厚松散层下采煤地表沉陷特征研究

为掌握地表沉陷的一般变形规律,需研究厚松散层下采煤地表沉陷终态变形特征和地表沉陷动态变形特征,对云驾岭矿三采区开展了系统的地表沉陷监测,分析研究了地表沉陷终态移动变形特征及角量参数求取,地表下沉速度,地表下沉速度滞后和地表移动延续时间。研究结果表明:地表沉陷范围广,充分采动角为:走向左70°、走向右61°、走向边界角57°、下山边界角81°、走向移动角67°,下沉速度快,下沉活跃阶段仅为15 d,占整个地表移动时间的6%,最大下沉速度滞后距分别为146 m和143 m,衰退阶段下沉量小,但周期较长,上述结果验证了厚松散层下重复采动时,地表下沉与采动程度呈正比,活跃期的下沉周期短,衰退阶段周期长等特征。     

固体充填开采地表沉陷实测规律及控制效果分析

为研究充填开采地表沉陷特征及响应过程,以唐山矿9号煤层T3292充填工作面为工程背景,通过布置地表沉陷观测站进行长期观测,采用现场实测与理论分析相结合的方法,基于概率积分法分析地表变形参数。结果表明,充填开采地表下沉值较小,最大下沉值93mm,仅为采高的2.66%;工作面推进过程中地表超前移动,超前影响距离与超前影响角平均值分别为184.8m、75.7°,随着采空区面积的增大,超前影响范围略微增加;充填开采下沉系数为0.0283,主要影响角正切值为1.2,分别为垮落开采的3%～5%和50%～62%;地表最大水平变形0.236 mm/m、最大倾斜变形0.155 mm/m、最大曲率0.393×10-3 mm/m,对工作面进行合理的固体充填开采能有效控制地表变形,减小对地表建(构)筑物的损害。     

某金属矿地下开采地表沉降影响分析

针对某金属矿向深部开采过程中遇到的地表沉降问题，通过建立该矿山全生命周期内矿体数值模型，研究随开采深度的增加，地表沉降对建(构)筑物和上覆岩层稳定性的影响。采用Midas数值模拟方法模拟矿体逐步开挖后，对地表沉降变形进行分析。研究结果表明，当矿体开采到-800 m中段时，在地表形成了近似圆形的沉降盆地，地表建(构)筑物的最大地表沉降量为16.77 mm，最大水平位移为-7.33 mm，地表最大倾斜为-0.041 mm/m，最大曲率为0.036×10^-3 mm/m²，最大水平变形为-0.052 mm/m。地表沉降及变形值均不超过“三下”采矿规范限值，并且矿山采用充填采矿有效控制了井下采动对岩体的移动，地表及建(构)筑物不会出现明显的沉陷问题，对于该矿深部开采对地表沉降影响分析有一定的参考价值。     

重复采动条件下地表移动变形规律实测研究

为了揭示重复采动条件下地表沉陷变形规律,凤凰山煤矿在154309工作面上方建立了地表移动观测站。通过对岩移观测资料的分析研究,给出了重复开采时地表沉降曲线,获得了该地质采矿条件下地表移动变形预计参数和岩移角值,探讨了重复采动条件下地表移动变形特征。研究认为,重复采动条件下地表沉陷变形剧烈,下沉盆地陡峭,变形分布集中,地表下沉系数大,采动影响范围大。地表动态变形剧烈,下沉速度快,最大下沉速度为143.4mm/d,地表移动持续时间较短,活跃期约占地表移动持续时间的30.7%,其下沉量占地表总沉降量的96.3%。     

基于Weibull时间序列函数与负指数法的动态沉陷预计

为了探讨采矿过程中受时间和空间影响的地表移动变形的发生发展机理,提出了一种基于Weibull时间序列函数与负指数法的动态沉陷预计方法。该方法以研究描述地表沉陷区观测点下沉变化过程的Weibull时间序列函数为基础,认为Weibull时间序列函数在描述地表观测点沉陷的动态过程时,不仅能较好地拟合下沉-时间（w-t）曲线,而且由此推出的速度-时间（v-t）曲线和加速度-时间（a-t）曲线也能够很好地符合地表沉陷随时间变化的物理过程。基于实测资料确定的负指数法在描述地表移动盆地时具有实践应用性强、预计精度高等特点,给出了走向主断面半无限开采负指数法的下沉预计公式及参数求取方法。根据主断面动态沉陷模型的一般形式,将Weibull时间序列函数与负指数预计函数相结合,建立了充分采动条件下沉陷盆地走向主断面的动态地表下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形模型,并对某煤矿的地表动态沉陷进行了预计,结果表明,预计结果与实测结果具有很好的一致性,可为实现矿区地表动态沉陷预计提供参考。     

