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。     

煤矿开采引起覆岩移动变形规律的数值模拟研究

以霍州辛置煤矿2204工作面为背景,通过数值模拟开采沉陷过程,分析采动覆岩移动的规律和松散层厚度、采深采厚比对覆岩移动及变形的影响。     

煤矿开采引起覆岩移动变形规律的数值模拟研究

以霍州辛置煤矿2204工作面为背景,通过数值模拟开采沉陷过程,分析了采动覆岩移动的规律;讨论了松散层厚度、采深采厚比对覆岩移动及变形的影响.研究表明,在采厚相同的情况下,冒落带的下沉量基本相同;在采深、采厚相同的情况下,随着松散层厚度的减小,弯沉带、裂隙带的沉降量也逐渐减小;在采厚和松散层厚度相同的情况下,随着采深的增加,弯沉带、裂隙带的沉降量逐渐减小,采动影响的范围却有所扩大.     

厚松散层薄基岩特厚煤层综放开采覆岩破坏特征研究

我国西部矿区的煤炭开采,具有煤层厚度大、基岩薄、开采强度大等特点,导致覆岩严重破坏,地表变形剧烈,出现地裂缝、台阶、塌陷等较大非连续变形,引发多种地质灾害并造成地表建筑物严重损坏。本文针对厚松散层薄基岩特厚煤层条件下,综放开采形成的覆岩破坏特征及下沉、地裂缝、台阶等的观测分析研究,得出了厚松散层薄基岩综放开采较常规条件开采,具有下沉系数大,下沉速度快,移动的初始期、活跃期更短,在开采边界内侧形成永久台阶的沉陷特点。揭示了工作面薄基岩伴随周期来压,在水平方向上形成动态压力拱,上覆岩层呈梯型断裂,发育至松散层内部,迅速传递至地表,形成台阶裂缝的覆岩破坏机理。该研究可为煤矿生产安全管理及地表垮塌灾害防控技术制定提供借鉴。     

采动地表裂缝形成机理的数值模拟

为研究采动地表裂缝的形成机理和采动地表裂缝影响下地表移动变形分布特征.采用有限差分数值模拟软件进行模拟分析.研究表明:工作面开采后,采空区上覆岩层以梁或板的形式沿层理面法线方向移动、弯曲,当移动变形传至地表,使地表拉伸及曲率变形超过土体抗拉强度时便产生裂缝;采动地表裂缝影响下,裂缝远离采空区一盘地表移动变形值均减小,最大变形位于裂缝位置,裂缝具有集中变形特征和阻断变形传播的屏障作用.研究成果对矿区地表建(构)筑物保护、地表裂缝治理具有一定参考价值.     

浅埋煤层开采覆岩移动规律数值分析

利用RFPA岩石破断过程分析系统软件，对神府东胜矿区活鸡兔煤矿厚松散层浅埋煤层首采工作面上覆岩层在采动后的活动规律进行了动态数值模拟。并根据模拟结果，分析了随着工作面采动和推进，上覆岩层的破断过程、特征与来压特点。模拟结果表明，卸荷变形是引起浅埋煤层直接顶初始离层的主要因素之一，浅埋煤层老顶岩层破坏的主要顺序仍为“离层－断裂－垮落”，厚松散层浅埋煤层开采时，当关键承载层完全垮落后，覆岩会发生直达地表的整体切落现象。     

大采深综放开采地表移动变形规律

为研究在大采深综放工作面开采条件下地表移动变形规律,以陈家沟煤矿八采区8512,8513综放工作面地表移动观测数据为基础,分析在大采深综放工作面条件下开采一个工作面与开采两个工作面后的地表移动变形规律。另外,运用概率积分法建立模型,根据观测数据进行反演模拟修正预计参数,得出在该条件下的概率积分预计参数,并总结充分采动条件下地表移动变形规律。结果表明:在大采深综放开采条件下,开采一个工作面时,地表属于极不充分采动,大采深极不充分采动地表移动变形一般较小,地表损害一般在Ⅰ级以内,开采后地表建筑物能够安全使用;开采两个工作面后,地表属非充分采动,地表水平移动范围较常规开采条件下范围要大,且水平移动范围一般比下沉范围大;预计在第四个工作面开采后地表达到充分采动。非充分采动条件下,下沉盆地呈非对称分布,最大下沉点不在采空区中心上方;在达到充分采动条件时,最大下沉值处于采空区中心上方,从盆地中心至边缘下沉值逐渐减小趋于0;拐点处的水平变形值与曲率值均为0.反演得出大采深综放工作面地表移动预计参数及地表移动角量参数,预计地表达到稳态时,地表最大下沉量为5 003 mm.此成果能够为该矿"三下开采"评价提供理论依据。     

