌陷、地裂缝的数量及规模较大,下山方向地表变形比上山方向明显;但随着开采水平向深部延伸,地面变形逐渐减弱,对地面建筑物破坏等级将逐渐降低.利用”大井”法圈出疏排水影响范围,运用地下水均衡理论和补偿理论证明由于周期性的排泄和恢复,矿山开采对地下水资源的扰动不大,不会造成区域地下水失衡,对周边水资源环境影响不大.     

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。     

北京市轨道交通基坑工程地表变形特性

根据基坑开挖深度、地层条件的不同,对北京市轨道交通80个明挖顺作法基坑工程实测结果进行统计分析,研究确定北京砂卵石和黏性土地区深基坑开挖引起的周边地表变形规律。研究表明：基坑工程周边地表最大变形的实测结果分布形态为正态分布或半整体分布,地表沉降变形值较大;最大地表沉降的平均值约为砂卵石地区0.11%H（H为开挖深度）,黏性土地区0.20%H;地表变形与桩体向基坑内、外的水平位移值有一定的对应关系;地表沉降随插入比的增大而减小,黏性土地区基坑支撑系统刚度对地表沉降有明显的影响;北京地区基坑工程周边主要影响区约为0.6H或0.7H范围以内。研究成果可对未来北京及其他地区城市轨道交通基坑工程变形大小、安全性的预测和评估、指导基坑工程设计与施工和对防止基坑事故的发生等具有重要意义。     

采空塌陷区地表裂缝发育规律分析

为研究开采沉陷覆岩移动地表裂缝的发育状况,论文基于沉陷盆地主断面移动变形特征,将地表移动变形影响区划分为拉伸区、压缩区和先拉伸后压缩区,并分析了各区的裂缝发育特征;先拉伸后压缩区合理解释了裂缝的自修复现象;运用下沉曲线计算模型借助于数学计算软件,计算了沉陷盆地主断面下沉曲线的长度,提出了基于下沉曲线长度计算判断采动拉伸区裂缝发育的方法;从理论上推断了一定条件下压缩区地表可产生挤压凸起,结合工程实例,分析了地表裂缝的发育特征。     

采动区地表动态沉降预测的Richards模型

针对Knothe时间函数在采动区地表动态沉降预测中存在着较大偏差的问题,提出了地表动态沉降预测的Richards模型。基于开采过程中的地表沉降变形规律,给出了能够反映地表沉降全过程的理想时间函数模型所具有的基本特征,引入Richards生长曲线模型,分析了模型参数与地质采矿条件之间的定性、定量关系,并探讨了模型的适用范围,指出地表发生连续的、渐变的沉降变形时,模型预测效果较好。实例分析表明,Richards模型符合理想时间函数模型的要求,可较好地模拟采动区地表动态沉降过程,能够计算出地表移动持续时间和地表点在某一时刻的下沉值、下沉速度、加速度等动态参数,且模型的可塑性较强,具有较广泛的适用性     

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。     

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。      

山区谷底沉陷预测模型及其参数反演

我国西部地区地势复杂,沟壑纵横,地下开采极易导致边坡失稳,引发采动滑坡。在地下采动沉降与滑坡体挤压上升的叠加影响下,谷底区域地表沉降值明显小于类似地质采矿条件下的平原地区。为准确预测山区谷底区域地表沉降值,基于简支梁的弹性变形理论,并借助概率密度函数建立了山区谷底区域地表沉陷预计修正模型,明确模型参数物理意义及其取值方法。依据修正模型,以实测值和预测值之差平方和最小为原则构建适应值函数,基于模拟退火粒子群算法提出新的模型参数反演方法,借助MATLAB语言编制了相应的参数反演程序。最后将研究成果应用于山西某矿,得到谷底区域预测结果中误差为73 mm,与实测值基本一致,取得了较好的工程实践效果。     

辽宁省铁-法煤田地表沉陷变形研究

针对铁-法煤田因采矿引发的地面沉降和地面塌陷两种地质灾害进行研究,认为采法、采区、采深、采高、顶板管理是影响沉陷灾害的直接因素;岩性、构造、水文地质条件及矿坑降水是影响沉陷灾害的间接因素。其中矿坑降水是不可忽视的重要因素。根据地下水降深、降落漏斗影响半径、岩土工程地质性质,计算降水引发的地表沉降值、水平移动、倾斜、曲率现状值。现有的地表变形曲线为采矿和降水引发地表变形曲线的叠加。可得出可靠的灾害危险性分区。     

煤矿采空区场地地基稳定性及适宜性分析

结合一煤矿采空区场地作为新建高层住宅小区场地,通过开采条件、地表移动变形综合确定煤矿采空区的稳定性;采用工程类比法、采空区特征判别法、活化影响因素分析法、地表剩余变形判别法等判别采空区场地工程建设适宜性;建议采空区场地采取吸收地表沉陷变形的柔性措施和抵抗地表沉陷变形的刚性措施来确保拟建建筑物的安全.     

