基于放矿下临界散体柱理论的地表塌陷范围预测

临界散体柱理论是通过散体侧压力来确定临界散体柱的高度,从而预测地表塌陷范围.以往散体侧压力的测试未考虑井下放矿对散体侧压力的影响,导致预测不准确.因此利用散体侧压力测试系统对流动散体侧压力进行了实验.通过对比散体侧压力的变化曲线,得出放矿过程对散体侧压力的影响.结果表明:下部放矿,仅对放矿口区域附近的散体侧压力产生影响,且影响范围较小,随着散体的沉实,散体侧压力将会进一步增大.同时结合古典杨森理论和临界散体柱理论,推导出在放矿情况下临界散体柱高度的计算方法;结合陷落角与采深的关系,为预测地表塌陷范围提供相关参考.     

基于响应面法的地表塌陷可靠度分析

地下矿开采诱发的地表塌陷已成为矿山生产中重大的安全隐患.目前地表塌陷范围圈定仍采用传统的岩移角概念,其圈定范围与实际塌陷范围存在较大偏差.为改善上述问题,基于响应面法得到的可靠度指标建立了塌陷区范围的计算方法.首先利用离散元数值计算方法开展岩层塌陷变形的岩体力学参数敏感度分析,选择敏感度较强的参数作为随机变量拟合响应面函数;然后采用MATLAB计算不同劣化程度下岩体的可靠度指标,最终利用可靠度指标划分不同风险等级区域.利用该方法对辽宁省朝阳新华钼业有限责任公司钼矿塌陷区范围进行了计算分析,数值计算结果显示,岩体的弹性模量、内聚力和内摩擦角是地表塌陷区计算的敏感性参数,通过与无人机扫描的塌陷坑范围比对,证明提出的塌陷区计算方法较为合理与准确,可以为矿山塌陷区的安全管理提供工程指导.     

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。     

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。     

孕育型土洞地陷判据研究

为评价地下孔洞发育过程中地表稳定性,将孔洞发育过程中地表变化过程离散化,依据突变理论建立地表塌陷分析判据;结合覆盖层土体失稳一致性、失稳同时性、塑形贯通判据及塑性区云图分析初步验证判据的有效性.利用上述方法量化地表失稳的判定过程,以此得到临界孔洞半径、地表塌陷范围,并讨论了覆盖层临界厚度与内摩擦角、黏聚力、弹性模量及泊松比之间的关系.研究结果表明,覆盖层厚度与内摩擦角及黏聚力均能拟合成相关性较好的线性关系,覆盖层厚度对泊松比和弹性模量并不敏感.基于突变理论的地表失稳判据可为发育孔洞上方地表稳定性探讨提供有益参考.     

陷落柱赋存特征与导水性模拟研究

依据陷落柱形成机理和过程,采用UDEC软件模拟计算了陷落柱在不同直径时的充填特征,模拟结果表明:当陷落柱直径较小时,陷落柱内岩体呈现不规则塌落,陷落柱体本身可能成为导水通道;陷落柱直径较大时,陷落主内岩体可能呈整体塌陷,完整性较好,陷落柱周边裂隙带可能成为导水通道。陷落柱周边形成应力增高区,且应力集中系数及影响范围随着陷落柱的规模增大而增大。在陷落柱形成过程中,其上部可能形成一定规模空洞,可能产生积水现象,因此在回采过程中对陷落柱的上下方都应加强探测。     

无线电坑透技术在3301工作面的应用

随着矿井开采范围逐年延深,地质条件越来越复杂,严重影响矿井生产。通过对3301工作面进行电磁波坑透探测对深部煤层、构造、水文地质、陷落柱等进行勘查,查明工作面内构造的发育程度和煤层厚度变化等情况,为工作面回采提供较为可靠的地质资料,为安全生产提供保障。     

缓倾斜中厚矿体充填开采上覆岩层运移规律研究

针对缓倾斜中厚矿体下行充填开采过程中岩层移动和地表塌陷规律展开了研究.通过FLAC3D三维数值计算确定典型勘探线剖面,以河砂为骨料,重晶石粉为胶结剂进行大型相似材料模型试验,利用3DEC数值分析软件对模型试验结果进行验证分析.结果表明,充填开采能有效抑制岩层移动和地表塌陷,使地表沉降范围集中在矿体顶部且沉降中心随下行开采过程中向矿体中心移动;深埋矿体的开采对上覆岩层移动范围的影响较浅埋矿体的采动影响小;岩层移动塌落的角度随开采深度的增加先变小后变大,最终沉降以筒型陷落为主.     