覆岩离层注浆充填效果的综合评价

为了获得覆岩离层充填后地表沉陷与覆岩破坏的效果,采用点、线结合的办法建立地表移动变形观测站监测地表移动与房屋变形规律,在井下采用仰孔分段注水法及前端泄露式多回路注(放)水系统对东滩煤矿14 308工作面覆岩离层注浆条件下采动导水裂隙带的破坏特征进行了连续探测.结果表明:离层注浆条件下地表的减沉率达到了38.5%,离层注浆时的采动导水裂隙带高度值略高于正常条件下的高度值.综合评价效果为类似矿井的安全开采提供了科学依据.     

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.     

河流下限高协调开采方案

为解决杉木树煤矿河流下安全采煤问题.采用物理相似材料模拟和RFPA2D数值模拟方法,研究采后覆岩破坏规律及导水裂隙到高度并得出防水安全煤岩柱须为40倍采高.应用限高协调开采原理制定了局部限高协调开采方案.使用地表沉陷预计软件YLH-12预计采后地表变形情况,最大下沉值为1 500 mm并出现在采区中部,整条河道水平变形值为0~-11 mm/m.同时开采实践测得地表未出现大范围沉陷,河道下沉值小于水平变形值,工作面涌水量较小且变化不大.结果表明:限高协调开采理论正确可靠,并成功指导河流下安全开采.     

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。     

巨厚松散层力学性质及其对地表下沉的影响

开采引起的地表下沉与上覆岩土层的性质与结构密切相关,巨厚松散层条件下开采下沉规律具有特殊性。采用土工试验、数值模拟等相结合的方法,对巨厚松散层的力学性质及其对地表下沉的影响进行了研究。通过三轴不固结不排水试验对焦作矿区地表黏性土的抗剪强度进行了研究,得到焦作矿区松散层土体的内摩擦角和内聚力范围。以巨厚松散层条件下某工作面为实例,结合三轴试验结果,研究了不同巨厚松散层厚度、松散层内摩擦角和内聚力对地表下沉的影响;并将数值模拟结果与实测结果进行了对比验证。结果表明:地表最大下沉值随松散层厚度的增加而增加,随着松散层内摩擦角、内聚力的增加而减小。将巨厚松散层力学性质土工试验结果与开采下沉结合起来,对开采下沉的研究具有一定的指导意义。     

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。     

地表移动影响范围与地质采矿条件关系数值模拟

随着采空区增大，地质灾害不断增多，有必要对采动影响范围进行研究。10 mm下沉边界是确定影响范围的重要指标，且FLAC3D适合求解非线性大形变问题，因此可以将其用于探究地表移动影响范围(L)与地质采矿条件的关系。实验以某矿区A工作面和另一矿区B工作面为背景，通过建立数值模型，运用控制变量法探究了L与岩层厚度、松散层厚度、工作面开采尺寸、覆岩岩性的关系，给出了L的计算公式并对变化规律进行了理论与力学分析。结果表明：L与岩层厚度、松散层厚度呈正相关关系，L与采长呈负相关关系，L在关键层变软弱后显示出了轻微增长。研究为煤炭的合理开采及矿区地表建构筑物保护提供科学依据。     

贵州发耳煤矿尖山营滑坡特征及成因机制

高陡边坡地形条件进行煤层开采,极易引发地质灾害问题,给地质环境造成很大的破坏。以贵州发耳煤矿三采区的尖山营边坡为研究对象,查明了采空区分布情况及斜坡裂缝体系发育规律,结合该矿区地形地貌特征,分析该滑坡特征及影响因素,总结开采沉陷诱发山体滑坡的成因机制。结果表明:煤层开采后,上覆岩层发生应力重分布,采空区边界形成拉应力集中区;上覆岩层产生以沉降为主的弯曲变形,而在坡肩和坡脚部位产生较明显水平向外位移;变形过程中先在采空区后边界部位产生裂缝,回采煤柱后,裂缝贯通,形成潜在滑面,该滑坡变形机制为塌落沉陷-拉裂-蠕滑。     

