采动覆岩运移BOTDA-FBG监测试验

为研究采场覆岩变形破坏特征,采用相似材料物理模型试验的方法模拟煤矿工作面回采过程,用BOTDA分布式光纤和布拉格光纤光栅(FBG)监测采场覆岩运移规律。实验搭建了1.5 m×0.6 m×1.3 m的三维立体模型,几何相似比为1∶150,同时在模型水平方向埋设2根光纤,垂直方向铺设4根光纤,亚关键层埋设2个光纤光栅应变传感器,用以研究模型开挖过程中覆岩运移状态与BOTDA及FBG测试结果的对应关系。试验表明,FBG传感器应变量与岩层运移状态密切相关,可实现对采动覆岩变形破断和离层发育过程的监测。水平光纤测试结果与岩层垮落移动呈明显的对应关系,测试频移峰值间距与岩层垮落顶部离层宽度几乎一致,平均误差不超过3%;垂直光纤频移变化可以反映覆岩垮落及离层发育的动态变化过程。     

露天铁矿端帮开采诱发的地表及岩层移动规律

采用三维物理模型试验方法,以辽宁鞍山眼前山铁矿为工程依托研究了端帮开采诱发地表及岩层移动变形规律。试验结果发现岩体中控制性节理的存在对岩层移动范围及变形过程和机理有重要影响;模型试验发现采空区上方岩层移动变形表现为"井"状陷落,这与现场调查发现的塌陷坑吻合。结果表明物理模型试验可以在微观上再现采矿诱发地表及岩层移动的全过程,有助于半定量地分析岩层移动变形机理。     

露天铁矿端帮开采诱发地表及岩层移动规律

本文采用三维物理模型试验方法,以辽宁鞍山眼前山铁矿为工程依托研究了端帮开采诱发地表及岩层移动变形规律。试验结果发现岩体中控制性节理的存在对岩层移动范围及变形过程和机理有重要影响;模型试验发现采空区上方岩层移动变形表现为“井”状陷落,这与现场调查发现的塌陷坑吻合。结果表明物理模型试验可以在微观上再现采矿诱发地表及岩层移动的全过程,有助于我们半定量的分析岩层移动变形机理。     

浅部采场地压的试验研究

本文根据龙头锰矿李家背矿段试验采场室内模拟试验结果,和现场试采了一个采场(上部),三个矿房(下部)的初步观察,分析研究了覆岩厚度六十余米时,开采缓倾斜(8°～12°)矿层采场围岩移动的特点和矿柱承压的性态。试验研究表明,采场顶板岩层的稳固性土要受岩层层面、节理、裂隙的制约;全面法采场中留下的不规则矿柱,承压大,且随顶板暴露面积和时间的增加而增加;在开采多层近距矿层时,上下对齐地留设矿柱,利于回采作业的安全。     

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.     

关于采场支承压力的显现规律及其应用

本文在矿压理论研究和生产实践的基础上,阐述采场支承压力的发展过程及其分布规律。着重论述支承压力中对采场有明显影响的那一部分。支承压力是与上复岩层运动密切相关的,其分布和显现是不断变化的,它的规律是由上复岩层运动发展的规律所决定的。文章从岩层运动入手研究采场支承压力的发展变化规律,探索矿压理论研究的新途径,并介绍将这一矿压理论的研究应用于生产实践,在解决采场来压及顶板情况予测等重大问题中所取得的成果。采场周围岩体中的支承压力,是上复岩层重力作用的结果,其大小与开采深度及采动后暴露的岩层面积成比例。采场支承压力的显现则只有当压力超过支承体的强度后,才会明显的表现出来。也就是说,支承压力的显现不完全取决于压力的大小,而是与支承体的承载能力紧密相连的。随采场推进,支承压力硬其显现,在不断的变化之中。这个变化是有规律的,其规律是由上复岩层运动发展的规律所决定的。通过支承压力显现规律推断上复岩层运动,解决采场来压及顶底板情况予测问题;以及在掌握岩层运动发展规律的基础上予测支承压力的发展,为解决巷道布置和维护问题服务。这就是我们研究的目的。由于决定支承压力大小的外载条件十分复杂,而且随开采时间,空间的发展在不断的变化之中。因此必须从运动和发展的角度研究支承压力。研究的重点不在于某一时刻压力值大小,而在于压力发展变化的规律及其与上复各岩层运动发展间的关系。     

急倾斜煤层水平分层综放开采岩层移动规律

为了进一步认识水平分层综放开采的开采沉陷特点,运用相似材料模型实验,对某矿大倾角煤层的开采沉陷过程进行了模拟研究,揭示了急倾斜特厚煤层水平分层深部开采岩层与地表移动规律.     

数值分析法确定露转坑岩层移动范围

 随着浅部矿产资源的枯竭,中国许多露天开采已经或即将转入地下开采,或露天与地下联合开采。合理确定岩层及地表的移动,为露转坑设计和安全生产提供依据是露转坑联合开采首先要解决的重要课题之一。为了验证永平铜矿露天转地下开采工程设计的合理性,为后续安全生产提供参考,采用三维有限差分数值模拟计算方法,系统地分析永平铜矿II、IV号矿体在不同开采水平的岩体移动变形、地表位移变化及露采边坡稳定状态,给出了相应开采水平的岩体及地表移动变形特征、最大垂直和水平位移,以及岩体移动角。结果表明,II号矿体对岩层移动的影响远大于IV号矿体;最大垂直和水平位移均在II号矿体上部东部边坡岩体中;合理的开采顺序应是先采Ⅳ号矿体,后采II号矿体;模型局部地段处于破坏或极限稳定状态,但随开采深入,露采边坡整体处于稳定状态,因此矿山采用的矿房回采嗣后充填采矿方法合理可行。用FLAC3D数值模拟方法研究露转坑联合开采的岩层移动规律,反映了岩体应力、变形的客观过程,为露转坑矿体开采岩层移动范围确定提供了一条新的途径。     

