基于正交设计的覆岩移动影响因素敏感性分析

为了探究采宽、采厚、上覆岩性和采深等4个主要因素对覆岩移动变形所起到的贡献大小,确定较敏感或最敏感因素,给煤矿开采设计和地表建筑物保护提供参考依据,本文以兖州某矿主采近水平煤层为背景,在正交试验优化组合基础上借助FLAC^3D数值模拟软件对覆岩移动的影响因素(采厚、采深、采宽及上覆岩性)进行了敏感性分析。研究结果表明,不同影响因素对覆岩移动的敏感性具有较大的差异性,16种不同组合条件下对采动覆岩最大竖直位移和最大水平位移的敏感性作用由大到小依次为:采宽、采厚、上覆岩性、采深。最后,利用多元线性回归分析法建立了多因素作用下覆岩移动的数学公式,回归效果非常显著。     

高速公路与下伏煤矿采空区相互作用规律探讨

从公路的采动响应特征、采空区的二次活化机制、不同工况条件下采空区地表移动与变形规律的有限元数值分析3个方面,探讨高速公路与下伏采空区相互作用问题。概化分析公路路线与采空区不同空间关系时,地表移动与变形的基本发展规律;总结不同开采方式形成采空区的特征、变形与破坏特征、二次活化机制及危害性评价方法;系统考虑公路、采空区、采矿特征、处治方式等各种影响因素,总结出不同工况组合情况下采空区剩余移动与变形的若干规律,涉及到不同采深、不同采厚、煤层倾斜、多层重复开采、临近采动、各煤层空间关系等各种复杂地质与采矿条件,以供矿区高速公路建设的规划、选线以及治理参考。     

不同开挖方式下采空区变形规律研究

煤矿采空区上覆岩层变形控制已经成为安全开采的关键环节,是确保工作人员及周边居民生命财产安全的重要因素。为得到合理的煤层开采方式、降低采空区引起的地表沉降,以山东莱芜市北埠煤矿为研究对象,利用FLAC~(3d)模拟软件对不同开挖方式下采空区上覆围岩的变形特征及地表沉降规律展开深入分析,研究结果表明:(1)开挖同一煤层条件下,双向开采引起的变形量大于单项开采;(2)相同采序条件下,单向开采引起的竖向变形与影响范围较小;(3)煤层开采顺序一定时,不同开采方式导致的地表最大沉降值相差不大。     

深部隔离煤柱对岩层与地表移动的影响规律

焦坪矿区大采深、厚煤层综放开采条件下,地表下沉量较小,呈现非充分的采动影响现象。通过相似材料模型试验,分析了本区地质开采条件下工作面宽度、隔离煤柱尺寸、上覆岩层岩性与地表移动的内在关系,揭示了岩层移动的基本特征。研究证实了深部开采条件下工作面间留设一定宽度的隔离煤柱对地表沉降起到有效的控制作用,这可为本区及类似条件的其他矿井提供参考。     

地铁双线隧道开挖地表沉降规律及计算方法研究

应用数值模拟方法,结合现场实测数据,对上软下硬地层中,双线隧道施工诱发地表沉降规律及其计算方法进行了研究。研究结果显示:双线隧道施工完成后,地表横向沉降曲线呈非对称分布,先行隧道上方的地表沉降量大于后行隧道上方的地表沉降量;双线隧道错距施工过程中,地表沉降曲线最大值位置由先行隧道上方逐步向后行隧道上方移动,沉降变形主要发生在后行隧道穿越监测断面之前。数值模拟正交试验结果显示,隧道埋深和隧道间距对施工过程中地表沉降影响较大,设计过程中,应充分考虑隧道埋深及隧道间距对地表沉降产生的影响。正交试验结果的非线性拟合分析结果显示,双线隧道施工诱发地表沉降计算公式中的i值与隧道开挖顺序无关,最大沉降量比γ直随隧道间距增加而轻微减小,当开挖错距在隧道开挖纵向影响范围内时,γ值变化不大。引入参数γ对双线隧道开挖地表沉降计算公式进行改进,并将改进后的地表沉降计算结果与实测结果进行对比,验证了该计算公式的正确性。     

