充填开采上覆岩体内部预计参数研究

为了准确预计风井井筒的采动变形,需要获得矿区充填开采岩体内部概率积分法的预计参数。采用数值模拟的研究方法,对充填开采引起的岩体内部移动进行了观测,获得了变形预计参数的变化规律。研究结果表明:充填开采的地表下沉系数、水平移动系数比垮落法开采分别增大了0.62%、10.03%,主要影响角正切值减小了33.86%;充填开采的岩体内部下沉系数随覆岩高度的减小而增大;水平移动系数随覆岩高度的减小呈现先减小后增大的趋势;主要影响角正切值随覆岩高度的减小而减小。充填法与垮落法开采的地表变形预计参数并不相同,岩体内部下沉系数的变化幅度受岩层的岩性和层位影响较大,主要影响角正切值的变化幅度受岩层岩性和层位影响较小。     

大埋深煤层开采地表最大下沉值计算方法

为研究大埋深煤层开采的地表沉陷规律,基于关键层理论和弹性薄板小挠度弯曲理论,建立了大埋深煤层开采地表最大下沉值的力学计算模型,提出了一种计算地表最大下沉值的方法,认为大埋深煤层开采覆岩、地表沉陷特性与浅部开采有所差异,其地表最大下沉值应为弯曲下沉带下部岩层(即覆岩主关键层以下岩层)的最大挠度值与其下部垮落带、裂隙带的压缩沉降值之和。工程实例计算结果表明:该方法的计算结果与实测值相近,对于预计大埋深煤层开采引起的地表最大下沉值有一定的参考价值。     

矿山开采地表下沉与变形预计新方法

以理想散体移动模型为基础,提出了更具有一般统计意义的采动覆岩与地表下沉概率密度新函数,建立了水平煤层开采地表下沉和变形的预计新体系,为矿山开采地表下沉和变形预计提供了新方法.     

厚土层下浅埋煤层开采覆岩倾向结构分区与下沉预计模型

为探究厚土层下浅埋煤层开采的覆岩与地表下沉预计方法,以柠条塔煤矿1-2煤层开采为背景,结合理论分析与物理模拟的方法,揭示了厚土层下浅埋薄基岩煤层采场覆岩倾向结构分区及其特征,建立了分区下沉力学模型,提出了覆岩与地表下沉预计方法.研究表明:厚土层薄基岩浅埋煤层长壁开采后,沿覆岩倾向方向的垮落和移动可以分为边界煤柱顶板F形...     

矿山开采地表下沉与变形预计新方法

以理想散体移动模型为基础，提出了更具有一般统计意义的采动覆岩与地表下沉概率密度新函数，建立了水平煤层开采地表下沉和变形的预计新体系，为矿山开采地表下沉和变形预计提供了新方法。     

煤矿采场上覆岩体内部预计参数研究

为建立岩层内部的概率积分法参数与地表参数的关系,以相似材料模型为基础,对倾斜煤层开采引起上覆岩层的移动进行了全面的观测研究。根据下沉值与水平移动值获取不同层位的预计参数,分析参数的变化规律,得出用地表预计参数推演岩体内部预测参数的关系式。     

基于Matlab地表沉陷预测的自动实现

根据某矿区工作面的地质采矿条件、经验参数值和地表移动观测站实测资料,基于Matlab运用曲线拟合法,采用概率积分函数模型编程,求出在该工作面地质采矿条件下的地表移动变形预计参数,并利用所求参数,通过Matlab编程实现了工作面走向和倾向方向的下沉值和水平移动值的自动生产及其二维可视化,实测值和预计值的拟合残差及其中误差的自动解算,进而实现了采区地表任意点下沉值和水平移动值的自动计算及其三维可视化。     

地表移动盆地内任意点下沉值的预计

用下沉积分网格图来预计地表移动盆地内任意点的下沉值,在国内外有关杂志上已有所介绍。本文针对此问题,以《几何理论》预计地表变形的理论为基础,提出预计地表移动盆地内任意点下沉值的下沉积分网格图的原理,绘制和使用方法。     

基于覆岩剩余自由空间高度的地表最大下沉值确定方法

针对待采综放工作面的地表最大下沉值难以精准确定的问题,依据采空区覆岩移动、变形、破坏特点和矿压显现规律,提出覆岩剩余自由空间高度等于地表最大下沉值的观点,通过分析覆岩剩余自由空间高度与采高、垮落带高度和垮落岩体残余碎胀高度之间的空间转变关系,构建了待采工作面地表最大下沉值的计算模型。以大平矿S2S2工作面为例,利用计算模型得到的地表最大下沉值为11.17 m,通过现场实测得到的最大下沉值为11.07 m,计算结果与实测结果的相对误差为0.10 m,误差率仅为0.90%。     