无缝钢管纵连轧无网格法热力耦合分析

采用混合交换法修正无网格移动最小二乘近似函数,以便直接施加边界条件;采用伽辽金法构建速度场刚度矩阵;采用配点法构建温度场刚度矩阵;采用间接耦合法将速度场与温度场耦合求解;最终推导出了刚塑性无网格法热力耦合计算公式,实现了纵连轧过程的热力耦合模拟。通过数值模拟与实验研究对比表明,模拟结果与实验结果吻合度较高,充分验证了本文给出的无网格法的可靠性和正确性。     

相似物理模型变形的光纤光栅传感器检测分析

为了定量化研究相似物理模型实验岩层变形过程,在3m平面应力模型上,安装光纤光栅传感器5个,通过对埋设在相似物理模型中的光纤光栅传感器的采集数据分析,研究了物理模型在微小变形和宏观移动过程中的光纤光栅传感器灵敏度,并与对应位置的百分表数据进行对比。实验结果表明,物理模型岩层变形量小于4.985 mm时,光纤光栅传感器能够准确反映岩层的移动变形情况,两者呈线性变化;变形量大于4.985 mm时,光纤光栅传感器的灵敏度会大幅降低,但其仍然能反映岩层的移动变形状态,研究对岩层变形测试技术的发展有积极作用。     

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．     

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     

东海煤矿深部回采工作面矿压规律

为了得到深部回采工作面的矿压显现规律,采用相似模拟、理论分析、数值模拟与现场观测相结合的方法,对东海煤矿32#煤层左九工作面顶板活动规律,上覆岩层移动、破坏规律以及支承压力的分布规律进行了理论分析与实践研究,得出了该工作面顶板活动的各项参数和上覆岩层移动、破坏的范围以及支承压力的分布变化规律。研究表明,深部开采工作面随着采深增加,支承压力有所增加,支柱载荷也增大,但顶板活动规律、上覆岩层移动规律与浅部开采相比变化不明显。该结论为龙煤集团同类矿井进入深部开采阶段采场围岩控制设计提供了参考依据,对其他同类矿井具有很好的借鉴作用。     

基于PCA与Elman网络的地下矿山岩层移动

 由于地下金属矿床地质与开采条件的复杂性,影响岩层移动的因素错综复杂且相互影响,使得对岩层移动的预测具有很大的不确定性。大量的样本数据减慢了神经网络的训练速度,并且使得神经网络不稳定。将主成分分析(PCA)与Elman网络相结合构建模型,对地下矿山岩层移动角进行预测研究。利用主成分分析对原始数据进行预处理,提取原信息的主成分,将输入变量减少且互不相关,提高神经网络训练速度;用Elman网络对训练样本进行训练,进而利用训练好的网络对预测样本进行预测,与不采用PCA时的预测结果相比,采用PCA的预测结果更为准确,通过期望输出与实际输出的对比,相对误差都在5%以内,其预测的结果精度高,表明了PCA与Elman网络相结合对地下矿山岩层移动进行研究是可行的。     

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.     

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。     

三面采空综放采场采动阶段动力灾害机理

三面采空综放采场采动阶段受到高应力作用容易引发冲击地压、顶板大面积来压等动力灾害,通过研究岩层运动与矿压关系,孤岛工作面掘进、回采过程中覆岩空间结构形式及其运动规律,揭示工作面开采初期和开采期间岩层运动诱发动力灾害机理.结合工程实践,基于微震定位监测结果验证三面采空综放采场采动阶段诱发动力灾害规律,揭示应力分布、变化,为治理矿压动力灾害提供理论基础和技术手段.     

基于选权迭代最小二乘的地表移动盆地 边界角量参数估计

在厚松散层矿区,利用常规地表移动观测站变形观测成果无法估计松散层、岩层的边界角和移动角参数,针对此问题,文章提出了一种基于选权迭代最小二乘的地表移动盆地边界角量参数估计模型。首先将地质采矿条件相似的观测站归为一类(作为基础数据),然后以综合移动角和综合边界角为观测值,推导了以岩层移动角、岩层边界角、松散层移动角及松散层边界角为参数的观测方程,考虑到综合移动角和综合边界角中可能存在粗差,引入Hampel法和IGG法2种选权的方法,通过多次迭代求取参数最优值,并对求参结果进行精度评价。基于该模型利用Matlab软件开发了参数估计程序。顾桥矿、顾北矿的工程应用结果表明,Hampel法的参数估计精度优于4°,IGG法参数估计精度优于1°。基于IGG法选权迭代最小二乘估计的顾桥矿、顾北矿地表移动盆地边界角量参数分别为:φ_0=48.02°,φ=64.47°,β_0=48.19°,β=69.18°,γ_0=48.20°,γ=70.01°,δ_0=35.32°,δ=49.92°。     

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.     

岩层和地表移动过程的时间因素

文中提出了一个考虑岩层和地表移动的初步理论模型,这种模型除了能定性地说明由井下到地表的岩层移动的迟滞过程,还提供了定量地考慮这种时间因素的数学方法。文中还就加快回采进度以减轻地表变形的问题进行了初步的探讨。