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.     

开采引起的地表裂缝规律研究

分析了开采引起的地表裂缝的成因机制及其影响因素,研究了地表裂缝的发育过程.以兖州某矿区为例,根据实地监测数据,研究了塌陷区地表裂缝的发育、分布特征、裂缝的宽度、深度与变形等规律;得到该开采条件下最大水平位移、最大水平变形、最大下沉点、最大倾斜点、最大宽度裂缝和最大裂缝变形等特征点相对工作面的位置.     

重复采动条件下房屋裂缝规律的分析

基于现场实测获得的房屋裂缝和地表水平变形资料,分别分析了初次采动和重复采动条件下房屋裂缝的发育规律,分析了重复采动条件下房屋裂缝发育规律的特殊问题。获得了采运过程中房屋裂缝宽度与地表水平变形之间的关系曲线。在村下采煤过程中,井下工作面若保持匀速推进,就可以保证房屋承受匀速、渐变的拉伸、压缩变形过程,使房屋的残余变形很小,反之,房屋破坏程度就比较严重。由于房屋极易从已有裂缝处开裂,形成更大的裂缝,因此,重复采动前,应对已有损坏的房屋进行适当的维修。     

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。     

西部矿区巨厚黄土层开采裂缝机理

为研究中国西部黄土矿区地表开采裂缝的形成机理,采用理论分析和试验的方法,运用土力学原理,结合开采沉陷理论,探讨土体剪切破坏与黄土层采动裂缝的形成机理.将理论应用到彬长矿区B40301工作面进行验证分析.研究结果表明:采动黄土层下沉弯曲引起的土体水平变形,造成土体单元水平方向应力松弛,达到剪切破坏的极限平衡状态;地表土层中的侧向水平应力近似为零,当存在克服土体凝聚力或抗拉强度的拉伸应变时,地表将会产生裂缝;推算出开采裂缝产生的临界深度预算公式,及地表产生裂缝的临界水平变形值计算公式.     

采空区地表变形对既有砌体结构影响分析

煤炭开采沉陷区的较大地表变形（倾斜、水平变形和曲率）会对既有砌体房屋造成倾斜、裂缝或倒塌等破坏。在总结“三下”压煤现状的基础上,根据拟建矿区具体的地质条件和开采条件预估算各种地表变形值,用ANSYS有限元整体模型思想建立典型多层砌体结构,分析砌体结构在拟建矿区开采沉陷导致地表整体倾斜、水平受拉变形和不均匀沉降情况下的墙体受力情况,并与在正常工作状态下的墙体受力情况做对比,总结各工况下墙体的受力特点,对采空区砌体结构的抗变形提出建议。     

地表水沿裂缝带入渗对路基路面的影响

针对地表水沿断裂及地裂缝带入渗引起的地表不均匀差异沉降变形对公路路基路面的影响,在综合分析地表水入渗作用机理的基础上,运用大型通用岩土数值分析软件MIDAS/GTS,研究了地裂缝、活断层环境下地表水入渗对公路路基路面的影响效应。研究结果表明,路基底面在公路重力作用下将随着地表一起下沉,路基底面的变形曲线与地面的沉降曲线基本一致,路面及路基底面的受力状态主要由地表不均匀沉降曲线控制。     

芦沟煤矿水库坝体下采煤安全性研究

为了实现水库坝体下安全采煤.采用理论及计算分析,地表移动和变形预计等方法,从坝体下工作面开采技术方案确定、坝体移动和变形值计算,导水裂缝带发育高度计算,断层对坝体的影响等方面研究了水库坝体下采煤的安全性.通过合理确定工作面尺寸和开采顺序,确定了坝体下工作面开采技术方案;各工作面开采后,坝体受到的最大拉伸水平变形值为1.2 mm/m,小于坝体能承受的允许变形值;导水断裂带发育高度为40.8 m,导水裂缝带发育最大标高与水库底部之间有较厚的基岩,导水裂缝带不会波及到水库水体;同时,断层不会对坝体产生明显的影响.水库坝体下采煤是安全可行的.     

