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。     

不同覆岩地层正断层下盘煤层开采地表下沉规律

断层破坏覆岩地层的整体性,影响岩土体的强度特性和变形性质,导致开采沉陷规律更为复杂。为研究不同覆岩地层与正断层共同影响下煤层开采地表沉陷规律,构建不同覆岩地层正断层下盘煤层开采覆岩运动与地表变形的理论模型,数值模拟分析不同覆岩地层正断层下盘煤层开采地表下沉规律与特征,结合实例进行了对比分析。结果表明：地表移动变形范围与松散层厚度密切相关,随松散层厚度的增加,相较于无断层一侧,地表下沉盆地在断层一侧的移动变形范围先减小后扩大再减小,最终与无断层一侧相同;厚基岩地质条件下,随松散层厚度增加,地表产生裂缝的位置由断层露头先向采空区偏移后向断层上盘偏移;厚松散层地质条件下,松散层吸收了断层诱发的非连续变形,随松散层厚度增加,地表由偏态下沉盆地逐渐变为对称的下沉盆地。     

第四系覆盖层厚度对地下煤层采空区地表及埋地输油气管道变形的影响

随着我国油气管道建设规模的急剧发展,越来越多油气管道不得不穿过已有或规划的地下矿产开采区,尤以煤矿居多。穿过采空区的埋地输油气管道安全取决于地表稳定性,后者是否产生变形及其强烈程度受多种因素控制,第四系覆盖层厚度是其中主要因素之一。采用数值模拟手段分析了松散层厚度对地下煤层采空区地表及埋地输油气管道变形的影响。结果表明:当采空区范围、煤层厚度及其覆岩岩性一定时,地表及管道下沉值和水平移动值随着松散层厚度占采深比例的提高而增大;管道破坏最易发生在移动盆地边缘和中心;采空区地表变形后管道轴向应力随松散层厚度线性增大。     

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。     

煤矿开采引起覆岩移动变形规律的数值模拟研究

以霍州辛置煤矿2204工作面为背景,通过数值模拟开采沉陷过程,分析了采动覆岩移动的规律;讨论了松散层厚度、采深采厚比对覆岩移动及变形的影响.研究表明,在采厚相同的情况下,冒落带的下沉量基本相同;在采深、采厚相同的情况下,随着松散层厚度的减小,弯沉带、裂隙带的沉降量也逐渐减小;在采厚和松散层厚度相同的情况下,随着采深的增加,弯沉带、裂隙带的沉降量逐渐减小,采动影响的范围却有所扩大.     

荷载作用下老采空区“三带”变形规律的数值模拟研究

运用东北大学岩石破裂中心研制的RFPA2D软件,以山西省霍州市辛置煤矿2204工作面为试验基地,利用数值模拟方法,分析了不同开采深度、松散层厚度、荷载大小和荷载作用位置对采空区岩层"三带"下沉值的影响,系统地探讨了覆岩移动与破坏规律。试验结果表明:松散层厚度、荷载大小一定,在附加荷载的影响深度范围内,当附加荷载作用于不同的位置时,"三带"岩层的残余下沉值随着采深的增大而逐渐减小;当荷载作用位置相同时,荷载对采空区"三带"岩层的影响随着荷载的增大也不断增大;开采深度、荷载大小一定,当附加荷载作用于不同的位置时,"三带"岩层的残余下沉值随着松散层厚度的增大而增大;在附加荷载影响深度范围内,当荷载大小一定时,荷载作用对内边缘区的影响最大,其次是外边缘区,影响最小的是中间区。     

不同土岩比地表沉陷特征数值模拟分析

为了探讨土岩比变化较大情况下地表移动变形规律,本文结合某真实矿区岩层状况,建立不同土岩比组合情况下的数值模型,并对其进行模拟分析,得到了不同土岩比条件下地表移动变形规律.随着松散层厚度的增加地表最大下沉与位移值先成对数增长,当达到巨厚松散层厚度后该值成线性趋势,并趋于稳定.随岩层厚度的增加,地表的沉降和位移在不断减小,沉降区域逐渐平缓,当岩层厚度达到某一数值时,地表位移与沉降数值会发生小幅度的上涨说明了岩层中阻止松散层沉降的控制层在整个沉降过程中的重要作用.该规律为土岩比变化较大的矿区的沉陷预计提供参考依据.     

