大范围多工作面重复采动地表变形预测算法和系统开发

以概率积分法和距离幂次反比法为基础,开发了大范围多工作面重复采动地表变形预测算法,并以此算法为基础,应用C#语言开发了软件,实现了复杂开采条件下的地表变形快速智能预测。并将上述的算法和软件应用到某矿的双工作面开采后的地表变形预测,将预测值与实际值进行对比,得出下沉值、倾斜值、曲率值、水平移动值和水平变形值的绝对误差平均值分别为4.6 mm、0.070 mm/m、0.0038×10~(-3)/m、4.0 mm和0.098 mm/m。下沉值、倾斜值、曲率值、水平移动值和水平变形值的平方差分别为37.86、0.0097、0.000025、19.46和0.052。预测结果的精度满足实际生产需要。     

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。     

基于概率积分法的重复采动地表变形GJ-CB预计算法

煤炭资源开采必然对地表产生影响,准确预计开采后地表变形程度是实现地表建筑物安全的重要举措.多学科多领域的结合对煤矿科学安全开采起到了很大的促进作用,以概率积分法为基础,应用距离幂次反比法对其进行改进,形成了一套完整的重复采动地表变形GJ-CB预计算法.并以GJ-CB预计算法为基础开发了《重复采动条件下地表变形叠加系统》,通过某矿的应用检验,得出将该系统和算法预计精度较高,结果可靠.     

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。     

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。     

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.     

建筑物下工作面部分矸石充填开采充填高度的确定

常村王庄煤矿S5-12工作面部分位于村庄保护煤柱。为实现部分充填开采后的地表沉陷变形可视化,采用概率积分法、距离幂次反比法和矩形网格模型的等值线绘制方法建立了部分充填开采时的地表沉陷变形预测方法。通过建立的预测方法计算得到满足地表建筑物安全时的煤柱内可采厚度为3.5 m,应用等效采高计算模型反推出此时的矸石最小充填高度为4.03 m。     

采动区地表剩余变形对高等级公路影响预计分析

高等级公路建设中经常遇到公路穿越矿区采动影响区的问题.采动引起的地表移动变形是确定路基稳定性、分析采空区影响程度的主要依据.采动地表移动变形可分为连续移动变形与非连续移动变形两大类.在地表连续变形条件下,得出预计地表剩余沉陷引起移动变形的理论方法,由地表剩余变形等值线图形分析,划分其为不同的影响区,根据不同影响区位移变形的特点,给出适应于采动区移动变形要求的抗变形路基路面结构方法.     

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.     

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.     

炉峪口煤矿8号煤开采沉陷实测研究

炉峪口煤矿在开采1820工作面时,在工作面上方地表建立地面岩移观测站,通过实地观测得出了重复采动下地表移动变形的参数及移动规律.为进一步研究煤矿地表沉陷提供了实测数据和理论依据.     

采动作业下地表移动变形分析

为研究采动作业下地表移动变形分布规律,解决因地表移动变形引起的建筑物损害问题,以概率积分法为基础,计算地表移动变形岩移参数.在观测区地表设计并布置岩移观测站,利用取得的地表观测数据,计算出地表水平移动变形值和曲率值,绘制相应曲线对其分布特点进行分析研究.通过计算得出的地表水平移动值和最大正、负曲率值来判定地表建筑物损害程度,分析主断面上的移动变形,确定了移动盆地主断面位置.     

矿区地表变形等值线图的自动绘制

分析了开采沉陷预计矿区地表变形等值线绘制的研究现状和微软最新软件开发工具VB2008(Visual Basic 2008)的新特性,提出基于VB2008开发地表变形等值线绘制程序的方法.对开采沉陷预计系统数据输出格式(格网)的基本特性和等值线追踪多义性问题的发生进行了研究,提出增加预计点的多义性解决方案;对等值线自动标注的原则和要点进行研究后,提出基于方位角的标注算法;研究了DXF图形交换文件格式特点和等值线实体、标注实体特性.通过运用VB2008的GDI+函数库,WPF用户界面技术,编程实现了基于格网的地表变形等值线自动追踪,自动标注,DXF文件生成.该模块能较好地提高开采沉陷预计系统的工作效率,软件集成度,方便用户使用.     

建筑群下覆岩加固协调开采减损方法

应用采动地表位移变形的极坐标模型,通过计算机预计模拟和全盆地位移变形等值线图优化分析,结合离层带注浆充填技术,得出采动对建筑物影响最小的工作面布置方式及其有关参数,通过改变工作面的布置方式和参数,有效地减少地表位移变形程度和控制覆岩下沉,从而达到保护建筑物,提高回采率的目的。这种方法安全、经济、技术管理简单可行。     

基于模糊渗流理论的采场自然发火

针对煤矿井下采空区岩石冒落形成的多孔隙介质空间的极度不规则性,提出了模糊渗透系数的概念,建立了一种以模糊分析和模糊微分方程为基础的及各种边值为条件的计算采场气体模糊渗流问题的数学模型.该项理论研究成果为预防采空区自然发火提供了有效的途径,对采场内自然发火位置的预测及发火位置控制有较好的理论价值和指导意义.研制了相似模拟模型,针对采空区自然发火问题进行了多项模拟实验,观测并绘制了不同风量下采空区风压等值线及风流分布图;绘制了采空区不同位置漏风情况下风压等值线及风流分布图;绘制了上隅角设置瓦斯排放风筒后采空区风压等值线及风流分布图.     

建筑群下覆岩加固协调开采减损方法

应用采动地表位移变形的极坐标模型，通过计算机预计模拟和全盆地位移变形等值线图优化分析，结合离层带注浆充填技术，得出采动对建筑物影响最小的工作面布置方式及其有关参数，通过改变工作面的布置方式和参数，有效地减少地表位移变形程度和控制覆岩下沉，从而达到保护建筑物，提高回采率的目的。这种方法安全、经济、技术管理简单可行。     

河流下限高协调开采方案

为解决杉木树煤矿河流下安全采煤问题.采用物理相似材料模拟和RFPA2D数值模拟方法,研究采后覆岩破坏规律及导水裂隙到高度并得出防水安全煤岩柱须为40倍采高.应用限高协调开采原理制定了局部限高协调开采方案.使用地表沉陷预计软件YLH-12预计采后地表变形情况,最大下沉值为1 500 mm并出现在采区中部,整条河道水平变形值为0~-11 mm/m.同时开采实践测得地表未出现大范围沉陷,河道下沉值小于水平变形值,工作面涌水量较小且变化不大.结果表明:限高协调开采理论正确可靠,并成功指导河流下安全开采.     

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。     

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。