西部黄土山区开采沉陷变形数值模拟研究

西部黄土山区开采沉陷变形规律远比平原地区复杂多变。以陕西铜川厚黄土山区采矿地质条件构建不同斜坡组合与平地条件的计算模型,通过FLAC-3D数值模拟分析了单一斜坡、凸形和凹形组合斜坡条件下地表侧向滑移引起的水平移动和下沉分布特征,并绘出了地表开采沉陷与斜坡侧向滑移分布曲线。进一步分析表明,当开采沉陷引起的水平位移及其变形与斜坡向下坡方向的滑移变形方向一致时,在地表形成两者的叠加,增大了斜坡体的变形;当两者方向相反时则导致2种变形部分"抵消"。上述采动斜坡中开采沉陷与坡体侧向滑移的"叠加"效应,导致了黄土山区地表沉陷变形规律的复杂性。     

大佛寺煤矿变形及受力特性研究

大佛寺煤矿位于彬长矿区开采边界境内,地形地质条件非常复杂。本文采用UDEC离散元软件对该矿区煤层开采引起的地表变形规律及围岩应力场的分布特征进行了系统研究。研究结果表明:1煤层开采后地表沉降呈V字形分布,随着各工作面的相继开采地表沉降变形不断增大,当达到充分采动时趋于定值(约为10.0m);2地表由两侧向采区方向移动,变形曲线呈倒S形,水平移动变形最大值约为1.73m;3煤层开采会引起围岩应力重分布,且部分区域存在明显应力集中现象(40 MPa),随着各采区的相继开采应力扰动区不断扩大,致使顶板岩层出现临空,引起大部分区域发生垮落(变形大,10.0m以上)。     

急倾斜多厚煤层开采地表移动和变形规律相似模拟

为减少传统沉陷计算方法对急倾斜煤层开采沉陷变形进行分析结果的失真,以具体的急倾斜多厚煤层开采为背景,建立了相似材料模型,分析了急倾斜煤层开采沉陷对应的地表移动和变形规律,覆岩的移动和变形规律.结果表明:在失去煤层支撑后,覆岩呈悬臂梁结构因重力持续增长而出现断裂,地表沉陷区相对较小但变形展现出严重的非连续性阶跃式     

地形对采煤后地表移动影响的数值模拟分析

地下煤层开采后,上覆岩体会发生一系列运动,造成地表的变形破坏甚至塌陷,进而对地表建筑物、构筑物以及农田等产生非常不利的影响。其中,地表形态是采煤后地表变形移动的一个重要影响因素,因此有必要对其进行研究。以某煤矿工作面为例,采用FLAC3D软件对地下煤层开采进行数值模拟,并分析地表形态对采煤后地表移动的影响。通过地表沉降等值线图和地表水平移动等值线图分析得出斜坡地带的沉降值、水平移动与沟谷地带相差很大。最后得出结论:地表移动量、移动方向和移动的范围取决于地表倾向、倾角及附近的微地貌。     

不同覆岩地层正断层下盘煤层开采地表下沉规律

断层破坏覆岩地层的整体性,影响岩土体的强度特性和变形性质,导致开采沉陷规律更为复杂。为研究不同覆岩地层与正断层共同影响下煤层开采地表沉陷规律,构建不同覆岩地层正断层下盘煤层开采覆岩运动与地表变形的理论模型,数值模拟分析不同覆岩地层正断层下盘煤层开采地表下沉规律与特征,结合实例进行了对比分析。结果表明：地表移动变形范围与松散层厚度密切相关,随松散层厚度的增加,相较于无断层一侧,地表下沉盆地在断层一侧的移动变形范围先减小后扩大再减小,最终与无断层一侧相同;厚基岩地质条件下,随松散层厚度增加,地表产生裂缝的位置由断层露头先向采空区偏移后向断层上盘偏移;厚松散层地质条件下,松散层吸收了断层诱发的非连续变形,随松散层厚度增加,地表由偏态下沉盆地逐渐变为对称的下沉盆地。     

厚黄土薄基岩地区开采沉陷规律探讨

地下开采-覆岩移动-地表沉陷之间存在着互为因果的链动关系。不同岩性、不同力学性质的上覆岩土层对地下煤层开采的响应性是不同的。文中在前人有关研究成果的基础上，探讨了在厚黄土薄基岩条件下。地下开采引起的地表沉陷的规律性。研究认为，在厚黄土层覆盖区，煤层上覆基岩是地表黄土层沉陷变形的控制层，黄土层本身的工程地质特性、地形地貌条件和地下开采程度对地表沉陷都有一定的影响。这一研究成果对减缓和控制地下开采引起的地表变形破坏有重要意义。     

