山区采动地表数字地面模型及应用

衡量矿山地下开采引起地表移动的变形参量包括下沉、水平移动、倾斜、水平变形和曲率,根据其具有显著的空间特征,首次提出了山区采动地表数字地面模型种类,并应用山区开采沉陷预计绘制了地表移动变形等值线,结合矿区地表建筑物损坏的临界变形值,提出应用数字化形式对地表建筑物损坏等级及损坏范围的判定方法,以此为矿区地面建筑物的预先防护提供决策。     

地表动态沉陷变形的3个阶段与变形速度的研究

将地表动态沉陷变形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，分析了这3个阶段地表沉陷变形的发展变化规律，提出了地表沉陷变形速度的新概念，研究了地表下沉过程中的地表倾斜变形速度和水平变形速度的发展变化规律，给出了建筑物易受损坏的危险期，水平拉伸（或压缩）变形速度量大于拉伸（或压缩）变形值最大阶段.     

基于概率积分法的煤矿“三下”开采沉陷预计

结合周源山煤矿24采区上覆岩层实际情况,依据概率积分法原理,采用开采沉陷预计系统,得到了周源山煤矿24采区在同采一、四煤的情况下,地表以及地表重点保护建筑物(焦化厂、矸石发电厂和张家珑水库等)的最大下沉值、最大曲率、最大水平移动、最大水平变形、最大倾斜值和地表各建筑物的损伤等级,提出了相应的建筑防护措施。     

基于概率积分法的非充分采动地表沉陷预计

根据邯郸矿区某矿工业广场下2103工作面非充分采动的技术条件,由工作面的宽深比对预计参数进行修正,采用修正后的参数按照概率积分法进行地表沉陷预计。由已推进部分造成的地面建筑物倾斜观测值的比较可以看出,参数选取合理。从地表变形规律可以看出,非充分采动的各种变形值都比充分采动要小,而煤层倾角则造成了下沉盆地向下山方向偏移,致使下山方向拐点处的建筑物损坏严重。     

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。     

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.     

强采动地表双向主断面动态运移及特征边界反演

煤炭井下开采引发的地表沉陷导致地表建筑物产生不同程度的损害,准确刻画地表移动变形特征是井下保护煤柱留设以及采动损害评价的重要依据。基于采动地表沉陷的现场实测数据及理论分析,研究了大柳塔矿井大采高条件下采动地表双向主断面运移规律,对地表沉陷特征边界进行了反演。研究结果表明：倾向主断面方向的最大下沉值为-3 589 mm,倾斜正值的最大值为50.4 mm/m,曲率正值的最大值为1.18 m^-1,位于574.976 m处,曲率负值的最小值为-1.4 m^-1,位于524.936 m处。随着工作面逐渐向前推进,走向主断面采动地表下沉曲线呈现出典型的动态演化特征,地表下沉曲线由V型转变为U型,最大下沉值为-3 959 mm,倾斜正值的最大值为55.7 mm/m,位于700.013 m处,曲率正值最大值为1.59 m^-1,位于700.013 m处。地表下沉系数为0.61,水平移动系数为0.32,主要影响半径为71.1 m,主要影响角正切为2.88,超前影响角为53°,最大下沉速度滞后角为70°。通过实测及反演地表移动与变形的真实情况,...     

基于UDEC及沉陷预计的高速路下采煤路面安全性分析

为了解决我国"三下"压煤严重,开采风险较大的问题,以高速路下压煤开采为背景,提出了运用离散元UDEC数值模拟软件和开采沉陷预计系统对开采完成后地面的变形进行研究的方法。运用UDEC模拟地表最大下沉量为227 mm,最大倾斜值为0.45 mm/m,最大曲率值为0.05 mm/m2,最大水平变形值为0.3 mm/m;运用开采沉陷预计地表路面最大下沉量为280 mm、最大倾斜值为2 mm/m、最大曲率值为-0.02 mm/m2、最大水平变形量为1.5 mm/m。研究结果表明:高速路路面的下沉、倾斜、曲率、水平变形均在"三下"压煤规程规定砖混结构建筑物的I级损坏变形范围内,也在交通部发布的《采空区公路设计与施工技术细则》规定的高速路地基允许变形的范围内,确定出此设计方案对高速路的安全运行没有影响。这种研究方法从理论上验证了开采方案的可行性,为"三下"开采方案可行性论证提供了方法。     