巨厚松散层力学性质及其对地表下沉的影响

开采引起的地表下沉与上覆岩土层的性质与结构密切相关,巨厚松散层条件下开采下沉规律具有特殊性。采用土工试验、数值模拟等相结合的方法,对巨厚松散层的力学性质及其对地表下沉的影响进行了研究。通过三轴不固结不排水试验对焦作矿区地表黏性土的抗剪强度进行了研究,得到焦作矿区松散层土体的内摩擦角和内聚力范围。以巨厚松散层条件下某工作面为实例,结合三轴试验结果,研究了不同巨厚松散层厚度、松散层内摩擦角和内聚力对地表下沉的影响;并将数值模拟结果与实测结果进行了对比验证。结果表明:地表最大下沉值随松散层厚度的增加而增加,随着松散层内摩擦角、内聚力的增加而减小。将巨厚松散层力学性质土工试验结果与开采下沉结合起来,对开采下沉的研究具有一定的指导意义。     

采动对岩层移动破坏规律的数值模拟试验研究

运用东北大学岩石破裂中心研制的RFPA2D软件,以山西省霍州市辛置煤矿2204工作面为试验基地,对采深不同(201m,150m,100m,63m)和上覆松散层厚度一定条件下的开采沉陷过程进行了数值模拟试验,系统地分析了不同采深对采空区“三带”下沉量及地表移动变形量的影响,探讨了不同采深下采动上覆岩层移动与变形规律。     

厚松散层薄基岩特厚煤层综放开采覆岩破坏特征研究

我国西部矿区的煤炭开采,具有煤层厚度大、基岩薄、开采强度大等特点,导致覆岩严重破坏,地表变形剧烈,出现地裂缝、台阶、塌陷等较大非连续变形,引发多种地质灾害并造成地表建筑物严重损坏。本文针对厚松散层薄基岩特厚煤层条件下,综放开采形成的覆岩破坏特征及下沉、地裂缝、台阶等的观测分析研究,得出了厚松散层薄基岩综放开采较常规条件开采,具有下沉系数大,下沉速度快,移动的初始期、活跃期更短,在开采边界内侧形成永久台阶的沉陷特点。揭示了工作面薄基岩伴随周期来压,在水平方向上形成动态压力拱,上覆岩层呈梯型断裂,发育至松散层内部,迅速传递至地表,形成台阶裂缝的覆岩破坏机理。该研究可为煤矿生产安全管理及地表垮塌灾害防控技术制定提供借鉴。     

交通荷载作用下隧道下伏采空区稳定性分析的实验研究

以离石—军渡高速公路师婆沟隧道下伏同德煤矿采空区为地质原型,采用相似材料模拟实验方法,研究了交通荷载作用下采空区覆岩移动及地表残余变形特征,依据有关标准评价了采空区的稳定性。实验结果表明:随着交通荷载的增加,采空区冒落带、裂隙带、弯沉带的残余下沉量和地表残余变形都呈不同程度地增大;交通荷载作用下的采空区岩体重新"活化",采空区处于不稳定状态,必须采取措施对采空区进行工程治理。该项研究为采空区地基处理、采空区上方构筑物布置及其抗变形结构设计提供了科学依据。     

南沱河堤下采煤地表沉陷预测的数值模拟研究

运用FLAC3D软件,对百善煤矿6123首采工作面开采所引起的南沱河河堤的移动与变形(以南堤为例)进行了模拟,与实测对比分析,得出了地表移动的基本规律和特征。模拟结果对堤下采煤具有一定的指导意义,为开采沉陷的堤坝治理提供了科学依据。     

FLAC在放顶煤开采顶煤变形与移动特征研究中的应用

采用数值模拟的方法,着重研究了顶煤的变形特征、顶煤变形与支承压力和支架工作阻力的关系;分析了采高和支架对顶煤应力和位移分布的影响,为顶煤破碎机理的分析和顶煤移动和运动规律的研究提供了依据。结果表明,支承压力有一形成过程,它对顶煤及夹矸的移动、破碎有着十分重要的影响;支架仅对下位2～3m的顶煤有影响;夹矸层的厚度及物理力学性质对顶煤的应力分布和移动有重要影响;采高的变化对顶煤的应力分布基本无影响,但会引起中下位顶煤水平位移和垂直位移的增加,对上位顶煤影响不明显。图5,表1,参8。     

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。     

老采区及地表残余变形对建筑物的影响

浅部开采条件下地表残余变形分析是岩层移动领域的一个棘手问题．通过老采空区影响下地表残余变形和地基承载能力变化对地面新建建筑物的影响分析,提出了老采区上方新建建筑物地基稳定性计算公式、岩层移动参数、评价方法．应用鹤岗市和谐花园小区建筑物实例进行了验证．     

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。     

微小薄壁变形预测的迭代有限元法

将迭代有限元法引入微小薄壁铣削中,建立了变形量的预测模型,预测了不同径向切削深度、不同薄壁厚度时的铣削变形量大小,通过试验加工和Deform-3D仿真对模型进行了验证.结果表明:迭代有限元变形预测值与试验加工变形量较为接近;加工后的薄壁残余厚度大于理想状况下的加工厚度;最大变形量随壁厚的增大先保持最大值然后逐渐减小至0;薄壁厚度应当与切削参数相协调,调整工件刚度与切削力大小相适应,否则会导致变形量过大.