数值分析法确定露转坑岩层移动范围

 随着浅部矿产资源的枯竭,中国许多露天开采已经或即将转入地下开采,或露天与地下联合开采。合理确定岩层及地表的移动,为露转坑设计和安全生产提供依据是露转坑联合开采首先要解决的重要课题之一。为了验证永平铜矿露天转地下开采工程设计的合理性,为后续安全生产提供参考,采用三维有限差分数值模拟计算方法,系统地分析永平铜矿II、IV号矿体在不同开采水平的岩体移动变形、地表位移变化及露采边坡稳定状态,给出了相应开采水平的岩体及地表移动变形特征、最大垂直和水平位移,以及岩体移动角。结果表明,II号矿体对岩层移动的影响远大于IV号矿体;最大垂直和水平位移均在II号矿体上部东部边坡岩体中;合理的开采顺序应是先采Ⅳ号矿体,后采II号矿体;模型局部地段处于破坏或极限稳定状态,但随开采深入,露采边坡整体处于稳定状态,因此矿山采用的矿房回采嗣后充填采矿方法合理可行。用FLAC3D数值模拟方法研究露转坑联合开采的岩层移动规律,反映了岩体应力、变形的客观过程,为露转坑矿体开采岩层移动范围确定提供了一条新的途径。     

岩溶疏干区覆盖层土体的稳定性分析

为给岩溶覆盖区盖层土体的稳定性判别方法提供更多的有效途径,以岩溶疏干区典型圆柱状盖层土体为研究对象,基于传统的极限平衡法,首先建立了处于一定覆盖层厚度、土体重度、降雨积水深度及岩溶空腔跨度等条件下的覆盖层土柱 临界线,在覆盖层土柱的渐进破坏过程中,土体的黏聚强度和内摩擦角发挥作用的大小和顺序是不同的,根据潘家铮原理假设二者沿着距离 临界线最短的路径折减,然后利用强度折减法确定了黏聚强度和内摩擦角的折减系数,进而获得了岩溶覆盖区盖层土体的稳定系数计算式,定义了覆盖层土体稳定状态的可靠域及失效域。最后指出在圆柱状塌陷坑形成后由于应力重新分布和集中,塌陷坑有继续塌陷的可能,通过分析建立了塌陷坑稳定性判据系数,为圆柱状塌陷坑是否二次发育继续塌陷提供了判定依据。实例分析表明,基于强度折减法建立的稳定系数计算结果及利用塌陷坑稳定性判据系数对已有塌陷坑稳定性进行判定的结果与现实情况吻合良好,为岩溶覆盖区盖层土体的稳定性分析提供了理论依据。     

地铁吊脚桩深基坑围护结构及土体变形规律

通过分析典型"土岩二元结构地层"深基坑的特点,选取青岛地铁李村站的吊脚桩深基坑作为研究对象,采用ABAQUS有限元仿真计算,并结合大量现场监测数据分析的方法,对吊脚桩深基坑围护结构及土体的变形规律展开了研究。研究结果表明:"土岩二元结构"地层深基坑具有和土质基坑或岩质基坑显著不同的特点;随着基坑开挖深度的增加,围护结构的侧移逐渐增大,最终的侧移形态为上部小、中下部大的"花瓶形";地表沉降随基坑开挖深度的增加而增加,在开挖深度小于2 m时,地表沉降表现为"三角形"模式;随着开挖深度增加至6 m,沉降模式由"三角形"转变为"凹槽型",此后沉降形态保持为"凹槽型"不变。基坑深层土体沉降曲线性状与地面沉降相似,但沉降的影响范围随着深度的增大有所减小,土岩界面以下地层受上覆土层开挖卸荷而产生的回弹影响非常小。     