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。     

兖州市采煤塌陷地治理项目管理存在问题及建议

采煤塌陷地综合治理是对因采煤造成地表塌陷沉降的区域进行综合治理,使塌陷的土地恢复其农业可利用性的复杂过程,需要投入大量的人力、物力和财力。该文结合兖州采煤塌陷地综合治理实际情况,对在采煤塌陷地治理过程中存在的几个主要问题进行分析并针对问题提出了相应建议。     

基于模糊综合评判和GIS技术的矿山地质环境影响评价

蒲白矿产资源集中开采区分布于渭北黑腰带地区的蒲城和白水县,煤炭、石灰岩、铝土矿和粘土等多种矿产的持续开发,产生了各类的矿山地质环境问题,其中煤矿采空区塌陷及裂缝最为突出。选取了地形相对高差、岩土体特征、开采方式、有效深厚比、采空区面积比、矿山地质灾害发育密度、地下水位、压占破坏土地资源等11个指标作为评价因子,构建了矿山地质环境影响评价指标体系。采用模糊综合评判法对研究区矿山地质环境影响进行评价,并结合GIS空间分析技术划分为矿山地质环境影响严重区12个,较严重区4个,较轻区2个。评价结果与实际调查情况较为相近,较客观的反映了采矿活动对矿山地质环境的影响,并结合区内实际提出了矿山地质环境恢复治理措施建议,为矿山地质环境保护与恢复治理提供了依据。     

湖南省谭家山矿区开采地质灾害分析

煤矿开采所产生的地表沉降、开裂、塌陷等地质灾害,造成地表民房不同程度的损坏。为准确分析矿山开采对地表民房的损坏,从矿山开采造成地表沉降影响范围,矿山开采最大冒落高度与导水裂隙带高度,矿山开采引起地表最大水平移动值、最大曲率值、最大倾斜值等因素来研究分析。综合分析认为：引起地表民房损坏的主要原因一是地表民房正处在采动影响范围内;二是开采冒落带与裂隙带高度已经波及至地表,从而引起地表出现沉降与裂缝等现象,引发房屋开裂等损坏现象;三是煤矿采空区所产生的最大曲率值远远大于地表建筑允许变形值。该方法对研究煤矿开采造成地表民房损坏成因分析具有一定指导意义。     

基于InSAR三维分解技术的贵州省贞丰某煤矿地下采空区反演

贵州是我国主要煤炭产地之一, 成本与地方条件的限制使贵州贞丰县山区出现大量的非法小煤窑, 其大多开采一年、半年便废弃煤矿, 调查其地下开采范围对矿区生态修复、土地资源再利用、煤矿越界开采监测等有一定意义。本文利用升、降轨观测共16期3 m空间分辨率的L波段PALSAR-2影像为数据源, 在贵州省贞丰县采用InSAR技术对煤矿采空区开展了短期动态地表沉降监测, 结合研究区地质条件、地下开采条件、开采时间、范围等信息, 计算了该地区煤矿开采沉陷影响角的规律与变形时间滞后关系; 而后利用上述参数及地表变形信息, 在其附近一处废弃煤矿, 对其地下采空范围及开采时间进行反演:(1)研究区煤炭开采走向影响角为83°、上山影响角75°、下山影响角80°, 地表变形时间与地下开采时间差约1个月; (2)计算反演出研究区废弃煤矿地下开采范围为380 m×150 m; (3)在反演煤矿采区, 对比FLAC3D数值模拟计算结果和野外现场调查, 验证了InSAR计算结果基本准确, 验证了此方法对煤矿采区反演的合理性与可靠性。     

A study of surface subsidence and coal pillar safety for strip mining in a deep mine

Some villages and bridges are located on the ground surface of the working district no. 7 in the Wanglou Coal Mine. If longwall mining is adopted, the maximum deformation of the ground surface will exceed the safety value. Strip mining is employed for the working district no. 7 which is widely used to reduce surface subsidence and the consequent damage of buildings on the ground surface. To ensure the safety of coal pillars and improve the recovery coefficient, theoretical analysis and numerical simulation (FLAC 3D) were adopted to determine the coal pillar and mining widths and to discuss the coal pillar stress distribution and surface subsidence for different mining scenarios. The results revealed that the width of coal pillars should be larger than 162 m, and the optimized mining width varies from 150 to 260 m. As the coal seam is exploited, vertical stress is mainly applied on the coal pillar, inducing stress changes on its ribs. The coefficient of mining-induced stress varies from 2.02 to 2.62 for different mining scenarios. The maximum surface subsidence and horizontal movement increase as the mining width increases. However, when the mining width increases to a certain value, increasing the pillar width cannot significantly decrease the maximum subsidence. To ensure the surface subsidence less than 500 mm, the mining width should not be larger than 200 m. Considering the recovery coefficient and safety of the coal pillar, a pillar width of 165 m is suggested.     

采动覆岩变形分布式光纤物理模型试验研究

采动覆岩变形破坏对开采巷道的安全构成威胁,同时易造成地面塌陷,对地面构筑物的安全和地质环境产生影响。因此,对煤层采动覆岩变形进行监控,具有重要的现实意义。论文针对煤层采动覆岩变形破坏的一般规律,利用分布式光纤感测技术,开展了采动覆岩变形物理模型试验研究。采用将感测光缆竖直植入物理模型内部的布设方法,获得了煤层采动过程中覆岩变形分布式监测结果。将光纤测试结果与常规近景摄影结果进行对比,结果基本吻合;同时,揭示了采动覆岩变形破坏规律和覆岩离层的演化过程。利用经验公式计算得出"导高"均值约为30.6cm,这与光纤监测数据分析估算得到的30cm基本一致。试验结果表明:将分布式光纤感测技术引入采动覆岩破坏模型试验是可行且准确的,为以后的相关研究提供了一种新的思路与方法。     

小波分析在急倾斜煤层开采沉陷监测数据分析中的应用

本文针对急倾斜煤层开采沉陷地面监测工作的实际,针对监测数据分析中噪声太大,较难发现和提取微小沉降变形信息的现状,提出采用小波分析处理变形监测数据的方法,建立了开采沉陷变形模型。以某急倾斜煤层开采沉陷的监测实例,采用matlab小波分析实现了监测数据的处理,对开采沉陷区的发展趋势进行预测,为沉陷区地质灾害的评估和预测及沉陷区土地的规划利用奠定了坚实的基础。