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。     

开采倾斜煤层地表移动的空间问题

本文从随机介质理论出发,导出三维情形下开采倾斜煤层地表移动及变形的一系列理论计算公式,监得到许多结论。给出简化计算公式。可以预计三维情形下开采倾斜煤层地表移动及变形。     

煤层开采覆岩应力场及地表移动特征

以大平煤矿S2S9工作面为研究对象,与邻近工作面实测资料相结合,利用ADINA有限元软件模拟研究工作面开采过程中覆岩的应力场及地表移动特征.研究结果表明:岩层下沉为非对称下沉;开采完成时,地表形成了对称的下沉曲线和反对称的水平移动曲线,最大下沉值位于采空区的正中央,而在开切眼和停采线出现了水平移动峰值;距离煤层顶板越近,煤壁上方覆岩中竖向应力峰值越大,采场前支承压力区一般分布在工作面前方45~90 m内,峰值点距煤壁10 m左右.     

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.     

时间函数与地表动态移动变形规律

详细分析了单参数的Knothe时间函数、双参数的Sroka-Schober时间函数和Kowalski 广义时间函数的优缺点及其相互关系,建立了应用Knothe时间函数进行地表动态移动变形预计的原理、无实测资料矿井时间参数的确定方法和开采单元划分的周期来压步距法.通过对不同工作面推进速度和不同时间影响系数条件下地表动态移动变形规律研究,获得了工作面稳定推进过程中回采速度、时间影响系数与地表最大动、静态变形关系的计算公式.经过1176东工作面观测资料的检验,证明了研究结果的有效性和实用性.     

曲面拟合技术在开采沉陷预计中的应用

在以前的开采沉陷预计软件中,往往采用等倾角或分段等倾角来预计工作面回采后地表的沉陷情况,这不符合煤层实际的赋存情况,因此,也带来理论上预计的误差。采用曲面拟合技术可以消除这种理论上的预计误差。利用地理信系统采集煤层底板等高线的基础数据,再拟合出工作面煤层的曲面方程,根据曲面方程可以求出工作面煤层的倾角、倾向;求出开采微单元的各种变形值的偏移方向和偏移值,按照概率积分法叠加原理最终求出预计区域内的地表沉陷的各种变形值。通过工程实例验证曲面拟合方法下沉预计值标准方差为:411.4,水平移动标准方差为:268.39;采用等倾角或分段等倾角预计下沉值标准方差为:5329.1,水平移动标准方差为986.6.曲面拟合法优于分段等倾角法。     

陶阳矿铁路下煤层群开采地表移动规律研究

本文根据多年来定期观测的大量数据。对铁路下煤层群重复开采的地表移动规律进行了分析、研究。主要是将各观测站所针对的主要开采工作面的基本条件和实际观测资料,利用参数识别的方法,求出各观测站的地表移动计算参数,并分析出计算参数的可靠性,同时,对各非充分采动条件下的观测站资料,利用求取的计算参数,模拟计算出具体地质开采条件下充分采动或接近充分采动时的地表移动变形。并分析计算出各种角值参数。     

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.     

近距离煤层工作面停采位置的选择与停采时的支护方法

本文根据实践经验,介绍了近距离煤层工作面停采位置的选择与停采时的支护方法。对类似条件下煤层的开采,具有借鉴作用。     

采动影响下山区地表裂隙发育通用离散单元法模拟研究

贵州响水煤矿3#煤层12309回采工作面停采后,离工作面较近地表未发现裂隙,远离工作面地表反而出现明显裂隙,针对这一现象,运用UDEC软件对12309采面进行了仿真数值模拟实验,通过模拟实验得到:采深172 m的开切眼前后出现两组裂隙,裂隙呈"V"字形;停采线处,水平离层裂隙和竖向破断裂隙贯通至地表冲沟;变坡面裂隙发育,稳定性差,会发生滑坡。     

极近距离薄煤层同采工作面的时空关系

针对鸡西矿区极近距离薄煤层下层工作面顶板管理问题,研究同采工作面时空关系。根据正阳煤矿地质资料,利用ANSYS软件建立数值模型,分析27-1#和27-2#同采工作面前、后方支承压力的分布规律。运用SPSS软件对现场工业实验数据进行多元统计分析,得到极近距离薄煤层同采工作面时空关系回归方程及错距计算公式。结果表明：27-1#和27-2#同采工作面前方4～8 m内支承压力急剧增长,在工作面控顶区1～2 m内支承压力降至最低;下煤层工作面应力峰值出现在上煤层峰值前方。两煤层按错距计算公式设计,将下煤层工作面处于上煤层工作面开采所形成的减压区内可实现同采。该研究对极近距离薄煤层的安全高效开采具有借鉴意义。     

