急倾斜特厚煤层分层开采后的覆岩破坏特征研究

特厚急倾斜煤层水平分层开采在采场矿压显现规律、老顶结构分析等方面已经取得了一些重要进展,对特厚急倾斜煤层安全开采起到了积极的作用。但由于特厚急倾斜煤层岩移观测资料极少,现有的急倾斜预计模型都无法反映该条件下开采的力学机制,导致其在进行地表沉陷预计时的精度较低,严重影响了特厚急倾斜煤层水平分层开采条件下"三下"采煤的生产实践。因此,要保持特厚急倾斜煤层分层开采条件下的安全开采,需要深入研究其开采后的覆岩破坏与地表移动特征,从而更有效的指导现场工程应用。     

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。     

急倾斜矿体开采地表沉陷与概化地应力研究

急倾斜矿体开采地表沉陷规律不同于自重应力作用下的煤矿地表移动规律的特点,研究结果表明急倾斜矿体开采地表沉陷的主控因素为残余构造应力场与成矿应力场、急倾斜矿体的产状、覆岩体结构与节理裂隙的空间展布规律、开采放矿与顶板管理方法．此外,提出了研究急倾斜矿体开采的地表移动规律时必须在煤矿地表移动规律基础上,引入以残余构造应力为主要影响因素,同时包含倾角、岩体结构、放矿规律的4大主控因素;在此基础上,推导了急倾斜崩落法开采矿山地表移动与概化地应力的关系式,并通过实例加以验证,为多主控因素综合机理研究奠定了基础．     

倾向主断面地表残余移动变形数学模型

目的研究走向长壁冒落式开采的老采区地表沉陷盆地倾向主断面残余移动变形.方法通过对倾向主断面覆岩冒落、断裂、离层、弯曲过程的机理分析,采用概率积分法、随机介质理论和等影响原理构造了倾向主断面地表残余移动变形的数学模型,并采用实际观测数据与预测数据对比、不同数学模型分析对比两种方式进行了数学模型的验证.结果缓倾斜煤层和大倾角煤层倾向主断面实际观测数据与预测模型计算的误差均在允许范围10%以内.得出倾向主断面地表残余下沉、倾向主断面地表残余倾斜变形、倾向主断面地表残余曲率变形、倾向主断面地表残余水平移动、倾向主断面地表残余水平变形数学模型.结论各数学模型不仅能够把矿区已有岩移参数转化为残余移动变形预测参数,而且可以定量描述倾斜煤层倾向主断面地表残余移动变形规律,可推广性强.     

煤层开采地表沉陷相似材料研究

为研究煤层开采地表沉陷的移动变形规律,采用相似材料模拟实验。本文通过对模型的设计及观测,得到模型的观测成果。分别用概率积分法和皮尔森Ⅲ型函数法对急倾斜煤层开采地表的下沉进行预计,其预计结果和模型观测结果对比分析,定性的得出尔森Ⅲ型公式法适合预计500煤层的地表静态下沉。     

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.     

深井覆岩体结构形变分带（区）性研究

针对深井开采覆岩结构变形的特殊性,提出基于应力场转移的深井覆岩结构形变模型。采用三雄半解析数值计算和现场综合试验与勘测的方法,给出采动岩体沉陷移动的分带、分医特征及突变集中变形和阶段性滞缓移动现象的动态演化规律,为深井开采覆岩与地表移动变形灾害控制提供科学理论依据。     

(急)倾斜煤层深部开采覆岩变形力学模型及应用

根据人们对如何描述（急）倾斜煤层采空区上覆岩层变形行为的需要,在弹性理论的基础上,将上覆岩层假设为岩板,研究上覆岩层的变形特征,建立了上覆岩层变形的力学模型,导出了采动覆岩的挠度方程和计算最大挠度点的理论公式,通过计算得到了采空区下方挠度大于其上方的挠度,最大挠度点位于采空区中部偏下的位置,真实地反映了（急）倾斜煤层深部开采时采空区顶板变形特征和岩板在联合作用力条件下的变形本质,为（急）倾斜煤层深部开采覆岩变形计算提供了科学依据．     

覆岩离层产生机理

矿山开采过程中引起的地表沉陷,为了解决这一问题对覆岩离层的产生机理进行了研究。关键层对控制覆岩的移动变形起主要作用。通过对覆言离层的产生、发展发育及闭合规律进行了较系统的探讨和研究,对采动覆岩离层的力学模型进行分析,得出采动覆岩内部相邻两岩层之间离层的产生及形成离层空间的条件、覆岩离层内部产生的机理、内部分布规律,影响覆岩离层分布规律的因素,为覆岩离层注浆防止地表沉陷提供理论依据和技术指导。     

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。     

深部矿体胶结充填开采沉陷规律模拟分析

就深部矿体胶结充填开采覆岩的沉陷规律,结合具体的工程实例并对其影响因素进行分析,利用有限元分析软件ANSYS进行了数值模拟.结果表明:充填体能有效控制覆岩的变形,覆岩及地表的变形很微弱,覆岩层中没有出现明显的大面积裂缝带,而以整体的弯曲为其主要特征,弯曲带内岩层的移动过程是连续而有规律的.通过分析和比较后,初步揭示了深、浅部沉陷规律的差异.     

采空区充填控制覆岩沉降相似模拟

采用相似材料模拟实验方法,对采空区充填控制地表沉陷相似材料模拟实验,模拟工作面采空区充填控制地表及覆岩移动,采用3种不同强度充填材料充填开采推进过程中工作面采空区,观测地表及覆岩移动规律.得到了充填开采条件下地表及覆岩的移动规律,充填材料的强度与地表下沉系数的关系,采空区充填的空间与充填时间的关系,为解决采空区充填开采提供了科学依据.     