采空区建筑物地基稳定性影响因素分析

针对处于相对平衡状态的废弃采空区上覆围岩重新"活化",使裂隙带岩体再压密、地下残留空隙再冒落,导致地表产生二次移动和变形的问题,通过对采空区建筑物地基稳定性综合评价,得出主要考虑煤层的客观因素和外界扰动因素两方面是导致地表产生二次移动和变形的主要原因。从客观因素中煤层赋存条件中的煤层埋深、煤层厚度、煤层倾角、松散层厚度入手,采用FLAC3D软件对煤层埋深、煤层厚度、煤层倾角、松散层厚度等因素对采空区建筑物稳定性进行分析,结果表明:随着开采深度的增加,地表及地表附近岩层的移动变形受开采的影响减弱,开采深度的增加对建筑物地基的稳定有利;随着开采厚度的增加,开采对上覆岩层的破坏程度明显增大,移动过程表现得也越剧烈,地表移动变形值也越大,开采厚度的加大对废弃采空区建筑物地基的稳定不利;煤层倾角的增大增加了地表移动的时间,增大了地表的不稳定性;松散层在覆岩中所占的比例越大,地表的移动范围就相对越大,增大了地表的不稳定性。     

倾斜煤层采动影响下的挤压变形区移动变形特征分析

以重庆南桐矿区为工程背景,通过三维数值模拟方法,对倾斜煤层在三种不同开采宽度工况下上覆岩层移动挤压变形区特征进行了研究。结果表明:采宽由80 m增加到160 m时,煤层与岩层交接处应力变化较小,挤压变形区地表下沉速度较为缓慢;采宽由160 m增加到240 m时,煤层与岩层交接处应力变化非常显著,挤压变形区地表产生明显下沉;不同的开采工况下,挤压变形区沉陷位移都会出现一个峰值,且位于开采区下山方向,挤压变形区沉陷值受水平应力影响较小,走向和倾向方向的沉陷值以该峰值曲线呈中心对称。     

开采引起山区地表移动规律的理论探讨

本文根据随机介质理论,从理论上导出山区下水平煤层开采、倾斜煤层开采引起的地表移动和变形的一系列计算公式,並得到许多结论。这些结论与实测结果相吻合。应用本文所给的公式,可以预计开采影响下山区地表移动和变形。     

黄土矿区开采沉陷与地表损害研究述评

黄土高原及其过渡地带是中国主要产煤基地,区域生态环境脆弱且地理、地质条件复杂,大范围地下采煤已导致严重的地表沉陷与损害,其规律与中东部平原矿区明显不同。多年来,针对黄土矿区开采沉陷与地表损害问题的研究已取得一定进展。基于笔者及众多学者的研究成果,总结分析黄土矿区地表移动、开采裂缝与台阶、黄土层附加变形、斜坡滑移与滑坡、环境退化与损伤的基本特征;揭示黄土矿区开采沉陷中的土岩互馈影响、土体单元体积变形、失水固结变形、湿陷变形、山坡滑移、滑坡、裂缝、环境损伤的机理;介绍黄土矿区开采沉陷与变形的预计模型及其适用性;阐述卫星定位测量、激光雷达扫描、重力异常测量、多源遥感分析等测绘技术在开采沉陷与损害监测中的应用进展,并分析其技术局限性。在此基础上从黄土矿区开采沉陷的细观破坏特征及微观变形机理、黄土山区多工作面开采沉陷预计、老采空区地表稳定性、采煤沉陷与环境损伤的时空效应等方面,展望有待深入研究的科学技术问题,供学术界借鉴。     

急倾斜矿体开采岩体移动规律与变形机理

为了研究急倾斜矿体开采的岩移规律与变形机理,采用数值模拟的方法,对急倾斜矿体在高构造应力和自重应力2种条件下的岩移特征进行对比分析.研究结果表明:当开采区在竖直方向上的高度远小于矿体在水平方向上的长度时,在这2种应力条件下都具有类似水平矿体开采的地表岩移特征;反之,在高构造应力条件下,急倾斜矿体开采地表出现双沉降中心的现象,而在自重应力条件下只存在单沉降中心;在高构造应力条件下,急倾斜矿体开采在地表移动变形量、移动变形影响区规模及地表宏观变形破坏特征上与自重应力条件下相比都有较大差异,原岩应力场中作为特征量的最大主压应力的取向对岩移行为的影响是产生这差异的根本原因.     

