充填开采上覆岩层移动变形研究

为提高充填开采对上覆岩层移动控制效果,揭示充填开采上覆岩层移动变形规律。以山西焦煤新阳煤矿为工程背景,深入地剖析了充填开采地表沉降的3个关键因素:充填前顶底板移近量,充填体欠接顶量,充填体压缩量。认为提高充填体强度和充填率是控制上覆岩层移动的2个主要途径,其中通过控制充填率来减小上覆岩层移动效果更为明显,充填体强度对于控制上覆岩层移动是有限的。采用数值模拟分析了煤矿胶结充填开采下不同充填体强度和充填率对上覆岩层移动变形情况,并进行了曲线回归分析,得出了在一定充填率下上覆岩层的下沉量曲线,而且建立了等价采高、基岩高度与岩层最大垂直位移量之间的关系式,对预测充填开采地表最大变形,指导充填开采合理充填,起到了积极作用,有着广泛的应用前景。     

交错式充填对采空区上覆岩层的影响

针对充填开采成本较高、条带开采煤炭采出率较低等问题,根据某矿的地质资料,运用FLAC3D软件模拟交错式充填法和垮落法开采过程中上覆岩层的应力分布、垂直位移变化情况.结果表明：当采高为1 m、煤层距地表178.8 m时,垮落法开采的采空区中部出现0～4.1 MPa的拉应力;交错式充填的采空区上部压应力为2.0 ～3.0 MPa,采空区充填区域压应力为3.0 ～4.0 MPa,应力均小于原岩应力.垮落法采空区中部上覆岩层位移最大,向两侧逐渐减小;交错式充填采空区上覆岩层的位移较小,最大下沉量为0.006 m.在降低充填成本的情况下,交错式充填法能够有效控制采空区上覆岩层应力分布和下沉量,为“三下”采煤提供理论依据.     

采场上覆岩层移动变形值计算

在下部采动煤层的顶板岩层内布置巷道 ,其位置选择与采场上覆岩层移动状况密切相关 .依据煤矿地表移动计算公式和采场上覆岩层活动规律 ,建立采场上覆岩层移动变形概率积分法预计计算模型 .根据最大下沉量、主要影响半径、拐点移动距等移动参数与埋深的关系 ,利用参考坐标系确定采场上覆岩层移动下沉计算公式 .并结合实例进行岩层移动变形预计计算 ,计算结果与实际观测数据十分接近 .图 1,表 1,参 5     

中厚倾斜煤层残留煤的复采数值模拟

采用FLAC3D模拟了在大变形模式下,开采倾角25°下分层煤对上覆岩层应力状态、变形、位移等参数的影响规律。模拟结果表明:同一工作面上,复采比初采顶板下沉量和底板鼓起量大2～3倍;从初采到复采完毕后采空区上覆围岩会形成"回"字型不均匀沉降;通过抽样选取的25°复采现场支架反馈值与模拟顶板压力值进行对比分析,吻合性较好,且采空区顶板中部比两侧所受压力大,压力沿走向变化趋势与位移变化趋势相同。     

煤层开采覆岩应力场及地表移动特征

以大平煤矿S2S9工作面为研究对象,与邻近工作面实测资料相结合,利用ADINA有限元软件模拟研究工作面开采过程中覆岩的应力场及地表移动特征.研究结果表明:岩层下沉为非对称下沉;开采完成时,地表形成了对称的下沉曲线和反对称的水平移动曲线,最大下沉值位于采空区的正中央,而在开切眼和停采线出现了水平移动峰值;距离煤层顶板越近,煤壁上方覆岩中竖向应力峰值越大,采场前支承压力区一般分布在工作面前方45~90 m内,峰值点距煤壁10 m左右.     

(急)倾斜煤层深部开采覆岩变形力学模型及应用

根据人们对如何描述（急）倾斜煤层采空区上覆岩层变形行为的需要,在弹性理论的基础上,将上覆岩层假设为岩板,研究上覆岩层的变形特征,建立了上覆岩层变形的力学模型,导出了采动覆岩的挠度方程和计算最大挠度点的理论公式,通过计算得到了采空区下方挠度大于其上方的挠度,最大挠度点位于采空区中部偏下的位置,真实地反映了（急）倾斜煤层深部开采时采空区顶板变形特征和岩板在联合作用力条件下的变形本质,为（急）倾斜煤层深部开采覆岩变形计算提供了科学依据．     

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.     

浅埋近距煤层采空区覆岩移动规律相似模拟

浅埋近距煤层采空区坚硬顶板覆岩与煤柱破坏易导致动力灾害,同时会影响顶板涌水溃沙和地表沉降,为确保此类矿井的安全高效开采,结合冯家塔煤矿1402综采工作面实际,对该煤矿进行了煤柱破坏与覆岩移动规律的物理相似材料实验模拟研究,试验是以1-1采区的开采为模拟对象,模拟在工作面长度为270 m的单一走向长壁开采后,上覆岩层的移动和变形规律。研究结果表明:随着浅埋近距煤层采空区的增大与时间的推移,开采时大面积来压是由于保护煤柱逐渐被压垮引起覆岩大面积冒落,致使近距煤层之间采空区导通,垮落从直接顶开始,逐步扩散至地表,上覆岩层的运移以垂直为主,水平运移并不明显,形成梯形状下沉,上部煤层开采后其覆岩关键层破断块体结构的稳定性是影响下部煤层开采时工作面矿压显现强烈程度的重要因素。     

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。     

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.     