采动影响下山区地表裂隙发育UDEC模拟研究

贵州响水煤矿3_#煤层12309回采工作面停采后,离工作面较近地表未发现裂隙,远离工作面地表反而出现明显裂隙,针对这一现象,运用UDEC软件对12309采面进行了仿真数值模拟实验,通过模拟实验得到：采深172 m的开切眼前后出现两组裂隙,裂隙呈“V”字形;停采线处,水平离层裂隙和竖向破断裂隙贯通至地表冲沟;变坡面裂隙发育,稳定性差,会发生滑坡。     

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。     

停采后覆岩及地表下沉率随时间变化实验分析

根据实验结果分析了开采停止后覆岩及地表下沉率随时间变化过程。下沉率随着开采面积的增大而增大，在采动过程中，从煤层顶板到地表的下沉率由大变小，当达到充分开采后，地表和岩层的下沉率基本趋近为一常数。根据下沉率随时间变化的特点，建立了其相应的函数形式，最后根据动态下沉率推导出动态下沉值的计算公式。     

水平煤层开采地表移动盆地主断面性质的研究

根据随机介质理论,本文详细地讨论了水平煤层开采时地表移动盆地主断面内移动及交形的性质,得出一些有月的结论,并从理论上分析了空间问题转化为平面问题的条件。本文对地表移动及变形的计算有一定的指导意义。图2,参3。     

鸡虎高速公路收费站车库楼采动影响分析

为能够最大限度的利用煤炭资源,同时又能保证周围建筑的使用功能,以鸡虎高速公路收费站车库楼地下煤炭开采为例,运用概率积分法的等价转换线积分方法,对煤矿已采工作面和未采煤层开采时对地表的影响分别进行计算,结合车库楼受损现状进行分析.研究结果表明:开采剩余资源,地表将发生多次的移动与变形,且累积的地表移动与变形各指标值均较大,已远远超过一般的砖混或框架结构建筑物的承受能力,所以不可对未采煤层进行开采.     

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.     

煤层开采过程中覆岩移动规律的UDEC数值模拟

为研究煤层开采过程中覆岩移动规律.通过UDEC软件建立背景工程的数值计算模型,分析煤层开采过程中覆岩运动规律和裂隙演化的时空特征.通过计算得出以下结论:1煤层开采对顶板岩层位移发展影响明显,上覆岩梁的应力成拱形分布,致使上覆岩梁内产生裂隙扩展,岩梁断裂,并呈梯形分布;2随着工作面推进过程,采空区空间持续增大,上覆岩层裂隙持续贯通,顶板岩梁断裂坍塌充填采空区.随着工作过程中,岩层之间开始发生离层,离层次序是自下而上,离层主要发生在强度不同的层间面上;3采场上覆岩层裂隙带高度随工作面的推进不断发展,针对不同地质条件,但当工作面推进一定距离时,裂隙带高度基本不变.同时,在裂隙带变化过程中可以采用指数曲线进行拟合.但指数拟合曲线仅仅模拟的是裂隙带整体变化趋势,不能完全通过拟合曲线得出不同工作断面裂隙带的高度.     

三维物理模型模拟深部巨厚砾岩下综放开采地表移动

为了研究深部开采巨厚砾岩关键层对矿山地表移动变形的影响机理。以千秋煤矿为背景,采用三维物理模型试验,利用压力传感器、多点位移计、分布式光纤传感等多种手段监测了覆岩及地表移动变形动态演化过程,对采动巨厚砾岩与矿山地表移动变形的内在联系机理进行了研究。结果表明,分布式光纤可准确监测到关键层和地表的移动变形量,巨厚砾岩作为主关键层,控制着地表移动变形,并有效减缓了覆岩变形由下向上传递给地表,且由于煤层埋藏深度大,主关键层未破断,地表下沉量和变形值都较小;预测随着工作面继续推进,巨厚砾岩主关键层将会达到极限跨距而破断失稳,采场将发生强矿压动力显现现象,地表出现台阶性下沉,甚至会产生地表裂缝。