高水材料短壁机械化充填开采地表沉陷规律研究

为了研究高水材料短壁机械化充填采煤法的地表沉陷规律及地表沉陷控制效果,以某矿区试验工作面地表沉陷数据为基础,研究了短壁机械化充填开采的地表移动与变形规律,分析了影响地表沉陷的主要因素,评价了地表沉陷控制效果。结果表明,短壁机械化充填开采地表沉降变常规开采的一次沉降为分阶段的缓慢沉降,采用该方法在埋深230m,采高2.5m的近水平煤层充填开采时,地表最大下沉值、下沉速度分别为180mm与2.4mm/d,相比综采垮落法地表下沉值与下沉速度分别减小92%与96.3%,且下沉盆地范围明显减小,地表移动与变形值控制在《"三下"采煤规程》规定的I级范围以内,满足地表一般建(构)筑物的保护要求。     

建筑物下固体充填开采地表沉陷规律分析

为了研究固体充填开采地表沉陷影响因素,实现建筑物下安全开采,以唐山矿T3281N工作面为工程背景,运用现场实测和FLAC3D数值模拟相结合的方法,分析了地表变形参数与充填体压缩率、充填率的关系。结果表明:实测地表最大下沉值为38 mm,仅占采高的1%,充填开采地表变形较小;充填率从70%增加到95%时,地表下沉峰值和水平变形峰值分别减小了67.1%和70%。;压缩率由25%减小至5%时,地表下沉峰值和水平变形峰值分别减小了61.8%和61.3%;合理提高充填率与压实度能够有效降低开采沉陷程度,充分保护地表建(构)筑物。     

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。     

极分散深部矿体开采对地表及建构筑物的影响分析

地下矿山大规模开采会对周围岩体造成扰动,会出现围岩的变形、开裂或者移动,逐渐对地表及其建构筑物造成威胁。以张家岭整合矿区深部大规模开采对地表及其建构筑物的稳定性影响为研究背景,通过辨识得到张家岭整合矿区影响范围内主要建构筑物的保护等级,进而分析影响地表变形的主要因素,结合实际工程地质条件,采用数值模拟方法,利用3Dmine-FLAC_3^D联合建模分析方法,对张家岭整合矿区深部矿体一期及二期开采后,地表变形及地表构建筑物稳定性进行分析。计算结果表明：一期开采地表移动变形较小,随着二期开采的展开,地表最大竖直位移及最大水平位移逐步增大,其中地表最大沉降为10mm；分析在深部开采结束后, G206国道、尾矿库、竖井、村落、诸河流的地表倾斜、地表曲率及地表水平变形值均满足相关规范要求,因此得出张家岭矿区地下开采对该区域的地表变形影响较弱。     

充填散体作用下采动岩移的预测及其应用

弓长岭铁矿东南采区上含铁带应用露天开采,下含铁带应用无底柱分段崩落法开采,因开采规划不合理导致上、下含铁带平行矿体高差约300m,严重影响矿山安全生产。为保障该矿露天地下协同安全生产,提出利用上含铁带剥离的废石充填下含铁带塌陷坑。利用FLAC_^3D模拟下含铁带开采过程,并对比分析了有、无充填散体作用下的地表岩移规律及范围。结果表明,塌陷坑内无充填散体时,随着采深的增加,岩移等值线为近地表垂直的折线型,且下含铁带的开采水平低于110m时,塌陷坑上盘易出现危险变形。在开采水平为70m条件下,随着充填散体高度的增加,地表水平位移和下沉值都随之减小,且对控制水平变形的作用要比控制倾斜变形作用显著。为避免露天采场岩体出现危险变形,至少要充填160m以上的散体,为保险起见,最终确定下含铁带的极限开采水平为110m。地表岩移监测结果表明,开采下含铁带110m水平以上矿体时,利用废石充填塌陷坑,可保障弓长岭铁矿东南采区上、下含铁带的协同安全生产。     