基于DEM的双线隧道地表沉降规律

为研究隧道开挖引起的地表沉降规律,运用PFC2D软件模拟Trapdoor试验,通过沉陷门下沉对双线隧道开挖引起的地表沉降规律及影响因素进行了系统研究。基于休止角试验和单Trapdoor模型试验得到数值模型的计算参数,通过开展单Trapdoor数值试验获取地表沉降曲线,拟合得到单线隧道开挖引起的地面沉降Peck公式参数。开展同时开挖的双Trapdoor数值试验,利用单Trapdoor参数叠加得到双线隧道开挖引起的地表沉降预测公式,并与简单叠加公式的拟合结果进行对比。最后进行先后开挖的双Trapdoor数值试验,揭示了隧道间距、埋深和双线隧道开挖顺序对地表沉降的影响规律。结果表明:随着隧道埋深的增加和隧道间距的减小,地表沉降曲线由"W"形态向"V"形态过渡;先后开挖工况下双线隧道引起的地表沉降曲线呈非对称分布,地表沉降量最大值出现在先行隧道一侧,且随着隧道埋深的增加,地表沉降曲线两侧最大值的差异有增加趋势;Peck公式拟合结果与离散单元法(DEM)数值模型和模型试验结果吻合较好,可用于双线隧道开挖引起的地表沉降预测,具有重要的理论指导和工程意义。     

采空区范围综合勘探与地面塌陷稳定性评价研究

地下采空区诱发地表沉降,并对拟建工程构成安全隐患。山东省临沂市西外环改建项目涑河—祊河段为煤炭采空区,为了查明采空区对拟建项目的影响,采用微重力勘探手段,结合资料搜集、钻探验证等综合勘探法,探明了采空区类型、分布范围和埋藏深度以及覆岩变形破坏规律等,并评价了采空区地面塌陷现状稳定性及对拟建工程的危害程度。     

老采空区地表残余移动变形影响函数研究

为解决老采空区地表新建建(构)筑时的地基稳定性评价问题,填补规程空白,通过覆岩结构演变分析,提出地表残余移动变形的定义和2个阶段,指出第2阶段残余移动变形才可能对地表建(构)筑产生有害影响.发现垮落岩体压实特性自老采空区边界至中央具有明显的分区性:边界区空洞,老采空区中部垮落岩体空隙及其上部岩层裂隙.将这2组决定地表残余移动变形发生的老采空区及覆岩空间,分别转化为对应的等效开采厚度,采用概率积分原理构造出采动影响下地表残余移动变形静态影响函数,包括残余下沉、残余水平移动、残余倾斜变形、残余水平变形、残余曲率变形影响函数.应用这些影响函数进行计算表明,在老采空区两侧边界出现地表残余移动变形最大值,这与老采空区边界空洞较大、活化潜能大的机制分析结论一致;采用开尔文模型,分析老采空区及覆岩的蠕变特性,构造残余下沉坐标-时间函数,实现残余下沉的动态分析;通过实际观测数据和FLAC3D数值模拟2种方式验证,表明各影响函数可较好地描述地表残余移动变形规律.     

完全充填开采下地表变形特征分析及现状评价EI北大核心CSCD

地下金属矿山充填开采往往被认为是控制覆岩移动和保护地表的有效方法之一。为了对桃花嘴金矿10线以西-270^-570 m多中段8 a来完全胶结充填开采下上覆地表变形特征及现状做出合理的分析评价,建立采场安全现状AHP-Fuzzy评价模型和"采场→覆岩及地表"安全分析模式,按照8 a的历史回采顺序模拟分析区域采–充全过程,并将理论分析结果与矿山近2 a的地表沉降观测数据进行对比分析。结果表明:(1)完全胶结充填开采的25个采场中有22个安全现状属II级较好,11个评价因子中矿体赋存条件、采矿方法以及距离主副井位置对采场及区域安全现状影响相对最为显著;(2)充填开采岩移区域可分为"相对明显扰动区域"和"微扰动区域",覆岩中相对明显扰动区域会形成一定高度的"自然岩移拱",其三维空间形态为近似椭球体,当充填开采达到一定深度时该椭球体对上覆地表影响是微弱的,而微扰动区域则会形成"微沉降盆地",开采区域上覆地表由2014年前的未扰动状态逐渐转变为0.5~1 mm微扰动状态,充填开采时间效应对地表安全影响微小;(3)上覆地表布置的3个闭合环线中的各观测点沉降量整体分别沿着0,-3,-6 mm水平线上下稳定波动,观测过程中沉降量均未超过允许变形值。理论分析与实际观测结果基本一致,地表安全现状总体良好。分析成果对矿山安全生产具有指导意义,同时可为类似充填矿山岩移分析提供借鉴。     