村庄等建筑物保护煤柱内巷道布置的沉陷影响研究

我国村庄等建筑物下压煤情况非常常见,为减少巷道的掘进长度、保证采区规划的方正与规整性、尽早出煤获得经济效益,许多矿井将开拓或准备巷道布置在村庄等建筑物的保护煤柱内。为解决村庄等建筑物保护煤柱内巷道布置的地面沉陷预计问题,提出将概率密度函数法用于建(构)筑物保护煤柱内巷道布置的地表沉陷预计中,同时对保护煤柱内巷道布置完全垮塌后地表下沉率、拐点偏移距等参数选取问题进行了探讨,并借助Matlab程序平台对巷道布置的地表移动变形进行了研究。研究及工程应用表明,概率密度函数法及极不充分采动条件下的巷道布置地表沉陷参数选取体系适用于村庄等建筑物保护煤柱内巷道布置的地表沉陷预计工作|结合砖混结构房屋建筑的极限拉伸变形值研究成果,得到保护煤柱内三条巷道布置的地表最大沉陷值约为双巷布置的1.24倍。     

厚煤层膏体分层充填开采地表移动变形规律研究

为探究厚煤层膏体分层充填开采地表移动变形规律,以古城煤矿1305工作面为研究对象,采用理论分析、参数计算及地表下沉预计等方法,基于等价采高理论建立了适用于膏体充填开采的等价采高模型,修正了非充分采动条件下的膏体充填开采预计参数,预计并揭示了厚煤层膏体分层充填开采后的地表移动参数变化规律。结果表明：膏体分层充填开采后地表最大下沉值270 mm,地表建筑物损坏等级在Ⅰ级允许变形以内,保证了地表建筑物的正常使用,为类似膏体充填后地表沉陷预测提供借鉴。     

采动区地表变形对砌体结构的影响研究

为研究采动区地表变形对砌体结构的影响规律,结合实际工程,利用有限元软件ABAQUS对某煤矿3105工作面1号宿舍楼进行模拟,分析砌体结构在地表变形作用下的应力状态、受力机理及易损部位,为采动区砌体结构抗变形加固提供依据。结果表明:倾斜变形对砌体结构影响最小,曲率变形影响最大。曲率变形作用下,结构损伤较严重且主要集中在结构中部和两端;地表水平拉伸变形对砌体结构影响大于压缩变形,两者对底层墙体影响显著,对上层墙体影响较小。     

高等级公路在开采影响下的破坏现象探讨

根据地下开采引起的地表破坏现象,借鉴建筑物下、水体下、铁路下采煤,结合高等级公路自身属于带状建筑物的特点,分别讨论了地下开采引起的地表下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形对高等级公路的破坏现象。地下煤炭被采出并达到一定规模后将引起采空区上覆岩层冒落破坏,继续开采,破坏现象将影响到地表,引起地表移动变形,导致地表建筑物、构筑物受到不同程度的破坏。对于高等级公路,地下开采影响到路基路面后,将使高等级公路产生路面移动盆地、路面台阶和裂缝、路面塌陷坑和塌陷槽、路基高路堤沉陷以及边坡坍方等破坏现象。     

穿越老采空区的高速公路路基变形损害评价指标研究

针对目前老采空区上方高速公路损害变形评价指标研究不足的问题,运用开采沉陷理论、力学原理和数学方法及相关的道路规范,对老采空区上方路基损害变形评价指标进行了研究。研究结果表明:不同的道路线形、速度等条件下,应以不同的评价标准进行判定;与以往采用的损害变形评价指标相比,有较大不同,允许的倾斜变形值较大,曲率、水平变形值较小;最终将理论结果应用于实际,得到较好的验证。     

大埋深条件下地表沉陷规律相似模拟研究

以山西河东煤田北部某大埋深煤矿为研究对象,采用相似材料模拟实验,分析了受采动影响的采场上覆岩层移动变形规律以及地表移动变形规律.结果表明,采动结束后的上覆岩层依次形成垮落带、裂隙带、弯沉带;采空区上方地表形成一个比采空区大得多的下沉盆地,并从地表移动的力学过程及工程技术问题的需要出发,地表移动及变形采用下沉、水平移动、倾斜、曲率、水平变形来描述下沉盆地的动力学状态.     