大倾角综采面覆岩移动规律的相似材料模拟

为了全面研究大倾角煤层开采上覆岩层垮落特征和围岩应力分布规律,运用相似材料模拟新庄孜矿大倾角综采工作面的开采,研究开采后大倾角工作面上覆岩层移动规律及应力变化特征.随着工作面的推进,岩层裂隙自下而上发展,顶板不断冒落,形成初次来压和周期来压;冒落的岩层有垂直位移且沿层理下滑,使得采空区上部垮落高度比下部大,工作面下部的初次和周期垮落步距比上部小.覆岩的冒落拱呈不对称性,边界向采空区上部偏移,呈上虚下实的状态.模拟实验为大倾角煤层综采技术的应用和推广提供了理论依据.     

煤层开采过程中覆岩移动规律的UDEC数值模拟

为研究煤层开采过程中覆岩移动规律.通过UDEC软件建立背景工程的数值计算模型,分析煤层开采过程中覆岩运动规律和裂隙演化的时空特征.通过计算得出以下结论:1煤层开采对顶板岩层位移发展影响明显,上覆岩梁的应力成拱形分布,致使上覆岩梁内产生裂隙扩展,岩梁断裂,并呈梯形分布;2随着工作面推进过程,采空区空间持续增大,上覆岩层裂隙持续贯通,顶板岩梁断裂坍塌充填采空区.随着工作过程中,岩层之间开始发生离层,离层次序是自下而上,离层主要发生在强度不同的层间面上;3采场上覆岩层裂隙带高度随工作面的推进不断发展,针对不同地质条件,但当工作面推进一定距离时,裂隙带高度基本不变.同时,在裂隙带变化过程中可以采用指数曲线进行拟合.但指数拟合曲线仅仅模拟的是裂隙带整体变化趋势,不能完全通过拟合曲线得出不同工作断面裂隙带的高度.     

煤矿开采引发地表变形的动态测量方法探析

当地下的煤层在开采出来之后,其采空区的顶板在地心重力的作用下会与顶板上方的覆岩及土体向层理面法线方面缓慢移动,当地下工作面不断推进之后,采空区的顶板岩层端部会逐渐出现开裂的情况,其在岩层中部开裂区域较小的条件-F,会出现顶板岩层整体垮落的情况,该文基于实际,就煤矿开采引发的地表变形动态测量的方法做出探究,望给有关人士参考.     

急倾斜水平分段放顶煤开采岩移规律

采用相似材料模拟实验研究方法,对急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采上位顶煤与采场上覆岩层运动与破坏规律以及地表变形进行了系统的研究,阐明了上位顶煤与采场上覆岩层存在不稳定拱和地表向顶板方向偏移的非对称性下沉.     

急倾斜水平分段放顶煤开采岩移规律

采用相似材料模拟实验研究方法，对急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采上位顶煤与采场上覆岩层运动与破坏规律以及地表变形进行了系统的研究，阐明了上位顶煤与采场上覆岩层存在不稳定拱和地表向顶板方向偏移的非对称性下沉。     

彬长生产服务区下采空区稳定性评价研究

针对彬长生产服务区建筑群受采空区影响问题,应用数值模拟计算、覆岩变形理论分析方法,结合地表监测成果,综合计算分析了建筑群下107工作面综放开采采空区稳定性及其对建筑物的影响,分析结果表明,107工作面开采属于非充分采动,覆岩中洛河组、宜君组坚硬厚岩层对地表移动变形具有控制性的作用,由于坚硬关键层的整体变形作用,使得地表水平移动范围大于沉陷范围,地表建筑群下采空区已基本稳定.应用影响函数预计模拟方法预计分析了地表剩余移动变形,表明地表移动盆地已经处于基本稳定状态,地表剩余移动变形对建筑物影响很小.研究结果为彬长生产服务区建筑群下开采沉陷灾害治理提供了可靠地依据.     

条带法开采控制地表沉陷的新探讨

本文以相似材料物理模拟、有限元数值模拟和力学分析为手段;对条带法开采控制地表沉陷进行了深入的研究.揭示了条带法开采顶板岩层的破坏过程、破坏形态、破坏范围及整个覆岩体的移动与变形规律,特别是对波浪状下沉在覆岩中的传播机理和传播高度进行了较深入的探讨.给出了覆岩中波浪状下沉传播高度与条带采留宽度尺寸之间的关系和条带法开采地表下沉系数的表达式.划分出了条采覆岩破坏的三个影响带.在此基础上,提出了控制地表沉陷条带来留宽度设计所遵循的三个原则:即地表允许变形原则,煤柱稳定性原则和回采率原则.根据这三个原则,得出了条带采留宽度合理尺寸新的确定方法.所得结论对条带开采设计具有指导意义.     

岩石破裂过程分析RFPA~(2D)系统在采场上覆岩层移动规律研究中的应用

论述了岩石破裂过程分析系统RFPA2D在采场上覆岩层移动规律研究中的应用并进行了实例计算．研究结果表明，RFPA2D可以从几何、岩性、变形、破裂及支撑等多方面较真实地模拟开采过程中上覆岩层变形、离层、断裂及地表的沉陷规律，从而为采场上覆岩层移动规律的研究提供了一种新的研究手段．     

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。     

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。