完全充填开采下地表变形特征分析及现状评价

地下金属矿山充填开采往往被认为是控制覆岩移动和保护地表的有效方法之一。为了对桃花嘴金矿10线以西-270~-570 m多中段8 a来完全胶结充填开采下上覆地表变形特征及现状做出合理的分析评价,建立采场安全现状AHP-Fuzzy评价模型和"采场→覆岩及地表"安全分析模式,按照8 a的历史回采顺序模拟分析区域采–充全过程,并将理论分析结果与矿山近2 a的地表沉降观测数据进行对比分析。结果表明:(1)完全胶结充填开采的25个采场中有22个安全现状属II级较好,11个评价因子中矿体赋存条件、采矿方法以及距离主副井位置对采场及区域安全现状影响相对最为显著;(2)充填开采岩移区域可分为"相对明显扰动区域"和"微扰动区域",覆岩中相对明显扰动区域会形成一定高度的"自然岩移拱",其三维空间形态为近似椭球体,当充填开采达到一定深度时该椭球体对上覆地表影响是微弱的,而微扰动区域则会形成"微沉降盆地",开采区域上覆地表由2014年前的未扰动状态逐渐转变为0.5~1 mm微扰动状态,充填开采时间效应对地表安全影响微小;(3)上覆地表布置的3个闭合环线中的各观测点沉降量整体分别沿着0,-3,-6 mm水平线上下稳定波动,观测过程中沉降量均未超过允许变形值。理论分析与实际观测结果基本一致,地表安全现状总体良好。分析成果对矿山安全生产具有指导意义,同时可为类似充填矿山岩移分析提供借鉴。     

桩基下溶洞顶板稳定性影响因素数值分析

将相似理论应用于溶洞顶板稳定性的数值计算中，通过单因素与正交分析，得到了各影响因素与临界安全厚跨比的相互关系，以及各因素对顶板稳定性影响的主次关系。     

扰动覆岩离层异速发展问题研究

在沉积地层中,岩层表现出层状且具有明显的层面,地下开挖后,覆岩中常常产生沿着层面的离层.但是,由于各层岩性的差异、地下工程开挖工序的变化、岩层层面高度的不同等因素,导致离层规律极其复杂.研究了扰动覆岩离层异速发展问题,首先通过建立岩层地基梁-岩梁组合力学模型,分析和认识了离层异速发展的力学根源;然后,借助相似材料模型试验手段,验证扰动覆岩离层异速发展现象,并系统研究和分析了扰动覆岩离层发展规律,研究揭示了地表沉降与覆岩离层异速增长的关系,这对认识地表沉降基本规律和实施沉降损害控制具有重要意义.     

扇形布孔爆破技术在采空区隐患治理工程中的应用

为了消除采空区隐患,保证下部采场顺利生产以及地表建筑结构稳定,提出扇形深孔爆破崩落隔离矿柱的方法处理采空区。为评价爆破振动对下部采场和地表结构的影响,在地面建构(筑)物和井下巷道围岩布置测点,分析爆破振动传播特征。应用结果表明:扇形布孔爆破技术处理采空区不仅可以满足施工要求而且能够保证采场和地表的安全,为类似工程提供参考价值。     

煤矿采空区地表变形及周边房屋治理分析

以山西省某煤矿采空区及其影响的村庄为例,通过任意形状、多工作面地表沉陷预计程序(ryxyj.exe)进行预计分析,得出了采空区地表变形值及曲线图,通过地表稳定性活化分析,得出该采空区采深小于65 m区域内,采空区上方修建地表建筑可能引起已稳定区域地表的重新移动与变形;而采深大于65 m区域内,采空区上方修建地表建筑物,已稳定区域地表处于相对稳定状态,地表不会产生不均匀的移动与变形。     

