基于激光雷达监测的矿山开采诱发地表运移规律分析

为研究长期开采活动诱发矿山地质环境改变,进一步引发矿区地表运移规律等问题,以云南落雪铜矿矿区典型采空区为研究对象,采用合成孔径雷达对矿山关键区域开展非接触式、不间断、全覆盖面的变形监测,通过数值模拟对比分析了采空区的形成和充填过程地表的运移规律,对地表变形发展特点和地表运移发生机理做出判识。研究结果表明:合成孔径边坡雷达可实现非接触式的高精度监测,且数值计算变形集中区域与雷达监测活动区域较吻合,说明矿区存在地表运移的可能。研究结果为矿区地表运移提出了针对性的控制及预防对策,为矿区防灾减灾技术支撑。     

黄土山区矿井地表移动变形数值模拟

黄土山区地形条件复杂,煤层地下开采引起的地表移动变形规律与平原区不同。文中以最具代表性的铜川矿区为例,运用有限差分法数值计算软件(FLAC3D)研究了黄土山区地下煤层开采引起的地表移动变形的规律。研究表明,黄土山区地表移动变形除了有向采空区方向移动的位移分量外,还有向山坡下方移动的位移分量,地下煤层顺坡向开采可在一定程度上减缓和控制山区地表采动损害。     

贵州采煤塌陷引发的地质灾害及塌陷区的类型

贵州省因采煤塌陷引发的矿山地质灾害主要表现为地裂缝、滑坡、崩塌、泥石流等,其发育程度和影响程度在不同采煤塌陷区差异较大。采煤塌陷区可划分为六盘水复合型塌陷区、贵-毕中度塌陷区及黔东轻微塌陷区等三种类型。其中,第一种类型煤矿采空区地表沉陷变形最明显,易引发次生地质灾害,危害性最大;第二种类型采空区地表沉陷变形较明显,引发次生地质灾害的可能性和危害程度较前者小;第三种类型采空区地表沉陷变形不明显,塌陷危害较小。     

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。     

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.     

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.     

荷载作用下老采空区上方地表移动变形规律的数值模拟研究

利用数值模拟方法,分析了开采深度和松散层厚度对采空区地表移动及变形量的影响,系统地讨论了地表移动变形规律.试验结果表明:地表残余下沉量和变形量随着开采深度的增大而减小,随着松散层厚度的增大而增大.     

山区典型地貌表土层采动滑移规律的数值模拟分析

山区采动滑移是在复杂的地形、地质及采矿条件下多种影响因素的综合结果,用有限元法从岩石力学角度出发研究采动地表和岩层内部的移动与变形的力学机制,选取了4个山区典型地貌,在整个采动覆岩至地表的全断面上进行力学模拟分析,并与实测资料分析对比,着重研究了表土层采动滑移的特点,并从中总结出山区表土层采动滑移的一般规律。     

露天铁矿端帮开采诱发的地表及岩层移动规律

采用三维物理模型试验方法,以辽宁鞍山眼前山铁矿为工程依托研究了端帮开采诱发地表及岩层移动变形规律。试验结果发现岩体中控制性节理的存在对岩层移动范围及变形过程和机理有重要影响;模型试验发现采空区上方岩层移动变形表现为"井"状陷落,这与现场调查发现的塌陷坑吻合。结果表明物理模型试验可以在微观上再现采矿诱发地表及岩层移动的全过程,有助于半定量地分析岩层移动变形机理。     

不同采出率下覆岩移动的数值模拟

为准确而有效的掌握条带开采上覆岩层移动规律,采用FLAC3D数值模拟软件,对辽宁省灯塔市西马煤矿北二采区西上岗子村下压12煤在不同采出率开采条件下,采空区上覆岩层变形传播规律进行研究,对采空区覆岩及对应地表布设位移测点得到竖向和水平位移变化曲线.研究结果表明:随着采出率由40%增加到50%,再到60%,采空区顶板测点最大竖向位移增量分别为51.51 mm和119.56 mm,对应地表最大竖向位移增量为17.38 mm和65.67 mm,而水平位移随采出率变化关系与竖向位移相似,但其受到开采影响范围相对小一些;当采出率一定时,在同一位移观测线上,采空区顶板对应测点移动变形量大于煤柱顶板对应测点的移动变形量,这种高差趋势向地表方向而逐渐减小.最后,通过对竖向位移与采出率变化关系进行拟合分析,得到采空区顶板和对应地表最大竖向位移与采出率呈幂函数增长关系.     

