条带开采沉陷预计误差的实测纠偏方法

根据近水平煤层条带开采覆岩移动变形机制和下沉盆地的对称性,提出了近水平煤层条带开采沉陷预计误差的实测纠偏方法,编制了条带开采沉陷预计误差实测纠偏方法的计算机软件.利用前岭煤矿条带开采的地表下沉实测数据验证了该方法的可靠性,基于415工作面和413工作面采后的下沉曲线,应用实测纠偏方法预计的411工作面采后下沉曲线与实测曲线的误差小于±16mm.     

浅埋厚煤层高强度开采地表移动规律实测研究

为研究浅埋厚煤层高强度开采地表移动规律,结合哈拉沟矿地质采矿条件,在22407工作面上方布设合理的地表移动观测站,进行地表移动和变形监测,获得较为完善的地表移动和变形资料。通过分析地表走向和倾向观测线的静、动态移动变形曲线,获得地表移动变形规律、相关角量参数及概率积分法预计参数。结果表明,在浅埋厚煤层高强度开采条件下,地表下沉比较剧烈,地表最大下沉速度达到696 mm/d,移动变形比较集中,能够快速形成下沉盆地,地表移动在很短的时间内达到稳定状态。研究成果可以为类似矿区设计"三下"采煤及合理留设各类保护煤柱、地表沉陷预计提供参考。     

开采沉陷中采深偏移系数的性质分析

在处理倾斜煤层的开采沉陷数据时,往往采用平均采深代替走向主断面实际开采深度,此时存在着采深偏移系数的情况,不可避免地造成了开采沉陷预测的不准确性.为了提高开采沉陷预测精度,通过理论推导,给出了采深偏移系数计算公式,分析了上覆岩层岩性、煤层倾角、松散层厚度等地质采矿条件对采深偏移系数的影响.同时,结合11个矿区的开采工作面资料,求取了以平均采深代替走向主断面实际采深时各地表移动变形值的偏差.结果表明,采深偏移系数随着覆岩强度和煤层倾角的增加而增加,随基深比的减小而减小.当煤层倾角达到20°以上时,应该考虑采深偏移系数对各移动变形值造成的影响,为矿山开采沉陷准确预测提供参考.     

充分采动区内及主断面上水平移动变形的分布规律

本文根据碎块体理论推出了作为各向异性介质的岩体内部及地表沿移动盆地主断面的水平移动变形的分布规律,对现有水平移动理论作了改进。作者用实测资料及可靠性数学证明了该理论的正确性,指出了在充分采动区内存在着水平移动u残,给出了u残的计算公式,并对峰峰矿区的u残进行了综合分析。在此基础上,说明了水平及倾斜煤层半无限及有限开采时的、沿移动盆地主断面的水平移动变形的分布规律。在本文的基础上,可望提高水平移动变形参数求定及预计的可靠性。     

急倾斜多煤层开采地表沉陷分区与围岩破坏机理——以木城涧煤矿大台井为例

为了研究急倾斜多煤层开采条件下地表及围岩移动变形特点,以木城涧煤矿大台井急倾斜多煤层开采为研究对象,进行了相似材料模拟研究.揭示了地表移动变形规律和围岩垮落、破坏机理,得出了不同区域移动变形的大小及主要特点,并与实地观测数据进行了对比分析.结果表明:该条件下开采,地表沉陷盆地可分为露头塌陷区、整体沉陷区、渐变沉陷区和轻微沉陷区,浅部开采形成的地表分区格局对整个采动影响区的地表移动变形起到了控制作用,浅部开采覆岩破坏以陷落和张裂为主要特征,深部开采以离层带裂隙顺层通达地表和台阶错落下沉为主要特征.     

采动过程中地表移动变形规律

本文根据峰峰矿区地表移动实测资料对回采工作面推进过程中地表点的移动轨迹进行了分析,对采动过程中走向主断面内地表下沉速度分布及移动变形变化规律进行了分析研究。     

深部极不充分开采非常规观测站预测参数求取

为了研究深部极不充分开采地表移动的规律及预测参数的求取方法,对比分析了煤矿区地表移动观测站预测参数识别方法,基于概率积分法和概率密度函数法,构建了单向极不充分开采非常规观测站曲面拟合函数模型。以云驾岭煤矿三采区首采面12303工作面开采为例,采用曲面拟合法求取了地表沉陷预测参数。结果表明:在非常规观测站布设条件下,曲面拟合求参法适合于该类地质采矿条件,地表下沉率为0.12,走向主要影响角正切值为0.5,倾斜下山方向主要影响角正切值为1.2,走向左、右拐点偏移距分别为0.46 H0和0.2 H0,而最大下沉点向下山方向偏移量很小。这对于指导建筑物下安全开采和矿区保护煤柱留设具有一定的参考价值。     