沈阳五爱隧道施工诱发地表沉降数值模拟分析

浅埋暗挖隧道施工引起的地层损失所导致的地表沉降预测和控制,是隧道工程领域重要的研究课题之一.作者以沈阳五爱隧道工程为例,运用有限差分软件FLAC3D建立三维数值模型,对比分析数值计算值与实测值,以及隧道埋深对地表沉降量的影响.研究表明:数值模拟计算的地表沉降量和现场实测值基本吻合,验证了所选取的土体计算参数、本构模型和边界条件的正确性.隧道埋深对隧施工的地表沉降影响较大.同时,得到了一些对其他类似工程地表沉降预测及控制的有益结论.     

综放面地表变形预计参数综合分析及应用研究

为了给兖州矿区综放面地表移动变形预计提供更加科学的依据，在实测资料基础上，通过理论研究和数理分析：（1）获得下沉系数与采宽／基岩厚的关系式，并获得水平移动系数、主要影响角正切、拐点偏移距系数与宽深比之间的系列关系式；（2）指出当开采宽度增加到一定程度（采宽／基岩厚=1．0左右）后，地表下沉系数增加明显；（3）随着宽深比的增大，水平移动系数的变化是一个先减小、后增大的过程，当宽深比0．5左右时，水平移动系数最小：（4）获得适合兖州矿区的综放面边界上方预计下沉值的修正公式。     

基于正交分析下近距交叠隧道施工变形研究

为研究近距交叠隧道施工变形影响因素,运用正交试验对不同弹性模量、内摩擦角、黏聚力、净距、埋深影响因素进行了FLAC3D模拟,分析了地表沉降、拱顶沉降、拱底变形、塑性区体积、拱顶及拱底应力场6项指标变化规律。结果显示:不同因素水平下各指标变形量不同,且各因素对同一指标影响程度不同;弹性模量是除指标4外最为显著的影响因素,其值越大越稳定变形量也越小;黏聚力和内摩擦角是影响指标4关键因素,呈负相关系;净距对指标3、5、6有很大影响,是仅次于弹性模量的影响因子;埋深对指标3、4有一定影响,对其他指标影响不大;并利用二次回归方程对拱顶变形量进行了公式拟合验证,对今后类似工程施工变形研究具有一定的借鉴意义。     

混凝土的不同组分及配比对超声、回弹测强影响的正交试验

在目前采用的混凝土超声、回弹法测强方法之中,对其影响因素的研究已进入深化阶段。为了验证组成混凝土的各因素(包括原材料及配合比)对超声、回弹测强的影响程度,确定各因素影响的主次顺序及显著性,在基准曲线的分合和使用范围上作出正确决择,我们进行了下面的正交试验。一、试验设想和准备     

钢网架与混凝土框架混合结构在采空区的应用

结合钢网架与混凝土框架结构的实际工程项目,考虑采空沉降区变形对结构内力的影响,采用MIDAS/Gen软件,建立钢网架与下部钢筋混凝土框架结构的整体模型,输入采空区地表变形,提取网架各杆件的内力,分析采空区变形对网架内力的影响大小。给出采空沉降区使用钢网架与混凝土框架结构体系的可行性结论,对相关结构设计提出设计建议。     

地表荷载作用下老采空区稳定性研究及治理效果分析

进行了采空区覆岩三带范围计算和地表移动延续时间效应分析,对采空区稳定性进行了初步评价。对南马圈矿和民采矿不同开采深度采矿运用MIDAS软件分阶段进行模拟,探讨采空区地表、覆岩和围岩水平位移、竖直沉降的变化规律;模拟采空区上方建筑物在地表不同位置施加以大小不同的荷载,分析其变化规律。采用全部充填注浆法、局部减跨支撑法、构筑隔离岩板法、独立生根浆柱法处治采空区,对冒落带和裂隙带注浆作了一定的探索和分析。应用XBHV-10型钢尺沉降仪进行现场监测,并对相关监测结果进行了统计分析。