山区复杂地形下地表移动盆地边界角量参数研究

为准确有效地获得山区复杂地形条件下地表运移规律和角量参数,以山西山区某矿20210复杂地形工作面为例,提出了一种“以点求面”的计算模式,在山区复杂地形工作面非主断面处建立地表移动观测网,利用遗传算法在参数优化推导中的优势,优化出本地区的概率积分法预计参数,拟合研究了山区复杂地形下的地表移动变形规律,得到了地表移动盆地边界角量参数。通过优化的参数对地表移动变形进行了概率积分法预计,并与非主断面实测数据进行了对比分析。结果表明:基于遗传算法优化参数得出的概率积分法结果,其误差均在5%以内,验证了预计参数及地表下沉数据的可靠性。该地形条件下地表移动下沉最大值为853 mm,矿区走向移动角为69.0°,上山移动角为73.1°,上山边界角为70.3°,下山边界角为59.4°,充分采动角为59.3°,最大下沉角为83.6°。     

煤矿开采沉陷移动变形预测

为了预测评价开采沉陷对矿区环境的影响,正确选择环境保护措施,必须对开采沉陷引起的地表下沉、倾斜、曲率、水平变形等移动变形值、地表移动持续的时间和最大下沉速度、开采沉陷的范围、冒落带和导水裂隙带的高度以及采动过程中地表移动变形等进行预测,本文将介绍几种预测方法.     

预计参数对开采沉陷的影响研究

随着煤炭资源的开采,开采沉陷所引发的环境破坏问题日益严峻。如何建立准确的开采沉陷预计模型至关重要。基于MATLAB平台开发了开采沉陷动态预计系统,结合工程实例分析了下沉系数、主要影响半径、开采速度这3个预计参数对预计结果的影响。研究表明:下沉系数增大,地表下沉盆地陡峭,水平移动距离与曲率也随着增大;主要影响半径增大,地表下沉范围增大,下沉曲线的拐点不变,而主要影响半径减少会使开切眼与终采处地表倾斜值和曲率值在小范围内急速增大,对地表扰动影响较大;加快开采速度,利于减少地表的移动变形量,从而减少采动对地表的影响。     

陕北黄土沟壑地貌地表移动变形特征研究

为研究黄河流域中游陕北矿区湿陷型黄土沟壑地貌高强度开采地表移动变形特征,对柠条塔矿黄土沟壑区N1212工作面开展系统的地表沉陷监测,分析黄土沟壑地貌高强度开采条件下地表沉陷变形特征,确定地表最大下沉速度及最大下沉速度滞后角,地表移动时间和动态地表移动参数。研究结果表明：陕北湿陷型黄土层高强度煤炭开采地表非连续变形破坏严重,黄土地表易受移动变形与地形条件复合影响,出现不均匀沉降,高强度开采条件下,地表移动变形发育剧烈,地表最大下沉量5 255 mm,最大水平移动值2 680 mm,最大下沉速度为187.4 mm/d,单一煤层开采最大下沉系数为0.63,斜交重复采动最大下沉系数为0.84,活跃期约55 d,期间下沉量占总下沉量97%,最大下沉速度滞后距为74 m,最大下沉速度滞后角67°。上述结果验证了浅埋煤层高强度开采时,地表下沉剧烈、活动周期短、重复采动时,地表下沉量与地质采矿因素成正比,沟谷地形高强度开采地表变形具有速度快、塌陷大、损害重的特征。     