固体密实充填采煤覆岩移动弹性地基薄板模型

固体充填采煤覆岩移动规律与传统垮落法开采相比发生了本质的变化,为准确地计算固体充填入采空区后上覆岩层的移动规律,在分析固体密实充填采煤覆岩移动特征的基础上,采用弹性地基薄板理论,建立了固体密实充填采煤充填体-基本顶力学模型,推导出了采场基本顶挠度、应力方程以及基本顶发生破断的临界条件,分析得出弹性地基系数是影响顶板移动变形的关键因素,并结合相关参数给出了基本顶最大下沉量和最大应力值随弹性地基系数的变化规律。平煤十二矿己15-13080充填采煤工作面工程实践结果表明:实测基本顶最大下沉值为347 mm,与理论计算结果相符。     

开采沉陷若干理论与技术问题研究

简要介绍了多年来中国矿业大学北京校区在开采沉陷理论与技术方面的主要研究成果：矿区地表移动规律；巨厚松散层条件下开采地表移动规律；块段开采条件下覆岩移动机理及地表移动变形计算；极不充分开采地表移动变形预计方法；基于倾角变化的开采沉陷模型研究；曲面分布形式煤层开采地表移动预计方法；覆岩离层注浆减缓地表沉降机理及减沉效果评价方法。开采沉陷预测分析系统的开发研究等。     

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。     

孤岛充填工作面初采致冲力学机理探讨

孤岛充填工作面由于要控制采空区顶板下沉而导致工作面煤体支承压力分布变得复杂,造成冲击危险性评估方法不同于常规工作面,为了提供充填回收孤岛煤柱采场围岩稳定性分析的理论依据,以山东某矿孤岛充填工作面为背景,通过对孤岛煤柱覆岩结构及演化特征进行研究,建立了孤岛充填开采条件下“充填体-煤柱-顶板”力学模型,得到了充填工作面超前支承压力估算方法,提出了孤岛充填工作面煤体冲击失稳的判据。研究结果表明:① 采空区充填效果决定了上覆岩层下沉运动的空间以及与两侧采空区覆岩发生水平联动的范围,是影响孤岛煤柱覆岩结构演化特征的关键因素;② 受回采巷道切割及大直径钻孔卸压工程的影响,工作面煤体承载能力呈现明显的区域差异性,弹性承载区煤体是上覆岩层传递载荷的主要承载体,工作面开采边界条件和回采巷道布置方式是影响工作面煤体静态稳定性的主要控制因素;③ 充填材料受到采空区顶板下沉运动中压应力作用下发生压缩变形,当顶板和充填材料达到力学平衡时顶板下沉运动终止,充填材料固结体压缩变形量和弹性模量是影响工作面煤体动态稳定性的主要控制因素;④ 决定孤岛充填工作面冲击危险性的关键因素是工作面弹性承载区煤体静态支承压力和采空区顶板下沉量。针对这类冲击地压的致灾机理,通过煤层注水、高压水压裂及优化工作面布置以降低工作面弹性承载区煤体静态支承压力和提高采空区充填率、优化充填材料固结体压缩性能以减小采空区顶板下沉量等措施,可有效降低孤岛充填工作面的冲击危险性。该研究成果可为类似开采条件下冲击地压的防治提供参考。     

深部开采的地表沉陷预测研究

我国煤炭资源的开采已向深部延伸，深部开采将带来新技术上的难题，地表沉陷预测就是技术难题之一，浅部开采和深部开采引起的地表沉陷特点是不同的．结合实例以及力学分析，对深部开采引起的地表沉陷问题进行了研究，论述了深部开采的地表沉陷规律及特点，深部开采工作面的覆岩破坏，具有均匀、整体压缩、移动、变形的特点，地表移动变形连续、缓慢、周期长；提出参数修正的概率积分预测模型，来预测深部开采的地表沉陷，以指导我国的深部“三下”压煤的开粟．     

MSDFVS系统在开采沉陷预测中的应用

为准确预计煤矿回采工作面的开采沉陷值,合理布置采区,减小由地下煤炭开采引起的地表移动破坏,对基于MapInfo的MSDFVS(矿区地表变形预测预计与可视化系统)在预计原理、预计模型编程、算法方面做了详细介绍。通过实例验证了该系统的正确性及合理性,结果表明,该系统不仅实现了单个工作面、多个工作面的静态和动态沉陷预计,还实现了预计结果的二维、三维以及动态可视化,其预计结果更是在地表沉陷预测及控制、"三下"采煤等方面具有一定的指导意义。     

