考虑断层影响的煤层开采沉陷三维有限元模拟

为了解决山东某煤矿的煤层开采对周边俱乐部沉降的影响问题,采用有限元分析的方法并建立不同开采方案的三维地质模型,同时考虑断层的影响,计算出煤层开采后俱乐部四角的地表下沉状况。研究结果表明:回采3101工作面时俱乐部地表下沉最大值达到382 mm,因此建议对俱乐部进行加固保护处理。该成果为研究最佳开采方案及周边俱乐部的保护提供重要依据,同时为浅埋煤层以及类似条件下中小矿山合理、安全、经济的开发提供了重要的参考依据。     

急倾斜煤层采空区输气管道变形模拟

为了探究急倾斜煤层开采形成的采空区对其上覆输气管道安全运行的影响,基于快速拉格朗日法对某煤层采空区进行数值模拟,探究了实际煤矿采空区的地质沉降和管道位移特征,研究了不同倾角、不同开采深度的急倾斜煤层对上覆输气管道变形的影响。结果表明:某煤矿区五个急倾斜煤层在开采100 m后,在煤层坡面上方形成最大深度1.54 m的塌陷,塌陷区内的土壤和岩石主要向煤层方向水平移动和垂直向下移动;靠近煤层采空区的管道,垂直方向位移大于水平方向位移,而远离煤层采空区管道,则水平位移较大;随着急倾斜煤层倾角减小和开采深度增大,管道向下的沉降量增大,并且发生最大沉降的位置逐渐向煤层方向靠近。     

急倾斜煤层开采非连续变形的相似模型实验研究

与缓倾斜煤层开采相比 ,急倾斜煤系地层常隐含软弱夹层 ,其露头容易出现台阶和裂缝 ;与切割岩层的结构面比较 ,层间软弱面并不对移动盆地起全局控制作用 ,而只产生局部影响 通过综合考虑急倾斜地层与层间弱面两个因素 ,阐明了急倾斜煤层开采地表非连续变形的发生条件 ;采用相似材料模型实验 ,研究了岩层垮落、弯曲、离层的方式和形态 ;提出了急倾斜煤层开采岩层的层梁移动模式 ;揭示了地表非连续变形的形态特征和变形机理 ,为进一步研究地表非连续变形的计算提供了依据 图 7,表 2 ,参 7     

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.     

大佛寺煤矿变形及受力特性研究

大佛寺煤矿位于彬长矿区开采边界境内,地形地质条件非常复杂。本文采用UDEC离散元软件对该矿区煤层开采引起的地表变形规律及围岩应力场的分布特征进行了系统研究。研究结果表明:1煤层开采后地表沉降呈V字形分布,随着各工作面的相继开采地表沉降变形不断增大,当达到充分采动时趋于定值(约为10.0m);2地表由两侧向采区方向移动,变形曲线呈倒S形,水平移动变形最大值约为1.73m;3煤层开采会引起围岩应力重分布,且部分区域存在明显应力集中现象(40 MPa),随着各采区的相继开采应力扰动区不断扩大,致使顶板岩层出现临空,引起大部分区域发生垮落(变形大,10.0m以上)。     

南桐矿区深部开采岩移基本规律的研究

采用相似模拟实验和数值计算相结合的方法,对南桐煤矿(倾斜煤层)的开采沉陷及地表移动的基本规律进行了探讨.根据相似原理进行了相似模拟实验研究;采用FLAC计算程序对岩层移动及开采沉陷进行了数值分析.研究结果表明:倾斜煤层在倾向方向上移动盆地不对称,最大下沉点偏向下山方向,下沉曲线及水平移动曲线是连续光滑的;得出了南桐煤矿的下沉系数、水平移动系数、最大下沉量,所得结果对矿井的延深设计具有实际的指导意义.     

逐层回采地表移动规律及建筑物采动损害评价研究

开展地下开采地表移动规律及对建筑物采动损害程度研究,对于地表建筑物的保护具有重要指导作用.以铜坑矿锌多金属矿体的开发利用为工程背景,运用FLAC3D程序构建多层缓倾斜薄矿体的三维数值模型,分析多层矿体逐层回采模式下地表的移动变形规律；并比照国家有关标准规定,评价地表重要建筑物的采动损害.研究表明:铜坑矿锌多金属矿体逐层回采过程地表移动幅度不断增大,但由于矿体埋藏深、厚度小,开采结束后地表最大倾斜变形、曲率变形、水平变形指标量值分别为0.008 2 mm/m、0.001 48 mm/m2、0.017 2 mm/m,均远小于国家有关规定的最大允许变形值,不会对地表建筑物的安全稳定产生显著影响.     