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。     

覆沙层下大采高工作面覆岩运移规律

大采高开采的方法是提高煤炭资源回收、实现矿井高产高效的重要发展方向,但也造成工作面覆岩破坏严重。为此,文中以宁东煤田赋存的覆沙层下特厚煤层为背景开展大采全高工作面覆岩运移研究,运用相似模拟的方法并综合多种监测仪器从模拟现象、力源两个角度对大采高工作面覆岩运移、下沉乃至垮落的特征进行了全程监测与分析。研究表明:大采高工作面覆岩垮落初次来压步距较大,支架带压移架后极易发生直接顶乃至老顶的突然垮落,工作面来压强烈、伴随有明显的支架动载现象;延伸至地表的裂隙有诱发地表覆沙层弯曲、有溃入工作面的可能;模型开采结束后形成了6条贯穿至地表且与工作面推进方向成60°的垮落裂缝;模型内部各岩层下沉范围随着工作面的推进而不断扩大,呈U字型下沉趋势。     

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.     

铁法煤田沉陷灾害分区研究

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沉陷灾害进行研究,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.根据地表沉降值、水平移动、倾斜、曲率现状值和预测值对沉陷区的建设场地进行危险性分级和分区,将铁法煤田沉陷区分为灾害危险性大区、危险性中等区和危险性小区,并提出了避让和治理措施,为沉陷区治理和沉陷区村屯规划提供决策依据.     

地表水体下厚煤层综放工作面安全开采技术

为了保证地表水体下综放工作面安全回采.以山西某矿为试验矿井,采用钻孔电视和分段注水试验对矿井导水裂缝带发育高度进行探测,对地表沉降进行了监测分析,并对水体下工作面开采进行了涌水量监测,实现了水体下工作面的安全回采.研究结果表明:厚煤层综放工作面导水裂缝带发育高度为119.7～127.2 m,裂采比为19.9～21.1;工作面回采前裂隙数量为1～2条,宽度以4 mm为主.当工作面回采后,在132～148 m范围内,裂隙数量最多增加到7条,裂隙宽度可达8 mm.在148～160 m范围内,裂隙数量和宽度与工作面回采前持平;工作面回采后,地表最终产生拉裂缝,最大深度为6.5 m,不会造成地表河水的突然下泻;地表水体下工作面回采过程中无留设保护煤柱,最大涌水量与非水体下工作面开采持平,工作面回采过程中地表水未进入到工作面,实现了安全回采,为类似矿井提供了借鉴.     

降雨条件下的节理化露天矿高边坡稳定性分析

露天矿的开采形成了许多节理化的人工高边坡,这些边坡的岩土体结构破碎且复杂,因而在考虑边坡的整体稳定性时,地震力和地下水的作用不可忽略。为最大限度地减小开挖量及保证开采过程中的边坡整体稳定,结合青海省某大型露天镍钴矿开采后形成的节理化高陡边坡,在考虑地下水和地震力作用下,通过Geo Studio软件中的几大模块对研究区域整体边坡稳定性进行定量计算分析,并得到降雨条件下边坡稳定性及表面水平位移变化规律。之后通过对计算结果的分析得到研究区域内最佳开采坡角为44°,持续降雨状况下,坡中点的表面水平位移变化最大。最终得到开采坡角的角度对露天矿边坡整体稳定性影响巨大,且对该露天矿的开采提出了一些实用性建议。     

深部复杂金矿体充填开采对地表建筑物稳定性影响

为研究深部复杂矿体开采对地表建筑物稳定性的影响，借助概率积分法计算安全开采深度;采用3D Mine-Rhinoceros-FLAC^3D耦合构建矿区三维模型，进行地表安全性及变形规律研究.结果表明:①采用充填法进行深部矿体开采，地表产生均匀沉降变形，最大主应力随回采步骤增加呈多项式增长趋势，最小主应力呈线性增长趋势，扰动高度沿矿体走向呈正态分布趋势;②矿体的开采使其正上方产生“盆地式变形”，并依据安全性参数进行地表扰动边界圈定;③当下沉变形值小于10mm、变化率大于0.5时和下沉变形值大于10mm而小于20mm、变化率大于1.5时，地表均为整体下沉现象，稳定性不受影响.