云驾岭矿厚煤层综采地表沉陷时空演化规律研究

为了研究云驾岭煤矿厚煤层综采地表沉陷的时空演化规律,基于现场实测数据,分析了矿井三采区开采监测数据的时空相关性以及地表动态沉陷和超前影响的演化规律,得出了地表移动的延续时间,构建了顾及三维空间及时间效应的地表任意点最大下沉速度表达式,并给出了达到最大下沉速度的时间。建立了利用采动程度系数、覆岩岩性系数、采深等多因子来表达云驾岭煤矿非充分采动地表移动延续时间的经验公式。结果表明:井下采出空间由极不充分开采过渡到非充分开采,地表下沉量显著增加;超前影响距平均值为388 m,超前影响角平均值为56°;12303和12305工作面开采地表最大下沉速度滞后距平均值分别为146 m和143 m,最大下沉速度滞后角平均值分别为76°和77°;基于正态分布时间函数能够计算地表任意点的最大下沉速度;理论值和实测值对比结果表明,采用包括采动程度系数、开采深度和覆岩岩性系数等多因子来表达地表移动的延续时间更符合工程实际。     

开元煤矿丘陵地貌开采沉陷规律研究

通过实测和模拟方法对开元煤矿丘陵地貌条件下开采沉陷规律进行了研究,结果表明:充分采动时地表下沉系数为0.78,水平移动系数为0.23,采动影响边界范围173 m,边界角为59°,移动角为73°,主要影响角正切为1.8。研究成果为开元煤矿保护煤柱设计确定采动影响范围、进行"三下"采煤地表沉陷设计、确定地表沉陷各项参数和村庄压煤开采设计提供了依据。     

条带气化开采覆岩移动与地表沉陷实测分析

为了获得华亭原安口煤矿工广煤柱地下气化极不充分开采条件下地表沉陷规律,在国内首次建立了条带地下气化工作面覆岩移动与地表沉陷观测站。通过地表测点和浅基点岩移钻孔磁环动态下沉过程分析表明,下沉曲线呈"下沉-上升-下沉-上升-下沉"五阶段阶梯式波动下沉规律,条带气化工作面极不充分开采地表移动和变形具有明显的非线性和非连续性。通过不同磁环动态下沉过程分析,确定了岩层离层区位置。通过地下气化炉燃空区物探分析得出燃空区间投影面呈中间宽、两头较窄的似椭圆形。计算了下沉盆地倾向主断面边界角、最大下沉角和地表最大移动变形参数(imax=1.385 mm/m,εmax=0.516 mm/m,Kmax=0.275 mm/m2),得出了下沉盆地并没有达到危险移动边界,条带地下气化开采没有产生明显下沉盆地,在观测期内没有对地表建筑物造成危害的结论。     

厚黄土层下采动地表沉陷规律研究

为研究辛置煤矿厚黄土层下采动地表沉陷规律,采用现场实测、理论分析和UDEC~(2D)离散元数值模拟相结合的方法,分析了地表沉陷的基本特征,构建了基于坐标变换的倾向地表下沉和水平移动拟合函数模型,确定了地表沉陷的角量参数和预计参数,论证了数值模拟力学参数的可靠性,并进一步讨论了地质采矿条件对地表下沉率和最大下沉角的影响。研究表明:①该矿前期条带开采地表下沉量很小,间隔煤柱回收后地表沉陷量显著增大,实测地表最大下沉量为1 537 mm,最大下沉角为79°,下沉系数为0.74;②采动程度与地表下沉率服从Boltzmann函数关系,与最大下沉角服从负指数函数关系;③黄基比与地表下沉率和最大下沉角的关系可用双指数函数进行表达。     

采动期间高等级公路DInSAR监测及损害治理

为了评定采动期间地表沉降对采空区上方高等级公路的破坏程度,采用合成孔径差分干涉测量(DInSAR)的技术,利用南屯矿区10景TerraSAR-X卫星数据,对位于老采空区上方的高等级公路在重复采动条件下的沉降情况进行监测。获取了监测期间的开采沉陷时序关系图,这是传统测量方法难以达到的。通过提取出高等级公路时间序列上的下沉值,并基于此值对邹济高等级公路进行损害程度评定,研究表明:公路在监测期间内最大下沉值达到210 mm,最大水平变形为3.1 mm/m,最大曲率为0.046 mm/m2,最大倾斜为3.175 mm/m,使公路产生裂缝、隆起,属于轻微损害,针对损害特征给出了相应措施。     