倾斜薄煤层开采工作面覆岩活动的规律

为解决倾斜薄煤层顶板控制技术难题,以东风煤矿倾斜薄煤层开采为背景,运用RFPA2D软件,建立数值模型,分析不同倾角下薄煤层工作面覆岩活动规律及顶板失稳特征。结果表明:倾斜薄煤层开采后,直接顶从采空区中部偏上向采空区弯曲,最后发生断裂破坏形成冒落带,顶板冒落沿层面向下滑动,冒落呈不对称形状;倾斜薄煤层工作面煤体上段顶板压力最大,下段次之,中段最小;随着煤层倾角的增大,顶板沿煤层倾斜方向的分力增大,垂直作用在支架上的分力减小,导致工作面推进方向的工作面矿压显现逐渐变缓,顶板下沉量也将变小。该研究为类似地质条件的倾斜薄煤层工作面顶板控制提供了理论依据。     

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。     

急倾斜煤层开采对地表构筑物影响的预计

针对淮南某矿急倾斜煤层开采复杂的采矿地质条件,运用概率积分法对优化后的开采方案所引起 的地表沉陷进行研究,总结出急倾斜煤层开采重复采动所引起的厚冲积层地表沉陷的相关参数。所得结果 对现场开采及地表沉陷治理具有一定的指导作用,对于同类地质和开采条件的矿区具有重要参考价值。     

缓倾斜及倾斜煤层地质条件的开采工艺性分类

本文对影响确定开采工艺的主要地质因素进行了研究.根据应用模糊数学的有关理论建立的煤层地质条件开采工艺性分类数学模型对一些矿井的煤层块段进行分类,得出了煤层地质条件工艺性分类的统一性模式,为我国缓倾斜、倾斜煤层地质条件对开采工艺的分类提供了方法.     

多煤层采空区对上部拟建建筑物稳定性影响

为研究多煤层采空区对上部拟建建筑物稳定性影响,利用概率积分法和数值模拟法,分析多煤层逐层开采完后并施加上部结构荷载后采空区覆岩的应力和位移变化特征。结果表明:当上部煤层开采后,在采空区工作面两端有围岩应力集中现象,当下部煤层开采后,上部煤层采空区两端应力进一步增大的趋势;上部煤层和下部煤层开采后最大沉降均发生于采空区顶板中部,自顶板至地表逐渐降低,地表沉降自中部向两侧逐渐降低,且呈对称关系;煤层开采应力释放后,采空底板处有轻微隆起;当上部荷载施加后,采空区地表水平、竖直位移量和应力比之前均有所增大,但采空区场地整体仍处于稳定状态。建议对拟建的建筑物采用柱下独立基础加联系梁以提高其整体刚度,严禁采用桩基础等易引起下部采空区活化的基础形式。通过与后期地表监测数据对比,显示数值模拟方法计算的地表下沉值预测结果与实际较为接近。表明在选用合理的地质力学参数的情况下,运用该方法进行多煤层采空区沉降预测是可行的,对类似的矿山问题的分析解决有一定的借鉴和指导意义。     

倾斜煤层开采相似材料模拟实验

为了研究倾斜煤层开采引起的地表移动与变形规律,探讨了相似材料模拟实验的观测方法与原理,通过对观测数据的分析与处理,求得观测线沉降曲线与水平位移曲线,运用Excel的函数计算得出变形曲线,最终在6号点和7号点之间纵向方面出现近水平裂缝,在横向方面产生显著的高角度裂缝,所得结果为煤矿的安全生产提供了科学依据.     

急倾斜矿体开采岩体移动规律与变形机理

为了研究急倾斜矿体开采的岩移规律与变形机理,采用数值模拟的方法,对急倾斜矿体在高构造应力和自重应力2种条件下的岩移特征进行对比分析.研究结果表明:当开采区在竖直方向上的高度远小于矿体在水平方向上的长度时,在这2种应力条件下都具有类似水平矿体开采的地表岩移特征;反之,在高构造应力条件下,急倾斜矿体开采地表出现双沉降中心的现象,而在自重应力条件下只存在单沉降中心;在高构造应力条件下,急倾斜矿体开采在地表移动变形量、移动变形影响区规模及地表宏观变形破坏特征上与自重应力条件下相比都有较大差异,原岩应力场中作为特征量的最大主压应力的取向对岩移行为的影响是产生这差异的根本原因.     