CaLu2Al4SiO12:Eu3+荧光粉的制备和发光性能研究

现代农业如植物工厂的快速发展对植物照明的需求不断扩大,发光强度高、热稳定性良好的深红色荧光粉是LED人工植物照明光源的关键材料。为研究Eu³⁺在CaLu_2-xAl₄SiO₁₂基质中的发光性能,采用高温固相法合成了新型CaLu_2-xAl₄SiO₁₂:xEu³⁺（x=0.1、0.3、0.5、0.7、0.9、1.1）荧光粉,通过多种表征测试技术,系统地研究了荧光粉的晶体结构、微观形貌、荧光性质及热稳定性能,并初步探究了CaLu_2-xAl₄SiO₁₂:xEu³⁺在植物照明领域应用的可能性。通过XRD、Rietveld结构精修、EDS能谱和元素分布分析发现, Eu³⁺成功进入了CaLu₂Al₄SiO₁₂基质中。荧光光谱测试结果表明：在711 nm光的监测下,样品在280—500 nm范围出现了Eu³⁺的特征f-f跃迁吸收峰;在394 nm光的激发下,样品在550—750 nm范围出现了Eu³⁺的⁵D₀-⁷F_J （J=0、1、2、3、4）跃迁发射,其最强发射峰位于711 nm（⁵D₀-⁷F₄）处,Eu³⁺的最佳掺杂量x=0.5;Eu³⁺的荧光寿命衰减曲线和荧光发射光谱,证明了Eu³⁺在CaLu₂Al₄SiO₁₂基质中只占据一个晶体学格位;CaLu_1.5Al₄SiO₁₂:0.5Eu³⁺荧光粉在423 K下的发射峰积分强度为室温下的91.75%,表明了该荧光粉具有良好的热稳定性;CaLu_2-xAl₄SiO₁₂:xEu³⁺的深红色强发射峰位于711 nm处,与植物的光敏色素（P_FR）吸收波段相吻合,表明CaLu_2-xAl₄SiO₁₂:xEu³⁺是一种潜在的可用于LED植物照明的荧光粉。     

膏体充填综采工作面地表沉陷规律研究

为了对膏体充填综采地表沉陷进行准确预计和有效保护地表建(构)筑物,采用理论分析、室内试验、工程实测和数值模拟相结合的方法,对膏体充填综采工作面地表沉陷规律及参数预测进行了研究。结果表明:充填体抗压强度1~3 d初期增加较快,7 d后充填体抗压强度趋于稳定,充填体最终抗压强度略低于煤体的抗压强度;在开采影响边界处地表有上升的现象,主要影响角正切值较小,影响范围较大;以大明煤矿(立井)膏体充填综采工作面为实例,基于概率积分法预计该矿岩移参数,其地表下沉系数为垮落法开采下沉影响系数的0.19~0.22倍;应对预计模型进行适当改进,以提高预计的准确性。     

超高水材料跳采充填采煤法地表沉陷规律

为了研究超高水材料跳采充填采煤法地表变形规律及地表沉陷控制效果,以某矿区地表沉降观测数据为基础,研究了充填开采各阶段的地表变形规律;采用关键层理论,并结合FLAC 3D数值模拟实验,研究了跳采过程中的关键层破断及地表沉降之间的时空关系,分析了影响地表沉陷的主要因素,评价了地表沉陷控制效果。研究表明,采用该方法在平均埋深340 m,采厚为4 m的近水平煤层开采时,地表最大下沉值为1 174 mm,下沉系数为0.29,减沉率约为62.8%,采出率为89.2%,且下沉盆地范围明显减小。分析可知,充填可大大减小地表下沉量,跳采可控制下沉盆地的形态,有效的保护了地表重要的建（构）筑物。     

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。     

地表移动区内建、构筑物稳定性模拟分析

为明确中关铁矿深部矿体开采后地表移动区内建（构）筑物的安全性，尝试利用大型通用有限元分析软件ANSYS对胶结充填体作用下地表的开采沉陷规律进行了模拟，结果表明，厚矿体移动区外，薄矿体移动区内的建（构）筑物是安全的；初步揭示了全尾砂（胶结）充填后地表的沉陷规律，指出充填体能有效控制覆岩的变形，地表的变形很微弱，未出现明显的移动盆地。     

某金矿"三下"开采移动带内地表稳定性分析

为确保移动带内地表村庄、河流、道路的安全，同时最大限度地开采地下资源，结合某金矿大断裂带构造条件下采用尾砂胶结充填采矿法的工程实例，运用概率积分法理论计算出的矿山安全开采深度为108 m，小于覆岩厚度（130 m），满足安全开采要求。采用FLAC3D数值模拟方法对该矿“三下”开采移动范围内典型剖面的地表沉降进行了分析，经计算，最大倾斜变形为0.022 mm/m、最大水平变形为0.019 mm/m，与地表实测数据较接近，满足建（构）筑物保护等级要求。根据矿山井下爆破工程特点，计算出的矿山最大爆破安全允许距离为96 m，认为矿井爆破振动不会影响至地表。研究表明：该矿“三下”开采移动带内地表建（构）筑物安全稳定，对于该矿安全高效开采以及类似矿山开采移动带范围内的地表稳定性分析有一定的参考价值。     

