煤层开采地表沉陷相似材料研究

为研究煤层开采地表沉陷的移动变形规律,采用相似材料模拟实验。本文通过对模型的设计及观测,得到模型的观测成果。分别用概率积分法和皮尔森Ⅲ型函数法对急倾斜煤层开采地表的下沉进行预计,其预计结果和模型观测结果对比分析,定性的得出尔森Ⅲ型公式法适合预计500煤层的地表静态下沉。     

开采引起山区地表移动规律的理论探讨

本文根据随机介质理论,从理论上导出山区下水平煤层开采、倾斜煤层开采引起的地表移动和变形的一系列计算公式,並得到许多结论。这些结论与实测结果相吻合。应用本文所给的公式,可以预计开采影响下山区地表移动和变形。     

曲面拟合技术在开采沉陷预计中的应用

在以前的开采沉陷预计软件中,往往采用等倾角或分段等倾角来预计工作面回采后地表的沉陷情况,这不符合煤层实际的赋存情况,因此,也带来理论上预计的误差。采用曲面拟合技术可以消除这种理论上的预计误差。利用地理信系统采集煤层底板等高线的基础数据,再拟合出工作面煤层的曲面方程,根据曲面方程可以求出工作面煤层的倾角、倾向;求出开采微单元的各种变形值的偏移方向和偏移值,按照概率积分法叠加原理最终求出预计区域内的地表沉陷的各种变形值。通过工程实例验证曲面拟合方法下沉预计值标准方差为:411.4,水平移动标准方差为:268.39;采用等倾角或分段等倾角预计下沉值标准方差为:5329.1,水平移动标准方差为986.6.曲面拟合法优于分段等倾角法。     

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.     

相邻工作面开采后地表沉陷监测

本文利用常用的概率积分法来求取地表移动预计参数,首先根据实测资料按经验确定概率积分法的初始参数值,然后按初始参数值根据观测站与开采工作面的相对位置关系,计算地表观测线的下沉值。然后将预计值与实测值进行比较,比较后再调整预计参数,以逐渐趋近的方法．最后求取概率积分法的移动变形预计参数。     

任意形状工作面开采地表移动变形预计的算法实现

针对目前矿山生产的现状，对任意形状工作面开采地表移动变形的预计算法进行了研究。应用概率积分法的基本原理，结合生产实际，运用VC 语言，开发了地表移动变形预计系统。本系统采用面向对象的技术和方法进行数据组织，基于剖面线算法实现图形分割和网格的自动生成，实现了任意形状工作面开采的移动变形预计、预计结果的可视化输出。     

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.     

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     

沟谷区浅埋煤层覆岩破坏特征及地面裂缝发育规律

沟谷区浅埋煤层开采覆岩损害特征不仅受覆岩结构影响,同时受地形地貌特征影响。为进一步研究浅埋煤层过沟开采时覆岩运动及损害机理,以陕北浅埋煤层区某矿14210工作面为研究对象,通过建立物理相似材料模型,利用人工测量、变形监测、数据分析等方法,研究沟谷区浅埋煤层开采覆岩破坏规律及地表裂缝形成机理。结果表明:煤层覆岩沉降值曲线在垂向上具有向下继承性,顶板周期性垮落后沉降曲线呈"U"型,沉降值变化速率大的"U"型两侧区域纵向裂隙发育,周期性垮落体边界与自然平衡拱结构基本吻合,并周期性向前发展;地表裂缝可根据坡向与煤层采动方向的关系分为顺向坡推挤裂缝、逆向坡拉张裂缝和沟底隆起3种类型,不同类型裂缝具有不同的动态发育规律。研究成果为沟谷区浅埋煤层开采覆岩及地表损害预测提供了理论基础,对浅埋煤层过沟开采可能因覆岩及地表损害引起的矿井水害防治具有重要意义。     

煤矿开采动态地表下沉预计算法

针对煤矿地下开采造成岩层及地表移动随时空变化、开采时间与空间的变化对地表移动变形影响等问题,为准确预测开采过程中的地表移动变形,对开采沉陷的影响函数预计方法进行了理论分析与应用研究.应用数值积分方法,通过数学建模实现了开采沉陷预计系统.明确了开采沉陷动态移动变形模型的具体算法,提出了通过倾向微元化达到顾及主要影响半径随采深变化的方法,使得缓倾斜煤层的使用Knothe模型得以实现.应用VB开发了开采沉陷地表动态移动变形系统,并通过现场实测数据验证了动态预计算法的正确性.     

