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.     

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,分析采动覆岩移动的规律和松散层厚度、采深采厚比对覆岩移动及变形的影响。     

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。     

急倾斜多厚煤层开采地表移动和变形规律相似模拟

为减少传统沉陷计算方法对急倾斜煤层开采沉陷变形进行分析结果的失真,以具体的急倾斜多厚煤层开采为背景,建立了相似材料模型,分析了急倾斜煤层开采沉陷对应的地表移动和变形规律,覆岩的移动和变形规律.结果表明:在失去煤层支撑后,覆岩呈悬臂梁结构因重力持续增长而出现断裂,地表沉陷区相对较小但变形展现出严重的非连续性阶跃式     

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。     

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。     

开采沉陷动态预计中的流变模型及应用

解决开采沉陷动态预计的规律性问题，必须把地质实测经验资料和采场覆岩移动变形力学机制有机地结合起来。用流变力学原理推导地表动态移动下沉值与时间的函数关系式，结合现场实测资料对相关系数进行估算，可以有效地对开采地表变形进行预计，有助于确定地表受采动的影响程度。     

含水溶洞对采煤工作面覆岩移动的影响规律

含水溶洞的存在使得煤层覆岩移动规律存在特殊性。为了研究含水溶洞对煤层覆岩移动的影响,本文以贵州某矿作为工程背景,利用FLAC3D进行数值模拟研究,对比分析溶洞有无含水作用下煤层覆岩移动规律。研究结果表明:(1) 含水溶洞煤层开采情况下,溶洞围岩变形下沉量相较于无水情况增加了37.24%,随着推进距离的增加,溶洞靠近采空区侧底角出现明显的下沉现象,溶洞右帮出现向内挤压现象,溶洞围岩和煤层顶板应力集中区和破坏区逐渐贯通;(2) 溶洞含水情况相比于无水情况,覆岩运移在含水条件下得到加强,其中最大曲率增大了0.88mm·m-2、最大水平变形增大了1.81mm·m-1;(3) 随着采煤工作面的推进,含水溶洞围岩裂隙和煤层顶板裂隙不断扩展,当工作面推进至与溶洞水平距离小于10m时,溶洞围岩裂隙和顶板裂隙贯通,形成导水裂隙。研究成果对溶洞影响下的煤层开采顶板管理和地表沉陷防治具有理论和工程参考意义。     

开采沉陷动态预计流变模型及应用

通过对采场覆岩移动变形规律进行研究，从流变力学角度，给出地表下沉时间位移函数，并结合实测资料对有关参数进行回归分析，运用推导公式与实测资料进行了结果对比，总结出符合大同矿区地表动态下沉经验公式。提出地表下沉推迟时间tr的概念，可作为划分开采沉陷剧烈程度的量化指标。     

采空区充填控制覆岩沉降相似模拟

采用相似材料模拟实验方法,对采空区充填控制地表沉陷相似材料模拟实验,模拟工作面采空区充填控制地表及覆岩移动,采用3种不同强度充填材料充填开采推进过程中工作面采空区,观测地表及覆岩移动规律.得到了充填开采条件下地表及覆岩的移动规律,充填材料的强度与地表下沉系数的关系,采空区充填的空间与充填时间的关系,为解决采空区充填开采提供了科学依据.     

荷载作用下老采空区上方地表移动变形规律的数值模拟研究

利用数值模拟方法,分析了开采深度和松散层厚度对采空区地表移动及变形量的影响,系统地讨论了地表移动变形规律.试验结果表明:地表残余下沉量和变形量随着开采深度的增大而减小,随着松散层厚度的增大而增大.     

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。     

深井覆岩体结构形变分带（区）性研究

针对深井开采覆岩结构变形的特殊性,提出基于应力场转移的深井覆岩结构形变模型。采用三雄半解析数值计算和现场综合试验与勘测的方法,给出采动岩体沉陷移动的分带、分医特征及突变集中变形和阶段性滞缓移动现象的动态演化规律,为深井开采覆岩与地表移动变形灾害控制提供科学理论依据。     

张集煤矿11418(W)工作面开采地面沉陷演化规律

依据张集煤矿11418(W)工作面地表移动变形观测站实测数据,运用概率积分法和拟合曲线法求取下沉系数、水平移动、拐点偏移距等地表移动变形参数,获得张集煤矿8煤层开采地质采矿条件下的下沉量大、速度快、稳定快且具有突变性等地表移动变形演化规律及新特征,为地表沉陷范围和影响程度的确定提供可靠依据.     

浅埋煤层开采覆岩移动规律数值分析

利用RFPA岩石破断过程分析系统软件，对神府东胜矿区活鸡兔煤矿厚松散层浅埋煤层首采工作面上覆岩层在采动后的活动规律进行了动态数值模拟。并根据模拟结果，分析了随着工作面采动和推进，上覆岩层的破断过程、特征与来压特点。模拟结果表明，卸荷变形是引起浅埋煤层直接顶初始离层的主要因素之一，浅埋煤层老顶岩层破坏的主要顺序仍为“离层－断裂－垮落”，厚松散层浅埋煤层开采时，当关键承载层完全垮落后，覆岩会发生直达地表的整体切落现象。     

山区开采沉陷地表移动变形规律

为研究山区煤炭资源采空区地表沉陷移动规律,提高山区矿山地质环境影响评价工作精度,采用对塌陷地层工程地质条件、塌陷过程模拟再现的实验的方法,研究模拟地层及地表塌陷变形规律.研究结果表明:山区采空塌陷下沉曲线拐点位置会向山坡上升方向偏移,地表裂缝大小和分布特征与地表凹凸变化有关,地面坡度、表土层厚度和性质决定地表移动变形的大小和剧烈程度.研究结论初步得出地表岩层呈现出L型断裂的条件有利于指导煤矿安全开采,提出的地下采空区地表移动变形规律有助于支撑矿山地质环境保护与恢复治理.     

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。     

覆岩离层注浆控制沉降技术及计算模型

煤层开采以后,其开采周围的岩体的原始应力平衡状态因采动而受到破坏,应力将重新分布达到平衡。在此过程中,采空区上覆岩层将发生非连续破坏和连续移动,形成冒落带、离层带、弯曲带和松散冲积带的“四带”覆岩结构。利用岩移过程中形成的离层空间,通过地表钻孔向离层注浆,可减缓覆岩的进上步下沉。因此,以矿山开采沉陷理论和毕竟性薄板理论为基础提出了覆岩离层注浆沉降计算模型,可确定上覆岩层离层空间发育的层位和岩层间的     

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。     

厚煤层条带法开采覆岩移动和变形规律模拟

为解决厚煤层条带开采覆岩移动和变形规律问题,采用相似材料模拟试验的方法对厚煤层三维条带综放开采进行研究,分析覆岩及地表的移动与变形规律,确定岩层内部的各移动角值,地表沉降系数等.研究结果表明:地表沉降呈现出走向、倾向主断面相对称的下沉趋势,地表形成了单一均匀的下沉盆地;三维相似材料物理模型试验能够较全面地反映出原型覆岩的各种变形、移动、应力、应变的变化规律,为实际开采提供了可靠依据.