FLAC3D在张集煤矿开采沉陷预测中的应用分析

利用FLAC~(3D)数值分析软件,分析了高潜水的张集煤矿巨厚松散层下12171工作面重复开采对上部17278工作面移动变形区的走向位移、垂直应力分布和塑性破坏区的影响。分析结果表明:数值模拟结果与实测数据基本相符;多煤层重复采动地表下沉具有特殊性,下沉量相比于初次采动是逐渐增大的,随着重复采动次数的增加,下沉量逐渐趋于稳定;同时随着工作面累计推进距离的增加,地面沉陷范围逐渐增加,并形成塌陷盆地;两工作面顶板围岩以剪切破坏为主,局部发生拉伸破坏。     

深部条带开采下沉系数与采厚关系的数值模拟

以峰峰万年矿的地质采矿条件为原型,利用FLAC3D数值模拟软件,建立了深部大采宽条带开采数值模拟模型,对开采厚度与下沉系数的关系进行了研究.结果表明：在采深和采出率等条件相同的情况下,地表下沉值和水平移动值均随采厚的增加而增大,而下沉系数随采厚的增加以非线性关系逐渐减少.下沉系数与开采厚度关系的确立,对深部大采宽条带开采地表移动变形预计及优化设计具有指导作用.     

联合DInSAR和PIM技术的沉陷特征模拟和时序分析

高强度煤炭开采(大采高、薄基岩、快速采煤)可形成巨大的地表形变场,过大的形变相位梯度导致干涉测量失败,单独采用合成孔径雷达差分干涉测量(DInSAR)及其衍生技术都无法获得开采沉陷主值.为此,提出了联合多时相DInSAR时序分析及概率积分法(PIM),整合理论计算与卫星观测结果,实现开采沉陷特征的动态模拟和模型重构.以2012年1月—2013年6月共18期高分辨率雷达数据(RADARSAT-2,5m精细波束模式(MF5))为数据源,利用连续重访周期的DInSAR技术获得17期时间序列开采沉陷相位变化图,监测得到神东矿区布尔台矿22201-1/2工作面地表形变从产生、发展到衰退的演化规律;联合DInSAR获得的沉陷盆地边缘信息与PIM技术对矿区大变形下沉信息进行预计,两种数据整合形成混合数据集;采用Gauss函数对混合数据集进行拟合,重构矿区时序开采下沉特征曲线.研究表明:PIM技术可以弥补DInSAR技术在大形变提取上的不足,利用混合数据集建立的Gauss模型,对于有限开采(非充分采动)或充分采动的主断面下沉值具有极高的拟合度,其拟合度R2均大于0.976.     

深部条带开采下沉系数与采厚关系的数值模拟

以峰峰万年矿的地质采矿条件为原型,利用FLAC3D数值模拟软件,建立了深部大采宽条带开采数值模拟模型,对开采厚度与下沉系数的关系进行了研究.结果表明:在采深和采出率等条件相同的情况下,地表下沉值和水平移动值均随采厚的增加而增大,而下沉系数随采厚的增加以非线性关系逐渐减少.下沉系数与开采厚度关系的确立,对深部大采宽条带开采地表移动变形预计及优化设计具有指导作用.     

大明矿地表沉陷数值模拟研究

运用Geostud io2004软件,对大明矿704工作面开采所引起的地表移动与变形进行模拟,并与实测数据对比分析,证明了Geostud io2004软件模拟地表下沉与水平移动的可行性,从而掌握地表移动与变形的基本规律。     

工业广场密集建筑物下变采(留)宽条带开采技术

为研究煤矿工业广场密集建筑物下压煤开采技术,以平煤七矿开采为例,依据实际采煤条件及条带开采理论,通过理论计算,确定变采(留)宽条带小工作面开采方案,通过概率积分法预计、数值模拟,研究了条带小工作面重复采动的地表下沉盆地的移动变形规律,得出地表移动和变形值及其对地表建(构)筑物的影响情况。结果表明,变采(留)宽条带小工作面开采后,采出率为65.5%,地表最大下沉值为429.3 mm,下沉系数为0.133,地表主要建筑物损害程度在Ι级之内,采空区中心向下山方向偏移距离d为26 m,最大下沉角为85.6°。条带小工作面开采能够在提高回采率的基础上很好地控制覆岩变形与地表沉陷,解决了保护地表建筑物与解放工业广场煤柱的矛盾,为资源枯竭煤矿工业广场煤柱回收在技术和理论上提供了参考。     