露天铁矿端帮开采诱发地表及岩层移动规律

本文采用三维物理模型试验方法,以辽宁鞍山眼前山铁矿为工程依托研究了端帮开采诱发地表及岩层移动变形规律。试验结果发现岩体中控制性节理的存在对岩层移动范围及变形过程和机理有重要影响;模型试验发现采空区上方岩层移动变形表现为“井”状陷落,这与现场调查发现的塌陷坑吻合。结果表明物理模型试验可以在微观上再现采矿诱发地表及岩层移动的全过程,有助于我们半定量的分析岩层移动变形机理。     

弱面对地表移动范围和不连续变形的影响

矿山开采中断层等弱面的存在,不仅改变了地表移动变形范围,同时由于断层露头地表的变形集中而形成塌陷台阶.增大了地表采动损害程度.根据断层面倾角与基岩移动角之间的关系,分析了断层对地表移动范围和非连续变形的影响规律,探讨了断层露头处台阶和裂缝的计算方法,实例分析表明,计算的断层台阶尺寸与实际观测相符,可以为有断层的地面建筑物布置和地下开采优化提供一定的技术依据.图5,参10.     

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。     

采空区地表框架结构建筑物的附加内力分析

针对煤矿采空区地面框架结构建筑物,利用有限元法对模拟动态开采过程中的地表移动变形所产生的框架附加内力进行计算,分析了框架附加内力与地表移动变形之间的关系和附加内力的分布规律,并指出了对建筑物安全性的影响。     

荷载作用下老采空区地表移动规律的试验研究

利用相似材料模拟试验动态模拟采空区形成过程,当采煤结束且采空区基本稳定后,通过在采空区的不同位置逐级加荷载来分析研究老采空区地表的移动和变形规律。试验结果表明:(1)加载后地表各参数的残余变形均有所增加,其最大残余变形值基本发生在采空区两侧;(2)荷载越大,地表的残余变形越大;(3)荷载布置在采空区两侧比布置在中央引起的残余变形要大;(4)采深采厚比越小,地面荷载对采空区的扰动影响越大。并列举工程实例对试验结果进行了初步验证。     

断层影响下开采沉陷预计研究

在地质条件复杂,特别是遇到断层的情况下,地表沉陷的正常规律被掩盖,表现出特殊的规律性.对断层影响下的开采沉陷预计问题进行了研究,建立了基于概率积分法的预计模型.在该模型中,将开采引起断层的离层空间看成一个等效倾斜采空区,分别计算实际采空区和等效采空区对地表的影响,然后将两者叠加起来,得到地表变形.基于AutoCADVBA平台,利用该预计模型开发了预计程序.运用该程序可以预计计算出断层影响下地表的:下沉值(W)、水平移动值(U)、倾斜值(i)、曲率值(k)、水平变形值(ε).程序能以栅格或是矢量数据格式输出变形曲线.通过与实测资料对比,验证了该模型的正确性.     

地下连拱隧道施工地表沉降分析及预测

本文以重庆彭家花园双连拱隧道为工程背景,方法条件下,针对不同埋深、断面大小进行回归分析,的预测公式,并结合三维数值模拟验证了回归效果。就矿山法双连拱隧道施工引起的地表变形进行研究;在不同施工从理论上弄清地表沉降的规律,提出矿山法施工条件下地表沉降     

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.     

地质动力引起岩层移动变异及突变灾害研究

在地质动力的作用下，矿山地下开采正常的岩层与地表移动规律将发生变化，甚至会发生突变灾害。本文基于地球动力区划的理论和方法，对北票台吉矿急倾斜煤层深部开采条件下，煤层地板形变、断层活化、动力突变现象进行了分析研究。提出了区域应力活动是岩层移动变异和地下动力现象的力源，地下采矿活动为地质动力释放提供了空间条件的观点。文中还讨论了矿山地质动力的作用特征、区划方法和对岩层与地表移动的影响规律。     

神木矿区大柳塔矿开采沉陷损伤有限元分析

针对神木矿区大柳塔矿的实际情况,从岩体损伤力学角度出发,对神木矿区大柳塔矿的开采沉陷进行了损伤有限元分析.程序中考虑岩体损伤时,在充分采动的条件下,模拟采空区形成冒落带和裂隙带,研究地表移动变形规律,为矿区土地复垦和可持续发展提供理论依据.