开采沉陷的地表移动规律初探

煤炭资源开采造成的地面沉陷是一种危害很大的地质灾害,不仅破坏耕地、损坏地面建筑物,严重影响着生态环境,已成为环境工程研究的重要课题之一。本文以某矿开采沉陷为例,利用微机进行数据处理、分析,在此基础上探讨了沉陷体的地表移动规律,对矿区开展防灾减灾工作具有积极的现实意义。     

厚黄土覆盖层采动破坏数值模拟研究

蒲白矿务局西固镇下煤层开采是复杂条件的建筑物下厚黄土覆盖层开采。针对矿区开采的复杂地质、采矿条件和建筑群受采空区影响的问题,运用FLAC3D数值模拟预计、影响函数仿真模拟和相似材料模拟进行分析,确定了开采方案及相关参数。结果表明,运用变条带协调开采方案可以有效地控制地表移动和变形,从而保证了地表建筑物的正常使用和矿区的安全生产,为同类厚黄土覆盖层矿区控制开采沉陷灾害提供了可靠科学依据。     

厚松散层下开采覆岩及地表移动变形规律试验研究

煤炭开采保障了我国能源供应,同时也因采空造成了地表变形沉降。针对厚松散层下开采覆岩及地表移动变形问题,依托兖州矿区某庄煤矿地质背景,采用模型试验,监测研究了采动过程中地表及各层覆岩移动变形指标的变化规律,探索了采掘结束后的持续变形阶段,指出受采动影响松散层压缩导致的移动变形值在整体移动变形上占比增大;在煤层采厚2.2m条件下,观测获得采后地表的最大下沉值为1447.6mm,最大水平移动值为394.6mm。研究结果对矿区工程建设用地及线路规划选址具有一定的实用意义。     

急倾斜煤层水平分层综放开采岩层移动规律

为了进一步认识水平分层综放开采的开采沉陷特点,运用相似材料模型实验,对某矿大倾角煤层的开采沉陷过程进行了模拟研究,揭示了急倾斜特厚煤层水平分层深部开采岩层与地表移动规律.     

采动影响型地下煤火诱发地表裂隙率的时空分布模型

基于随机介质移动理论,构建了采动影响型地下煤火诱发地表裂隙率的时空统一分布模型,并实例分析了矩形火区引发地表线(张)裂隙率、面裂隙率以及剪裂隙率的分布及动态变化规律。地表线(张)裂隙率、面裂隙率和剪裂隙率的极大值分别分布在采(燃)空区边界内侧约20 m (约为煤层厚度的3~4倍)的位置、四周边界线的四个中点位置和四个边角端点所对应的地表区域。随着煤层燃烧,垂直于煤火发展方向上的线裂隙率以及空区边界处对应的地表面裂隙率均呈半正态曲线形式变化并最终稳定于最大值;而剪裂隙率、煤火发展方向上的线裂隙率及空区内部对应的地表面裂隙率均呈正态曲线形式变化。     

地下采煤引起的黄土裂隙化物理模型试验研究

煤矿采空区的黄土边坡裂隙化严重,为研究地下采煤对黄土边坡裂隙化的影响,通过分级撤去缩尺模型底部支撑力来模拟开采过程,利用布里渊光纤应变测试仪监测各阶段中坡体的应变,结合其位移变化,分析黄土斜坡在地下采空条件下裂隙产生的位置、形态、斜坡体内部应力变化及黄土斜坡裂隙化规律。结果表明:地下采煤不仅导致黄土斜坡产生剪切裂缝还会产生拉张裂缝,产生裂缝的类型与采空塌陷的位置有关;地下采煤导致黄土斜坡产生的裂缝将切割斜坡,被切割的块体临空面较原始斜坡变陡,坡内应力状态发生变化,同时坡体完整性变差,天然强度降低;裂隙分布规律与采空塌陷边界基本一致;地下采煤引起的黄土裂隙化会改变坡体内应力重分布,重分布应力会产生次级裂缝,进一步破坏坡体。