煤矿井下高浓度胶结充填开采地表沉陷预计

为对煤矿井下高浓度胶结充填开采地表沉陷进行预计,运用"等价采高"的概念,建立充填开采等价采高模型,得出了充填开采地表沉陷最大值计算公式;采用FLAC3D数值模拟软件对充填开采地表沉陷情况进行模拟,应用数学回归分析数值计算结果探究了充填开采地表下沉系数和等价采高的关系,最终确定高浓度胶结充填开采地表下沉系数与等价采高近似成数学常数e的指数函数关系;结合现场工程实践,计算得出在特定条件下新阳矿充填开采地表下沉系数为0.11,地表沉陷预计最大值为72.6 mm,与其他采用充填开采技术工作面的地表沉陷实测结果基本一致.     

煤矿井下高浓度胶结充填开采地表沉陷预计

为对煤矿井下高浓度胶结充填开采地表沉陷进行预计,运用"等价采高"的概念,建立了充填开采等价采高模型,得出了充填开采地表沉陷最大值计算公式;采用FLAC3D数值模拟软件对充填开采地表沉陷情况进行模拟,应用数学回归分析数值计算结果探究了充填开采地表下沉系数和等价采高的关系,最终确定高浓度胶结充填开采地表下沉系数与等价采高近似成数学常数的指数函数关系;结合现场工程实践,计算得出在特定条件下新阳矿充填开采地表下沉系数为0.11,地表沉陷预计最大值为72.6 mm,与其他采用充填开采技术工作面的地表沉陷实测结果基本一致.     

厚黄土层矿区采动失水引起的地表沉降计算方法

西部厚黄土层覆盖矿区的采煤沉陷具有特殊性处于地下水位以下的饱和黄土层在开采沉陷过程中产生失水固结变形,将引起地表发生明显的附加沉降以渭北黄土覆盖矿区条件为模型,根据地下水位下降曲面特征分析了采动饱和黄土层失水固结的土力学机理,提出了采动黄土层压缩量的计算方法利用随机介质理论建立了采动黄土层失水固结引起的地表附加沉陷变形的计算模型实例计算表明,开采沉陷区黄土层的失水固结导致地表发生较大的沉陷,这种附加变形增大了地表变形程度和移动影响范围,对地面建筑物的保护造成不利影响     

渭北矿区厚黄土层采动变形数值模拟研究

渭北矿区黄土层覆盖厚度占开采深度的30%～70%,采煤沉陷规律具有特殊性。以渭北矿区大佛寺煤矿首采工作面开采为实例,利用FLAC软件分析了基岩开采沉陷引起的黄土层附加应力与变形的基本特征。数值模拟表明,采动黄土层中的附加竖向应力随着深度增加而增大,在地表附近水平向附加应力相对增量远大于竖直方向,地表变形由水平向附加应力所主导,在采空区上方产生体积压缩,在煤柱上方产生体积膨胀,地表土体单元的体积变形与水平变形及竖向变形具有相同的分布特征。本文揭示了采动黄土层变形的特殊机理,为建立厚黄土层矿区开采沉陷变形预计模型奠定了基础。     

碎矸体充填条件下煤柱变形数值模拟

为分析煤柱在渐变侧向约束力下的变形规律,以铁法晓南矿的保护煤柱开采实例为研究背景,采用理论分析、室内试验及数值模拟等方法,研究了不同级配矸石的压缩性能及侧压变化规律,建立了煤柱在碎矸体约束下的强度和峰值应力公式,并且推导了煤柱在侧压下的屈服区宽度公式.结果表明:在碎矸体充满或者接近充满采空区的情况下,布置6m采宽,6m柱宽的方案是可行的,煤柱在充填后强度增大,水平位移较之充填前减小,煤柱水平应力值是由底部最大到顶段最小,煤柱塑性区宽度也有所减小.研究结论初步突破了煤柱在侧向约束下的变形认识,为进一步研究充填开采保护煤柱的开采问题提供了理论基础.     