跳采充填采煤法在村庄下采煤的应用

为了解放村庄下煤炭资源,综合条带法、充填法、跳采法的技术优点,提出采用超高水材料作为充填物,并将工作面划分成若干条带进行跳采充填。以邯郸矿区某矿为例,研究了地表移动变形规律。观测结果表明:采用该方法在平均埋深340m,采高为4m的近水平煤层开采时,地表最大下沉值为1174mm,减沉率约为61.5%,最大倾斜变形为10.6mm/m,最大曲率变形为-0.28mm/m2,采出率为89.2%,且下沉盆地范围明显减小;如果调整跳采顺序,使得地表最大变形区域人为可控,有效地保护了地表重要的建(构)筑物。该方法用于控制地表沉陷效果明显,为"三下"采煤工作提供了一种行之有效的新方法。     

急倾斜矿体充填法开采的地表沉陷特性研究

建筑物下开采资源时,必须对开采引起的地表沉陷及其对建筑物的影响进行评价,确保建筑物的安全。针对赵平房铁矿矿体的急倾斜特性,结合空场嗣后充填采矿方法,运用有限元分析软件进行数值模拟分析,获得了矿体开采、充填后地表的移动变形规律,以地表倾斜、曲率和水平变形为评价指标,研究了地表的沉陷特性。数值模拟结果显示,两步骤开采引起的地表竖直方向最大位移为0.37 m,倾斜、曲率和水平变形最大值分别为0.794 mm/m、0.0096mm/m2、0.710 mm/m,其值均远低于我国建筑物的保护等级标准。结果表明,赵平房铁矿矿体的充填开采对地表建筑物沉降安全的影响不明显。     

首采工作面地表沉陷变形特征

以金鸡滩煤矿首采工作面1206工作面地表实测数据为例,分析了地表沉陷、变形特征,研究了厚松散层首采工作面地表沉陷规律。结果表明:首采工作面地表下沉变形量较小,最大下沉值3 059mm、最大水平移动值1 536mm、最大水平变形值40mm/m。     

矸石充填开采地表沉降分析——以山西华晟荣煤矿为例

为了准确评估矸石充填后的效果，以山西华晟荣煤矿3号矿井矸石充填开采为工程背景，通过布置网状观测点，形成地面沉降观测网，并定期记录高程数据与平面坐标，监测地表沉陷状况。结果表明，越靠近工作面，下沉越明显，且主断面的下沉值最大，介于250～300 mm之间；除靠近工作面的个别观测点外，多数观测点达到了I级指标，即倾斜变形值≤3 mm/m,曲率值≤0.2 mm/m,水平变形值≤2 mm/m.家属楼位于工作面东侧，最大下沉值为136 mm;污水处理厂有一部分位于工作面上方，最大下沉值为200 mm.因此，充填开采不仅解决了矸石地面堆放造成的环境污染问题，也有效控制了地面沉降，实现了矿山和生态的和谐发展。     

保德煤矿冲沟地形下综放开采地表沉陷规律研究

针对保德煤矿综放开采易导致冲沟地形坡体裂缝异常发育甚至滑坡的现象，本文采用现场实测及数值模拟方法，研究了冲沟地形下高强度开采地表沉陷规律。研究结果表明：实测保德煤矿81306综放工作面采后的地表最大下沉量为3 158 mm,下沉系数为0.53,采动影响范围190 m,计算得出基岩裂缝角为83°,移动角为78°,边界角为68°,其开采扰动影响程度及范围比传统条件有明显增大。模拟研究发现，当冲沟地形处于开采边界的正上方时，其引起的开采沉陷会异常增大，主要原因是井下采动导致上覆沟谷坡体出现一定的滑动现象。基于此，本文针对性地提出了塌陷裂缝的治理措施，研究结果为冲沟地形建筑物下开采边界的合理选择及类似条件下的沉陷控制提供借鉴。     

厚松散层大采深下采煤地表移动规律研究

为研究淮南矿区巨厚松散层大采深下采煤地表移动规律,对松散层厚400 m、采深500 m的某矿11118工作面地表沉陷实测数据进行了分析,得出了厚松散层大采深下采煤地表移动静态、动态规律和地表移动参数.结果表明:淮南矿区厚松散层大采深下采煤地表下沉曲线具有走向、倾向的双向对称特征;走向边界角、上、下山边界角很小且三者相等为35°;地表移动盆地边界收敛缓慢,出现长距离缓慢下沉带,建筑物受损轻微;采空区上方地表下沉集中且地表移动变形值大,建筑物损坏严重;同等开采条件下,厚松散层下单工作面采煤地表采动程度较一般开采条件下高,易接近或达到充分采动状态.