基于覆岩层状结构特征的开采沉陷分层传递预计方法

煤系覆岩层状结构作为煤炭赋存的显著而重要的地质特点,不仅影响着开采沉陷的发展过程,也决定着沉陷后地表最终形态。以陕北榆神矿区2-2主采煤层区域地质赋存条件和小保当井田典型钻孔资料为主要依据,以砂岩层数、砂岩平均厚度、砂泥比等3个覆岩层状结构关键特征为变量,构建了18组覆岩层状结构数值模型。通过数值模拟实验,揭示了它们对下沉系数的影响规律,建立了相应的量化关系。从变形传递叠加的角度,提出了基于覆岩层状结构特征的开采沉陷分层传递预计方法的原理和前提条件,构建了开采沉陷分层传递走向主断面下沉、水平移动与变形预计模型。工程实例验证了该方法较概率积分法具有更高的整体预计精度,可为中国西部煤矿区开采沉陷的防治提供更好的技术支持。     

钻井水溶法开采的地表沉陷预计研究

为了准确预计钻井水溶法开采后对地表产生的移动和变形,基于钻井水溶法开采特点,利用由不溶矿物形成的结晶水物质的膨胀率,建立了钻井水溶法开采的等价采高模型。此外,还分析了随机介质理论用于钻井水溶法开采地表沉陷预计的可行性。在阐述概率积分法基本原理的基础上,通过借鉴国内外条带水砂充填开采的预计实例,求得了钻井水溶法开采的概率积分法预计参数,并结合工程实例,利用概率积分法预计了某盐矿开采后引起的地表移动变形。结果表明:建立在上覆岩层软弱、顶板跨落基础上的概率积分预计方法适用于钻井水溶法开采的地表沉陷预计,且钻井水溶法开采后引起的地表移动变形值远小于相同条件下的煤矿开采。     

Equivalent materials simulation experimental study on bed separations developing and mining subsidence in constant humidity and constant temperature conditions

A new experiment was made on the developing of bed separations and mining subsidence from Tangshan T2192 working face by equivalent materials simulation. The overburden deformation and the developing of bed separations with working face advancing was simulated by a new model. The results show that the maximum value of bed separations moved forward gradually along with the working face advancing; the maximum value of bed separations is 0.31∼0.50 times of mining thickness. The key strata have a great influence upon surface subsidence during the overburden movement process. The mechanics parameters of new experiment are fitted with results in fields perfectly. Supported by The National Natural Science Funds Committee(50174035)     

基于改进三角剖分的复杂形状工作面开采沉陷预计方法

为弥补复杂形状工作面变形预计的不足，提高开采沉陷变形预计的准确性，构建了一种基于改进三角剖分的复杂形状工作面开采沉陷预计方法。该方法引入了改进的三角剖分算法，优化了坐标系统转换、拐点偏移改正等方法，基于概率积分法原理建立了复杂形状工作面的开采沉陷预计模型。该模型首先利用改进的三角剖分算法将工作面剖分为多个三角形；然后用变步长Simpson二重积分方法在三角形单元内进行下沉预计，将各单元的预计结果求和，即可得到整个工作面开采对地表下沉的影响情况；最后根据概率积分法原理可分别得到其他移动变形预计值。采用MATLAB软件开发了所构建模型的沉陷预计程序。模拟试验结果表明：该模型预计值插入点全部分布于常规概率积分法预计下沉曲线上，表明该模型能够对形状较为复杂的不规则工作面进行开采沉陷变形预计。淮南顾桥矿1414（1）工作面实例分析表明：该模型预计的下沉曲线与实测下沉曲线的拟合度较好，预计下沉值的绝对误差为0.2~359.2 mm，相对误差为25.02%，中误差为 101.9 mm，能较好地满足工程应用需求。开采沉陷|三角剖分算法|概率积分法|Simpson二重积分|复杂形状工作面     

固体废弃物胶结充填开采上覆岩层移动影响分析

通过建立计算机数值模型模拟固体废弃物胶结充填开采上覆岩层移动规律,观测不同工作面推进距离上覆岩层移动特征,对比长壁开采与充填开采关键层移动,分析充填开采关键层运动与上覆岩层移动特征。由于采空区被矸石和粉煤灰等材料所充填,充填工作面矿压显现和上覆岩层移动规律与一般垮落法管理顶板明显不同。研究表明：胶结充填开采工作面周期来压步距大,来压强度不明显;关键岩层弯曲下沉,不会出现岩层破断现象。上覆岩层移动范围明显减小,对地表变形能有效控制。