西安地铁2号线下穿南门护城河段地表沉降分析

为防止地铁施工造成西安市护城河的损坏,保证护城河的安全,依据相关标准和已有资料确定护城河地表沉降控制标准.文章结合施工工艺、场地工程地质条件和既有工程的数据资料,采用数值仿真方法建立三维模型对西安市地铁2号线穿越南护城河段的地表沉降进行分析计算,结果表明:盾构法施工造成地表最大沉降在11.2～13.5 mm之间,满足护...     

冒溪煤矿建筑物下急倾斜煤层充填开采地表变形预测

为解决冒溪煤矿南翼煤层在建筑物下采煤引发地表变形移动问题,采用倾斜分带斜切分层充填采煤法,运用FLAC3D软件建立地表移动规律模型,计算南翼区域V9b号煤层-80～0 m阶段地表移动参数,并分析充填率为0、80％、85％、90％时地表变形移动规律.研究结果表明:充填率0时,地表最大水平变形8.40 mm,最大倾斜14....     

急倾斜特厚煤层顶板非对称平顶型拱结构对比分析

急倾斜特厚煤层(倾角大于45°)水平分段综放开采与缓倾斜煤层综放开采后的悬空顶板在赋存状态和受力环境上均存在明显差异,导致2种情况下顶板失稳垮落后所形成的顶板结构区别较大。以乌鲁木齐矿区急倾斜特厚煤层顶板结构演化规律为研究目标,采用理论分析、数值计算和现场监测等综合方法,揭示急倾斜特厚煤层非对称平顶型拱结构随煤岩层赋存角度变化的演化规律。结果表明:急倾斜特厚煤层顶板垮落后能够形成平顶型拱结构,并且随煤层倾角增大,非对称平顶型拱结构的拱高、高跨比和半拱跨度比均减小,拱顶位置向地表浅部方向移动,顶板垮落范围和垮落岩体的体积减小,支架承受载荷降低。     

地铁线路穿越急倾斜煤层采空塌陷区相似模型试验

地铁线路穿越煤矿采空塌陷区问题为中国首例,因此进行急倾斜煤层开采岩移基本规律和地铁荷载作用下塌陷区及侧壁围岩稳定性研究具有重要意义。运用相似模型试验方法,模拟开采两组急倾斜特厚煤层,并用数码相机记录开采及加载过程中岩层破断及移动形态。试验反映了急倾斜煤层开采中垮落带形态、裂隙带形成与发展和地表移动特征等共性;此外,分别以顶底板移动角、边界角,表土层移动角、边界角参数计算煤层开采覆岩破坏边界范围,并以此划分不稳定区、基本稳定区和稳定区;考虑地铁及建筑荷载下,塌陷区破断岩体有闭合压实现象,地表最大下沉量为4~5 cm,顶板侧壁不稳定围岩最大离层量2 cm。所得结果对指导现场地铁线路穿越煤层采空塌陷区具有一定的参考意义。     

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。     

隧道穿越方式对地表建筑物变形影响的数值分析

以某地铁隧道穿越地表建筑的工程项目为依托,通过隧道不同穿越角度和偏心比条件下的数值仿真计算,分析隧道穿越方式对地表建筑基础及结构变形形态的影响.计算结果表明:隧道以不同角度和偏心比条件穿越时,地表建筑基础的沉降过程和分布形态差异明显.随着穿越角度的减少,建筑基础沉降最大增幅达37.3％,基础最 大沉降位置偏移,沉降分布形态由对称分布逐渐向单侧倾斜,横向相邻柱基沉降差迅速增大,纵向相邻柱基沉降差变化较小;建筑物倾斜值增加明显,最大增幅约10倍.随着隧道偏心比的增大,即隧道逐渐偏离建筑中心,一侧基础沉降增大,最大增幅1.64倍,另一侧基础沉降减少,最大降幅1.24倍,基础最大沉降位置由建筑中心转向侧墙,沉降分布形态由对称分布向单侧倾斜,横向相邻柱基沉降差基本不变,纵向相邻柱基沉降差明显增大,最不利情况出现在偏心比为0.8时.偏心比的改变对建筑物横向倾斜影响较大,对建筑纵向倾斜影响较小.