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。     

浅谈矿区工程结构裂缝及防治原理

地下开采引起矿区地表工程结构产生不均匀变形(水平变形、竖向变形和曲率变形),导致工程结构的倾斜、开裂,特别是工程结构裂缝病害最为普遍和突出,轻则影响美观、强度、耐久性,重则危及生产和人身安全。裂缝是固体材料中的某种不连续现象,结构物的裂缝是一个很普遍的技术问题,工程的破坏与倒塌大多是从裂缝的扩展开始的。如何有效处理矿区结构物裂缝,改善矿区工程结构的性能,明显延长结构的使用年限,增强矿区工程结构抵抗变形的能力,提高结构的耐久性和安全性,具有重要的社会效益和经济效益。     

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。     

采动过程中地表位移变形预计方法

本文通过采动过程中地表位移变形的动态分析，建立了下沉盆地形成过程的动态位移变形预计数学模型，分析了它们的变化规律和特点及各参数对地表变形的影响，给出了动态位移变形理论参数的确定方法。实践证明，该方法是“三下”开采预计评价地面保护建筑设施破坏程度的一种有效方法。图４，表１，参３。     

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.     

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。     

融合多种差分干涉测量的矿区地表形变监测

为解决时序短基线集差分干涉测量技术(SmallBaseline Subset-InSAR,SBAS-InSAR)无法准确估计煤矿沉降中心形变值的问题,通过融合合成孔径雷达差分干涉测量(Differential InSAR,D-InSAR)和SBAS-InSAR技术研究了测量矿区地表形变的监测方法。利用25景Sentinel-1数据,根据基于相干性系数的D-InSAR方法和结合永久散射体合成孔径雷达干涉测量(Persistent Scatterer Interferometric Synthetic Aperture Radar,PS-InSAR)的SBAS-InSAR方法分别生成研究区域的形变图,并借助Kriging插值法,将前者方法所得结果填补于后者方法所获形变结果,完善矿区形变中出现的空缺值,从而更为准确地估算矿区地表形变结果。此外,沿着开采面的横纵剖面详细分析典型矿区的形变结果,并绘制地表形变剖面曲线,以此剖析矿区沉降漏斗的演化过程。最后,为了定量说明该方法的可靠性,将矿区形变结果和水准测量数据进行误差对比,并将标准差和均方根差作为矿区形变结果精度的评定指标。结果表明：相干性系数图整体质量较优,研究区域中最大累积沉降量可达176.39mm,年均沉降速率最大可达-103.82 mm/y。通过本文方法得到的形变结果和水准处理数据基本一致,且误差均小于13 cm,监测精度满足煤矿开采相关测量技术要求。     

运营高速公路下煤矿采深、采厚对路基的破坏影响分析

对于下伏煤炭资源的高速公路而言,必须及时掌握煤矿地下开采对其运营安全的影响。在分析一般公路下煤炭开采影响公路路基相关因素的基础上,综合研究采深、采厚因素对路基的影响,重点通过数值模拟手段分析采深采厚比对高速公路路基的影响,得出采深采厚比大于180∶1时,地下采煤所引起的地表变形对路基结构的破坏变形远小于一级保护建筑物容许的极限变形值,从而得出可以在高速公路下试采,最终全采的结论。     

放顶煤开采地表及基岩面移动规律模拟研究

以实例为基础,采用相似材料模拟研究方法,在模拟放顶煤工作面推进过程中,对地表及其岩石移动进行了详细的观测,通过计算和分析,获得了放顶开采条件下地表及基岩面的移动变形规律和主要参数。     

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     

厚松散层下开采覆岩及地表移动变形规律试验研究

煤炭开采保障了我国能源供应,同时也因采空造成了地表变形沉降。针对厚松散层下开采覆岩及地表移动变形问题,依托兖州矿区某庄煤矿地质背景,采用模型试验,监测研究了采动过程中地表及各层覆岩移动变形指标的变化规律,探索了采掘结束后的持续变形阶段,指出受采动影响松散层压缩导致的移动变形值在整体移动变形上占比增大;在煤层采厚2.2m条件下,观测获得采后地表的最大下沉值为1447.6mm,最大水平移动值为394.6mm。研究结果对矿区工程建设用地及线路规划选址具有一定的实用意义。     

露天煤矿岩质高边坡下充填开采研究

为研究在露天煤矿岩质边坡下开采对边坡稳定性的影响,以阜新矿区某露天煤矿边坡为研究对象,采用相似材料模拟进行边坡下充填开采的研究,并使用有限元软ADINA建立三维模型,采用有限元折减法计算了未开采、全陷开采和充填开采边坡的安全系数。研究表明,充填开采后边坡的安全系数明显大于全陷开采的安全系数,充填开采能有效地控制露天矿岩质边坡的移动和变形,边坡的位移值沿坡脚向坡顶方向逐渐减小,对边坡稳定影响较大的因素为坡顶边缘位置的水平移动和水平变形,在露天煤矿岩质边坡下进行充填开采是切实可行的。