基于连续-离散介质耦合的密实充填开采地表沉陷预测模型

为构建固体密实充填开采地表沉陷预测模型,首先结合现场钻孔窥视及相似材料模拟分析固体密实充填开采的覆岩变形特征;随后采用Winkler和Vlazov两类弹性地基梁建立基本顶力学模型,得到基本顶弯曲下沉方程;将基本顶的弯曲下沉视为上覆岩层沉降的边界条件,基于离散介质运移规律推导出固体密实充填开采的地表沉陷预测模型。最后将预测模型应用于花园煤矿,得到的下沉量预测值与实测值基本吻合,证实了模型的准确性。     

浅析条带充填开采煤柱宽度和开采宽度的确定

本文通过对条带充填开采煤柱载荷和煤柱强度的理论分析,提出了条带充填开采所需留设的合理煤柱尺寸及开采宽度。理论,试验研究和开采实践证明,条带开采充填采空区能够降低采面周围的支承压力,开采后工作面周围的应力分布较长壁全面开采更为均匀,这种开采方法被广泛的应用于“三下一上”采煤之中。条带开采方法就是将煤层块段划分成比较正规的条带形状,采一条留一条,保留的条带煤柱能够承受上覆岩层的部分载荷。在采留宽度合理的条件下,可以减少由于煤层开采引起的矿山压力,避免或减小底板突水的发生,地表只发生轻微均匀的移动和变形。煤柱的强度及稳定性受多方面的因素制约,如煤的抗压强度,煤柱尺寸大小,形状及采空区顶底板的管理方法等。在煤柱尺寸及形状一定的条件下,煤柱的承载能力不仅受到煤的抗压强度的限制,而在更大程度上煤柱强度取决于煤层侧向变形阻力和煤层沿着与顶底板岩接触上的磨擦阻力。试验结果表明(1)在煤柱内部处于三向受力状态时,它能承受200mp2的应力,而在煤柱外边缘的单向抗压强度仅为5~40mp2;(2)在宽高比相同时,长方形煤柱比正方形煤柱的强度高40%,这是因为长方形煤柱的周边较长,从而提供的侧限力较大。增加煤柱的侧限力就能提高煤柱的...     

条带开采保留煤柱宽度和采出宽度与地表变形的关系

应用条带开采进行建筑物下压煤开采,除保证留设煤柱要有足够的强度和稳定性,开采宽度不超过上覆岩层所形成稳定结构(托板、平衡拱、梁等)极限宽度外,条带开采还应保证地表不出现波浪型下沉盆地。以概率密度函数法为基础,从开采沉陷的角度分析了条带开采煤柱宽度、采出宽度和地表变形的关系,得出了条带开采煤柱宽度和采出宽度的最佳匹配计算方法,对条带开采地表移动和变形控制具有一定的借鉴意义。图6,参10。     

长壁工作面矸石充填开采沉陷控制效果的初步分析

在简要介绍长壁工作面矸石充填采煤原理的基础上,分析了长壁工作面矸石充填开采沉陷机理和过程,提出了矸石充填开采的有效充填厚度和等效开采厚度的概念,建立了长壁工作面矸石充填开采覆岩破坏和地表沉陷的预测模式。并结合兖州矿区某煤矿3煤采区地质采矿条件,分析研究了矸石充填开采沉陷控制的具体效果。     

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.     

2004—2013年开采沉陷类国家自然科学基金项目分析

回顾了国家自然科学基金委2004—2013资助开采沉陷类项目的基本情况,分析了开采沉陷领域面临的主要科学问题。开采沉陷类基金资助项目的主要研究内容为开采沉陷机理、开采沉陷与地表变形规律、开采沉陷预测模型和方法、地表移动变形监测技术、开采沉陷控制、采动地层地基稳定性、开采沉陷对地表构(建)筑物的影响及安全防护,尤其集中在开采沉陷机理、预测和控制三个方面。     

充填开采充填率与地表移动规律的数值模拟研究

为研究充填开采重要参数充填率与地表移动变形之间的关系,结合某煤矿工作面,采用FLAC3D数值模拟方法,对充填开采不同充填率条件下地表沉降规律进行了模拟计算.结果表明:充填率与下沉系数呈指数关系,与水平变形和倾斜变形呈二次函数关系,与曲率变形为指数关系;当充填率增加时,地表变形快速减小,当充填率增加到80%以上时,地表下沉及变形值减小幅度趋缓;充填开采有效改善了围岩力学环境,不同的充填率影响了覆岩"三带"的岩体力学性质,使得下沉系数及地表变形与充填率呈非线性关系.本文结论对充填开采控制地表变形,保护地面建筑物具有一定的理论参考价值和实践指导意义.     