琅琊山铜矿地下采矿对复杂地表环境安全影响研究#br#

为分析琅琊山铜矿地下采矿对矿区地表复杂的建（构）筑物造成的影响，建立了地表地形和地下开采模型，采用数值模拟方法对矿山地下采矿造成的地表沉降变形进行模拟，得出地表最大沉降值为48.4 mm，且各个沉降区域分布扩展较为均匀，倾斜变形、曲率及水平变形最大值均小于允许指标。采取模拟监测的方法，通过布置主监测线和辅助监测线来获得监测数据，对沉降变形进行修正。主监测线最大沉降值为45.99 mm，辅助监测线监测结果与主监测线监测结果相近。研究结果表明，沉降最大区域附近属于均匀变形，开采对地表建(构)筑物安全影响较小，同时也为矿山开展地质灾害防治工作提供了理论依据。     

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。     

矸石充填开采及地表沉陷变形特征研究

矸石充填开采可以降低采空区顶板垮落的可能性,并对地表沉陷变形起到关键控制作用。为了更简便准确的评估矸石充填后的效果,以新元煤矿为工程背景,首先概述了矸石充填设备的选型,考察了充填后的三个工作面的充实率,之后模拟计算了地面沉陷量,并通过现场实测来验证模拟结果。最后结合相关变形指标初步评估了该煤矿矸石充填开采对地表建筑物的影响。结果表明：新元煤矿三个工作面充填开采后的最大充实率为73%,最小则为36%|数值计算的地表沉陷量曲线与实测数据点相匹配,证明了模拟工作的可信度|模拟出来的三个工作面的可能最大地表水平变形值为0.15mm/m,可能最大地表倾斜变形值为0.35mm/m,可能最大地表曲率值为0.0022mm/m2|上述这些变形参数均小于相关的 Ⅰ 级变形指标,证明了矸石充填开采后对地面建筑物等的影响是非常小的。通过此数值模拟的方法提前对矸石充填开采引起的地表变形进行合理预测与评估是可行的。     

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。     

采动条件下矿区铁路及站场变形预计系统研究

针对铁路下的煤层被采出后,采空区上方的岩层和地表移动导致的铁道线路及其他建筑物移位的问题,提出了厚煤层条件下放顶煤开采区的矿区铁道线路及站场道岔群的沉陷预计系统,掌握铁道移动与变形特点及动态变化规律,从而提出合理的线路维护措施尤其是铁路站场道岔群变形的治理技术,可保障铁路运输生产的正常进行及行车安全.     

充填法开采诱发矿山地表沉降数值分析研究北大核心

地下开采对地表河流、公路、构筑物等扰动影响是矿山首要关注的问题,传统的岩体移动带圈定难以直接确定地表河流、道路的稳定性。为探究地下开采对地表沉降的影响,采用FLAC 3D软件对小栗子一、二铁矿区充填开采过程中地表的岩移数值模拟计算的方法,分析地下开采过程对地表沉降变形、地表河流及邻矿运输道路稳定性等的影响。结果表明:地表的绝对位移较小,倾斜率、曲率、水平变形值等指标均远小于规范允许值,稳定性较好,整个地表均较为稳定,同时进一步说明了要保持地表河流、运输道路的稳定,采空区回填非常必要。计算结果可为矿山的安全开采提供一定的理论支撑。     

条带开采与固体充填开采地表沉陷规律研究

目前,建筑物下采煤通常采用条带开采和充填开采,为了研究这2种建筑物下采煤方法的地表移动变形规律,结合花园煤矿条带开采和固体充填开采实测数据,分别进行了地表静态、动态移动变形规律分析。研究得出：条带开采走向边界角56°,固体充填开采走向边界角57°、上山边界角62°、下山边界角53°;两者的地表移动盆地特征基本符合传统垮落法开采地表沉陷规律,但两者动态移动变形规律与其相比有一定的差异,在工作面回采过程中两者地表点下沉速度较小,出现多处峰值现象,基本不存在传统垮落法开采地表急剧下沉的活跃阶段。最后反演出地表预计概率积分法模型各参数。上述研究将为类似矿区地表沉陷预计以及开采方案设计提供一定的参考和指导。     

不同采煤方法下开采沉陷控制的数值模拟研究

为了对比充填开采及条带开采对地表及覆岩破坏控制的效果,本文基于实验室制备的充填材料和理论计算得到的条带开采方案,运用数值模拟软件FLAC3D对垮落开采、条带开采、充填开采过程中地表移动变形及覆岩应力场变化情况进行详细分析。结果表明：充填开采中覆岩释放了少许弹性应变能,其应力略小于原岩应力,覆岩应力场呈线性规律变化。条带开采中覆岩应力场出现应力增高区,煤柱两端应力集中现象严重,围岩稳定性弱于充填开采。两种开采方法下地表沉陷均远小于垮落开采,条带开采中地表各变形值均小于建筑物I级破坏允许值,充填法中地表曲率仅比该允许值大0.02m-1·10-3,仍能保证地面建筑物的安全性。故采用充填开采对地表及覆岩变形的控制效果更佳。