Knothe模型改进及充填开采岩层移动动态过程分析

Knothe模型是岩层移动动态预测最常用的时间函数模型,但该模型与岩层移动动态演化过程客观规律并不完全相符.通过分析Knothe模型岩层移动预测缺陷,增加表征时间影响函数变化和岩层移动非线性特征的双参数,建立了Knothe时间函数改进模型;基于弹性力学理论,建立充填开采岩层移动的小挠度弯曲变形薄板模型;将Knothe函数改进模型与建立的充填开采岩层移动模型相结合,构建了岩层随时间移动的动态演化过程函数表达式,并将演化过程划分为初始期、活跃期及衰退期.以新汶矿区翟镇煤矿2205工作面矸石充填开采实测数据为样本,开展了充填开采岩层移动动态过程实例验证分析.结果表明:在第22.9个月,地表最大下沉点的下沉速度达10.526mm/月;岩层总移动时间为38.9个月,其中初始期为20.5月、活跃期为5.1月、衰退期为13.3月.基于Knothe改进模型构建的岩层移动动态演化过程的函数表达式能够更客观真实地反映出岩层下沉量、下沉速度、下沉加速度的客观变化规律.     

大采深极不充分开采地表移动和变形规律实测研究

随着我国矿井开采深度的增加,工作面倾斜方向容易出现极不充分开采,深部开采条件下地表移动和变形规律与浅部开采条件下相比发生了较大变化.在对某矿地表移动观测数据处理的基础上,分析了极不充分开采地表移动和动态变形特征,计算了极不充分工作面开采程度和地表下沉盆地的范围,详细描述了极不充分开采地表变形特征以及拐点位置.对于指导相似地质条件下开采,解放建筑物下压滞的大量煤炭具有重要的实用价值和指导意义.     

开采沉陷区天然气井避让距离控制预测方法研究

为了优化采煤工作面与天然气井间的避让距离,以鄂尔多斯盆地天然气与煤炭资源交叉开采区为工程背景,基于概率积分法提出充分采动下覆岩沉降曲线的高斯函数方程,建立采煤工作面与天然气井间协调开采合理避让距离的预测方法模型,并采用数值分析和工程应用等方法进行对比验证.结果表明:开采沉陷作用下天然气井侧向变形曲线与指数函数拟合,地表下沉曲线与高斯函数拟合;采煤工作面与天然气井间避让距离的预测方法,兼顾天然气井和采煤活动安全的前提下,较大缩短采煤工作面避让距离;合理调节缺乏天然气-煤炭共采机制下的协调开采问题,为气煤重叠区内天然气井的布置方式提供新方法,为煤系共伴生资源的协调开采提供新思路.     

因民铜矿大水沟矿段地下开采对 主副竖井的稳定性影响分析

为确保地表主副井的稳定,采用有限差分程序FLAC~(3D)模拟地下矿体开采对主副井稳定性的影响。计算了矿体开采过程中地表及主副井的下沉变形量,并参照我国评判采空区场地稳定性等级标准进行评判。模拟结果表明:岩层移动是一个自下而上传递的动态过程,地下开采对上部主副井产生的下沉变形量很小,未超过10 cm的地表下沉控制标准;同时地下开采也未在主副井所处的围岩产生塑性扰动区,说明主副井处于安全稳定的状态。研究结果为地下采场的布置设计和主副井安全运行提供了指导性的依据。     

多煤层开采时条带空间位置对岩层移动的影响

本文在采用弹塑性有限单元法模拟的基础上,得到了多煤层条带空间位置与岩层及地表移动间的关系。给出了下沉系数q、水平移动系数b,主要影响范围角正切tgβ与上、下煤层条带间水平错距l、层间距h、累计采厚m的计算公式。根据这些计算公式计算的结果与实测相比符合较好。     

非主断面观测站求解边界角和移动角的新方法

由非主断面观测站求取主断面上的边界角和移动角,目前采用等权最小二乘估计求参后反求,由于厚松散层失水等因素的影响及概率积分法具有边界收敛快的特点,所求边界角和移动角的精度得不到保证。从修正随机模型的角度,采用加权最小二乘估计求参。通过实例,从下沉残差序列、临界变形值和残差中误差等方面分析了等权和加权的拟合效果,得出等权估计的整体拟合效果优于加权估计,加权估计能有效提高求取边界角和移动角的精度的主要结论。     

地表动态沉陷变形规律与计算方法研究

为了全面揭示地表动态沉陷变形的全过程,通过分析相似材料模型实验结果和实测资料,针对地表动态沉陷变形的发展变化特点,将地表动态沉陷盆地发展变化的全过程划分为下沉发展、下沉充分和下沉衰减3个阶段．结果表明：3个阶段的走向主断面上地表下沉表达式可以用负指数函数表示;下沉发展阶段地表下沉表达式中W,L,a和b动态形位参数随推进距的变化分别为对数、线性和指数函数,下沉充分阶段地表下沉表达式中的W,L,a和b为常数值5460mm,440m,5．57,5．1,下沉衰减阶段地表下沉表达式中4个动态形位参数随时间的变化符合对数函数;最大下沉速度的变化过程也分发展、充分和衰减3个阶段。