粉煤灰基胶结材料袋式条带充填开采实验

为了防控采空区覆岩地表移动,解放"三下"压煤,利用新型粉煤灰基胶结材料,在七台河桃山矿93#煤层采空区进行了工业实验。通过制浆系统制得充填浆料后用管路输送到采空区充填袋,待材料硬化充填体有自立能力后撤掉支柱及模板,大量充填袋形成充填条带后替代保护煤柱。该方法在桃山矿充填开采实验后,结果表明:粉煤灰基胶结材料形成充填体后,早期强度增长迅速,煤炭采出率提高40%,实现顶板无破断、地表微沉陷的效果。     

条带开采沉陷预测分析与工程应用

为了合理确定条带开采留宽长度,模拟条带开采引起的地表变形,开挖环境的工程措施要求、保护对象的空间位置和开采岩层的情况,选用相应的条带开采沉陷机理、计算模型和计算方法,用以预测设计开采区的地表变形以及采后数据整理.全部工作是在自行研发的软件包的基础上完成,实现了地表变形计算的可视化分析系统.依据马蹄沟煤矿地面观测资料及采区的地质开采条件为基础,应用该系统,指导该矿成功的在河流及建筑物下开采,做到了准确预测预报.     

人工湖下连采连充煤炭开采地表移动变形预测研究

为研究人工湖下煤炭连采连充开采后的地表移动变形规律，对连采连充工作面进行了室内力学试验和现场取芯力学试验，验证充填体的可行性；基于等价采高概率积分法，对连采连充工作面进行地表沉陷预测；通过数值模拟计算，分析导水裂缝带发育高度，并与概率积分法结果进行对比。结果表明：充填体的强度5.063 MPa超过设计强度2.0 MPa,能够确保矿井的安全开采；连采连充工作面开采后，地表倾斜值极值0.3 mm/m,地表水平变形极值-0.2 mm/m,小于砖混结构建筑I级损坏范围，周围地表沉陷平缓，无安全隐患；导水裂缝带发育高度约49.7 m,距离隔水层约160.3 m,水下采煤安全，FLAC^3D数值模拟和概率积分法结果比较接近，验证连采连充技术可有效减缓地表移动变形。     

西部黄土山区开采沉陷变形数值模拟研究

西部黄土山区开采沉陷变形规律远比平原地区复杂多变。以陕西铜川厚黄土山区采矿地质条件构建不同斜坡组合与平地条件的计算模型,通过FLAC-3D数值模拟分析了单一斜坡、凸形和凹形组合斜坡条件下地表侧向滑移引起的水平移动和下沉分布特征,并绘出了地表开采沉陷与斜坡侧向滑移分布曲线。进一步分析表明,当开采沉陷引起的水平位移及其变形与斜坡向下坡方向的滑移变形方向一致时,在地表形成两者的叠加,增大了斜坡体的变形;当两者方向相反时则导致2种变形部分"抵消"。上述采动斜坡中开采沉陷与坡体侧向滑移的"叠加"效应,导致了黄土山区地表沉陷变形规律的复杂性。     

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.     

充填开采控制地表沉陷的空隙量守恒理论及应用研究

充填开采是解决煤矿开采造成的环境问题,控制地表沉陷的有效技术途径之一.通过分析地表沉陷的形成过程及控制机理,提出了充填开采控制地表沉陷的空隙量守恒理论,推导出了地表沉陷盆地体积计算公式.依据该理论进一步提出了控制地表沉陷的技术途径,包括提高采空区的充填率、提高充填料浆及充填体的物理力学性能及增大上覆岩层滞留空隙体积等.工程实践表明,充填开采控制地表沉陷的空隙量守恒理论在煤矿膏体充填开采实践中得到了成功应用.     

多次动压下近距离煤层群覆岩破坏规律研究

应用不连续变形分析(DDA)方法模拟分析了邻近工作面开采和本工作面开采对上覆岩层及留设小煤柱的变形影响规律,再现了上覆岩层、留设煤柱及巷道的变形破坏过程,获得了小煤柱巷道在多次动压影响下的变形量、应力分布和破坏范围.随着开采的推进.工作面的上方会形成半椭圆形的应力场,由此可预测采空区上覆岩层的离层及关键层的形成.当下煤层开采通过邻近上煤层所留设煤柱对应位置时,留设煤柱所承受的载荷最大,在回采过程中可产生很大的应力释放,导致上覆岩层有大范围的离层,并由此引发地表大面积沉陷.此时要注意防范诸如冲击地压及地表沉陷地质灾害事故的发生.     

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。