充填开采地表移动变形规律数值模拟分析

为了研究充填开采地表移动变形规律,简要介绍了地下开采引起的地表移动和变形5项指标对地表建筑物影响情况,分析了5项指标之间的内在联系和对地表建筑物造成破坏的直接原因,引入了地表“下沉梯度”和“水平移动梯度”的概念,从而对充填开采提出了新的评价指标和要求,在减缓地表下沉量和水平移动量的基础上,需要重点关注对梯度的控制情况。针对新阳矿十采区10203充填开采工作面现场条件建立FLAC3D数值模型,对比分析充填法和垮落法开采的地表移动梯度变化规律。研究表明:充填开采减小了地表下沉量和水平移动量,显著降低了地表下沉梯度和水平移动梯度,地表趋近于均匀下沉和连续变形,能够有效地保证地表建筑物的安全。     

条带充填开采充填率对地表移动影响因素研究

解决“三下”压煤问题的关键是地表沉陷的控制技术。条带充填技术的发展提供了一种经济有效的地表沉陷控制技术,本文采用数值模拟的方法研究了厚松散层下条带充填开采充填率对地表移动变形的影响因素及其规律。结果表明随着充填率的增加,主断面地表移动变形的下沉值、倾斜值(绝对值)、曲率值、水平变形值逐渐减小;当充填率由64.5%~69%时,地表最大下沉值、倾斜值极大值呈显著减小趋势,曲率极大值的减小幅度有所降低,水平变形极大值的减小幅度先减小后变大。     

大红山矿区开采沉陷预计的MapGIS方法

为有效预计矿山开采过程中地表产生的沉陷变形,以大红山铁矿为例,在现场工程地质勘查和变形监测数据收集的基础上,首先根据矿区钻孔数据（钻孔深度、孔口高程、地下水位深度、地层岩性、地层结构及厚度以及地层时代）建立了基础地质数据库;其次分别对地形坡度、地质构造、岩性条件、植被覆盖率、降雨等级、开采面积及深度等开采沉陷影响因素进行了权重赋值;然后根据水平、垂直、曲率变形值,将该矿区地表建筑物受损等级划分为4级,并对各危险等级的处理方法进行了分析;最后基于矿区基础地质数据,采用MapGIS软件构建了矿区开采沉陷预计模型,并对矿区开采沉陷危险性区域进行了划分。研究结果表明：①开采面积及深度的权重值为0.45,可见矿山开采沉陷受该因素的影响最大;②2#矿体地表最大沉降值为431.1 mm,最大水平移动值为125 mm,最大倾斜值为4.95 mm,预计结果与实测值基本吻合;③2#矿体对应的地表沉陷危险等级为Ⅳ级,区内建筑物可能发生结构损坏,需及时采取防范措施。     

谈路下采煤对高速公路的损害影响

高速公路的选线主要从总体经济社会效益考虑,特别是在山区选线难度大,工程造价高,往往不能顾及局部地段的特殊情况。重庆綦万高速公路（綦江-万盛）就从南桐矿业公司南桐煤矿北翼煤田上通过,压占该矿大量煤炭资源。因此,开展高速公路下采煤,运用采煤后上覆岩层移动变形规律的科研成果,对高速公路的下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形等采动损害做出定性和定量的研究与分析,对其安全性做出评估和判断,并提出安全对策,就成“三下”（建筑物下、水体下、铁路下）采煤研究者的新课题。针对山区高速公路的特点,以綦万高速公路为例,系统研究了地下采煤对高速公路的影响,并进行了采动损害评估,对运营中的綦万高速公路下采煤做了初步探讨,提出了应采取的安全技术措施。     

大采深全断面地表沉陷预测模型研究

应用弹性板理论，建立了开采沉陷中全断面大采深地表预测基本模型，在此基础上导出了走向和倾向主断面的预计模型以及任意点的下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形预测函数，并讨论了预测中所采用一些参数的计算方法．结果表明，用弹性板理论建立的预计模型具有与其它模型相似的性质，并且简单、直观、易用，克服了以往预计模型的不足，更好地符合现场实际．最后，用实例证明了该模型的应用效果．