煤矿开采动态地表下沉预计算法

针对煤矿地下开采造成岩层及地表移动随时空变化、开采时间与空间的变化对地表移动变形影响等问题,为准确预测开采过程中的地表移动变形,对开采沉陷的影响函数预计方法进行了理论分析与应用研究.应用数值积分方法,通过数学建模实现了开采沉陷预计系统.明确了开采沉陷动态移动变形模型的具体算法,提出了通过倾向微元化达到顾及主要影响半径随采深变化的方法,使得缓倾斜煤层的使用Knothe模型得以实现.应用VB开发了开采沉陷地表动态移动变形系统,并通过现场实测数据验证了动态预计算法的正确性.     

彬长生产服务区下采空区稳定性评价研究

针对彬长生产服务区建筑群受采空区影响问题,应用数值模拟计算、覆岩变形理论分析方法,结合地表监测成果,综合计算分析了建筑群下107工作面综放开采采空区稳定性及其对建筑物的影响,分析结果表明,107工作面开采属于非充分采动,覆岩中洛河组、宜君组坚硬厚岩层对地表移动变形具有控制性的作用,由于坚硬关键层的整体变形作用,使得地表水平移动范围大于沉陷范围,地表建筑群下采空区已基本稳定.应用影响函数预计模拟方法预计分析了地表剩余移动变形,表明地表移动盆地已经处于基本稳定状态,地表剩余移动变形对建筑物影响很小.研究结果为彬长生产服务区建筑群下开采沉陷灾害治理提供了可靠地依据.     

密集建筑物下采煤覆岩关键层判定及应用

应用关键层理论指导密集建筑下急倾斜煤层的开采，分析了沛城密集建筑下覆岩关键层的判别方法，得出了覆岩各硬岩层的破断层，确定了覆岩中关键层的位置，为建筑物下急倾斜煤层的开采设计提供了理论依据。并成功地在密集建筑物下急倾斜煤层中进行了走向条带开采，取得了显著的经济效益和社会效益。     

急倾斜煤层不同覆岩结构导水裂隙演化规律

基于龙湖煤矿南二采区急倾斜煤层的赋存和水文地质条件,采用离散元数值计算方法,分析了覆岩结构组合对急倾斜煤层开采导水裂隙演化规律的影响。结果表明:急倾斜煤层采场上覆岩层无关键层及覆岩结构组合为隔水-结构关键层时,导水裂隙分布呈"耳型"特征;采场上覆岩层存在结构关键层,直接顶为坚硬岩层和软弱的隔水关键层时,导水裂隙以平行于层面的离层裂隙为主;急倾斜煤层开采不同覆岩结构组合,导水裂隙发育高度均随煤层采厚的增加呈增大趋势,裂采比呈降低趋势。现场依据导水裂隙分布特征,设计了合理的防水煤柱尺寸和矸石充填注浆胶结顶板控制技术,确保了水体下急倾斜煤层的安全回采。     

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.     

地铁线路穿越急倾斜煤层采空塌陷区相似模型试验

地铁线路穿越煤矿采空塌陷区问题为中国首例,因此进行急倾斜煤层开采岩移基本规律和地铁荷载作用下塌陷区及侧壁围岩稳定性研究具有重要意义。运用相似模型试验方法,模拟开采两组急倾斜特厚煤层,并用数码相机记录开采及加载过程中岩层破断及移动形态。试验反映了急倾斜煤层开采中垮落带形态、裂隙带形成与发展和地表移动特征等共性;此外,分别以顶底板移动角、边界角,表土层移动角、边界角参数计算煤层开采覆岩破坏边界范围,并以此划分不稳定区、基本稳定区和稳定区;考虑地铁及建筑荷载下,塌陷区破断岩体有闭合压实现象,地表最大下沉量为4~5 cm,顶板侧壁不稳定围岩最大离层量2 cm。所得结果对指导现场地铁线路穿越煤层采空塌陷区具有一定的参考意义。     

厚煤层条带法开采覆岩移动和变形规律模拟

为解决厚煤层条带开采覆岩移动和变形规律问题,采用相似材料模拟试验的方法对厚煤层三维条带综放开采进行研究,分析覆岩及地表的移动与变形规律,确定岩层内部的各移动角值,地表沉降系数等.研究结果表明:地表沉降呈现出走向、倾向主断面相对称的下沉趋势,地表形成了单一均匀的下沉盆地;三维相似材料物理模型试验能够较全面地反映出原型覆岩的各种变形、移动、应力、应变的变化规律,为实际开采提供了可靠依据.     

急倾斜煤层开采非连续变形的相似模型实验研究

与缓倾斜煤层开采相比 ,急倾斜煤系地层常隐含软弱夹层 ,其露头容易出现台阶和裂缝 ;与切割岩层的结构面比较 ,层间软弱面并不对移动盆地起全局控制作用 ,而只产生局部影响 通过综合考虑急倾斜地层与层间弱面两个因素 ,阐明了急倾斜煤层开采地表非连续变形的发生条件 ;采用相似材料模型实验 ,研究了岩层垮落、弯曲、离层的方式和形态 ;提出了急倾斜煤层开采岩层的层梁移动模式 ;揭示了地表非连续变形的形态特征和变形机理 ,为进一步研究地表非连续变形的计算提供了依据 图 7,表 2 ,参 7