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。     

综采工作面煤壁片帮影响因素研究

综放开采技术是厚煤层开采工艺的重要发展方向之一,采用三维有限元离散方法,研究了不同采高、不同采深、不同煤体硬度条件下煤壁片帮规律,得到了不同条件下规律拟合公式.结果表明:采高、采深、煤体硬度都影响煤体片帮;随着采深和煤体硬度增加,煤层片帮几率和片帮区范围加大;煤体硬度、采深对煤壁片帮范围影响较小;随着采高增大,煤壁支承压力峰值降低,深入煤体深度增加;煤壁片帮与采深、采高和煤体硬度呈非线性关系.该结果为进一步定量研究大采高条件下煤壁片帮影响因素提供了理论依据.     

地铁线路穿越急倾斜煤层采空塌陷区相似模型试验

地铁线路穿越煤矿采空塌陷区问题为中国首例,因此进行急倾斜煤层开采岩移基本规律和地铁荷载作用下塌陷区及侧壁围岩稳定性研究具有重要意义。运用相似模型试验方法,模拟开采两组急倾斜特厚煤层,并用数码相机记录开采及加载过程中岩层破断及移动形态。试验反映了急倾斜煤层开采中垮落带形态、裂隙带形成与发展和地表移动特征等共性;此外,分别以顶底板移动角、边界角,表土层移动角、边界角参数计算煤层开采覆岩破坏边界范围,并以此划分不稳定区、基本稳定区和稳定区;考虑地铁及建筑荷载下,塌陷区破断岩体有闭合压实现象,地表最大下沉量为4~5 cm,顶板侧壁不稳定围岩最大离层量2 cm。所得结果对指导现场地铁线路穿越煤层采空塌陷区具有一定的参考意义。     

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。     

深部矿井倾斜煤层采空区下回采巷道布置的数值模拟

为减少深部矿井倾斜煤层采空区下回采巷道的变形量和卧底量,降低回采巷道的返修率,以某矿为例,分析采空区下布置回采巷道的矿压显现规律及回采巷道位置参数,并采用FLAC^3D快速拉格朗日差分分析法进行数值模拟计算。结果表明：两层煤联合开采的下层位煤层回采巷道,应布置在上层位煤层已经稳定的采空区下;回采巷道与上层位煤体边缘之间的水平距离可通过取其在下层位煤层应力降低区域与下层位煤层小变形区域的取值范围的交集获得。该研究为采空区下回采巷道的位置选择提供了可靠的理论依据。     

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。     

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．     

下沉速度法研究地表移动变形分布规律

在地质采矿条件变化不大时，从地表点的下沉速度出发，取随开采工作面一起移动的动坐标建立动坐标系，研究地表点下沉速度的分布规律，得到地表下沉速度分布曲线，并对地表点在整个下沉时间过程的速度曲线进行积分，得到动态地表主断面上的地表下沉分布公式，并在此基础上经过一系列转换，得到地表任意点下沉、倾斜、曲率、水平移动、水平变形公式。公式简单，便于应用。     

采场上覆岩层移动参数的试验研究

通过多煤层同采时下部煤层开采对上部煤层开采影响的试验结果分析,得出了试验矿井条件下,下部煤层开采时上覆岩层移动及变形规律、有关岩层移动参数,并提出了上部煤层巷道变形的预计方法．图４,表２,参３．