深部近距离厚煤层开采覆岩结构空间的演化规律与应力分布特征

针对深井近距离煤层回采过程中,煤层工作面及其巷道频繁出现的形变过大、矿压突增问题,以海石湾煤矿近距离煤层开采为参考,采用相似模拟实验与理论计算方法,分别对距离相近的煤层因回采造成的覆岩结构演化、运动及围岩应力变化进行了模拟与分析.研究表明:覆岩中主关键层是否失稳破断对矿压分布的影响重大.在主关键层破断前,近场结构是矿压增量的主要来源,并使矿压具有波动性;当主关键层破断后,远场结构对于近距离各煤层矿压增量均起到主要作用,并使其变化特征具有典型的跳跃性.自下而上逐级传播的覆岩结构演化造成了主关键层的阶段性沉降,对于矿压的跳跃式变化起到了主要作用.研究发现了近距离煤层开采过程中的覆岩演化规律和矿压产生机理,对于采场矿压控制和巷道支护优化具有指导意义.     

工作面推进过程中上覆岩层冒落的数值模拟

为了研究在工作面推进过程中上覆岩层冒落情况，基于“支架梁”模型理论、连续介质力学和损伤介质力学原理，采用RFPA^2D分析系统，模拟了岩石从裂纹萌生、扩展直至断裂的全过程，再现了煤层采动中其上覆岩层来压及工作面推进过程中剪应力、岩层下沉的变化规律。结果表明：厚顶对上覆岩层的运动起控制作用，它是该岩层系统中的关键层，另外，随着工作面向前推进，在工作面前方煤壁形成支承压应力升高区，上覆各岩层的下沉量不断增加。     

基于多项式法的地表移动变形计算模型修正

针对基于概率积分法的地表移动变形值计算结果误差较大,评价煤层开采后上覆构筑物危险性存在安全风险的难题.依据地表下沉值与其它移动变形值之间的计算原理关系,结合煤层开采后地表移动变形计算结果和实测结果,该文提出了利用多项式法对计算模型进行修正的方法,构建基于概率积分法和多项式法相叠加的地表移动变形值计算模型.以某矿已采工作面地表下沉值实测数据为例,研究结果表明：计算模型修正后得到的地表下沉值与实测结果之间的误差范围仅为0.1～0.4 m,极大的减小了计算模型的误差范围.     

开采沉降测量预计

由于煤矿地下开采范围大、开采层数多而开采深度有限,开采的影响一般都能发展到地表,波及到上覆岩层与地表的一些与人类生产和生活有密切关系的对象。在开采影响波及到地表以后,受采动影响的地表从原有的标高向下沉降,从而在采空区上方形成一个比采空区面积大的多的下沉盆地。本文以葛店煤矿11031煤柱回采沉降情况为例进行了阐述。     

结合SBAS-InSAR与光学遥感的矿区地表塌陷监测

针对矿区地表塌陷过程中难以获取全面的形变信息问题,本文以河南某采煤塌陷区为研究区,首先,基于多源多时相光学遥感影像采用综合归一化差异水体指数提取开采塌陷区积水的空间展布情况;然后,利用SBAS-InSAR技术处理63景2017年3月19日至2021年4月27日Sentinel-1A影像,获取研究区地表形变信息。结果表明：2010-2019年间年均塌陷积水面积新增幅度基本平稳,2019-2021年间年均塌陷积水面积新增幅度减小;研究区最大形变速率为-60.42 mm/a,形变速率小于-15mm/a区域均有煤矿井工开采作业。本文方法有效的提取了开采塌陷区较长时期内地表形变信息和空间展布情况,为矿区地表塌陷监测提供新的思路,形成了一套有效的矿区地表塌陷监测工作方法和流程,提高了遥感技术在矿区地表塌陷宏观、快速、准确监测的目的,为矿区塌陷修复和生态环境治理提供基础数据支撑。