采动影响区房屋损害地表移动变形临界值研究

采动影响区地表移动变形通过房屋基础与周围土体的摩擦力传递给上部结构,在房屋墙体内产生附加应力,当移动变形超过墙体的扰动影响最大承受值时,导致房屋拉破坏或压破坏,对采动区地表房屋造成损害。为解决采煤沉陷区矿方与百姓就房屋损害技术鉴定责任划分,以及村庄下开采工作面合理布置与尺寸优化问题,分析了地表水平变形与房屋墙体水平变形的关系,应用多研究手段推导出采动区房屋损害地表水平变形临界值的计算公式;同时引入了房屋损害裂缝角的概念,并提出了该角值的理论计算方法。结果表明:地表水平拉伸变形达到0.61mm/m,而水平压缩变形达到-1.33mm/m,采动影响区房屋墙体将会在薄弱部位出现采动裂缝,从而对房屋造成开采损害;矿区房屋损害裂缝角临界值约为58°,房屋裂缝角介于边界角和移动角之间。     

高耸构筑物采动损害与保护技术研究现状与展望

我国一些矿区面临着高耸构筑物下压煤技术难题。矿区高耸构筑物具有高度大、横断面小、重心高、支撑基础底面积小等特点，作为一种特殊的构筑物，其对地下开采引起的地表移动变形较敏感。在分析了高耸构筑物自身特性及其采动变形特征基础上，从采动变形理论、数值模拟、变形监测技术、保护技术等4个方面总结分析了高耸构筑物采动损害与保护技术的研究发展历程，包括高耸构筑物与地基、基础协同变形理论、工作面开采对高耸构筑物变形影响数值（物理）模拟分析、实时高效精准监测技术、地基精准注浆加固技术、基础抗变形改造技术、高耸构筑物动态调斜技术、源头减损技术等；并展望了高耸构筑物采动损害与保护技术的4个发展方向：地表移动变形多指标作用下高耸构筑物采动变形规律，采动地表沉陷规律与高耸构筑物变形传导机理，高耸构筑物实时高效精准变形监测技术，高耸构筑物精准保护技术，以便形成地表高耸构筑物“变形小-监测精-保护准”的综合理论与技术体系，为高耸构筑物下安全高效采煤提供理论和技术支撑。     

采动条件下的金属矿山上覆岩体破坏区域及其特征研究

确定采动条件下金属矿山上覆岩体破坏区域与应力行为,以某金属矿为背景,采用RFPA计算程序对该矿山在开采过程中上覆岩体破坏特征及力学行为进行研究,同时结合声发射技术对采动条件下覆岩的破坏区域及应力分布范围进行深入分析,提出采动条件下的金属矿山覆岩破坏的"三区"概念及应力分布划分原则。研究表明:金属矿上覆岩体随着采动影响可以划分为垮落区、塑性区、弹性区三个区域;并对各区域的成因及划分依据进行详细分析;为了进一步研究上覆岩体变形破坏区域和破坏形状特征,在采动条件下从采空区上覆岩体的位移矢量变化角度进行分析,得出随着开采的进行,上覆岩体破坏形状经历了水母状、圆拱形、桶状的大致破坏形态过程,这种形态与金属矿山地表塌陷现场较吻合。研究结果可为金属矿山三带的圈定和采取有效支护措施控制采空区围岩稳定提供理论依据。     

露天转地下开采边坡岩体滑移规律研究

采用数值模拟方法,研究了地下采动对边坡岩体变形的影响特点与规律,并结合海南铁矿石碌矿区露天转地下开采具体的采矿方法进行分析,从中探索在先期露天开采并形成一定边坡规模条件下,在其下部继续进行地下开采后,边坡岩体的应力应变、变形破坏机制,以便为该矿山或者类似矿山的后续采矿设计以及安全生产提供一定的理论依据.     

复杂采空区充填开采对地面建筑的影响研究

矿山地下开采引起的围岩应力变化及地表变形影响着地面建筑物的安全。采用ABAQUS有限元软件对金属矿山充填开采引起的岩体变形及地表移动规律进行了研究。以矿山实际开采现状及实测数据为基础，建立了具有复杂空间结构的三维地层模型，利用子程序SIGINI编程施加地应力，采用修正Mohr-Coulomb模型模拟岩体，计算得出：由于围岩力学强度较高，开采引起顶板下沉量相对较小，充填对于控制底鼓具有一定抑制作用；预留矿柱主要承受较大竖向压应力，矿柱尺寸越小压缩量越大；地表充填站位于采空区边缘位置，水平及竖向位移相对较小，地表变形主要集中在采空区中部位置。研究成果可为矿山安全开采提供依据，为地面监测点的选择提供参考。     

刘天泉院士与特殊开采技术

刘天泉院土作为我国矿山大面积采动影响理论与特殊开采技术的开拓者之一和学术技术带头人，对传统的矿山岩层与地表移动及特殊开采技术做出了开拓性、创造性贡献，对发展采矿学科及煤炭生产建设发挥了重要作用。刘天泉院土首先建立了以“三带”型采动影响为内容的采动影响理论，包括描述煤层上覆岩层破坏规律的“顶三带”，煤层底板岩层破坏规律的“底三带”和所采煤层本身破坏规律的“侧三带”，从而扩大了采动影响的基本研究内容及应用领域，形成了为矿井开采、建设及矿区环保服务的矿山采动影响工程学及特殊开采技术新的学科分支。并提出…     

矿山地表塌陷区岩层移动监测监控

为了有效监控和治理矿区地表塌陷,保护地表重要建筑物,针对铜坑矿三大矿体开采后形成的多层重复采动的复杂情况,根据岩体破坏程度,结合矿区数值模拟计算结果,圈定了矿区地表岩层移动破坏范围,并按其破坏程度进行了多级梯次圈定。并依照这一结果设立了矿区范围岩移观测工程测量控制网,建立地表岩移综合性监测监控系统,对矿区地表影响范围内及其附近区域的公路及建筑物(构筑物)、竖井等实施有效监控和预警,保证矿山地表重要设施的生产安全。     

大面积采场引起的采动影响及其时空分布规律

采场采动影响,指的是回采引起的围岩(指顶板直至地表、底板及所采煤层本身三个方面)变化现象及其造成的种种损害的总称。从狭义上讲,采动影响主要指岩层(岩体)和地表的应力变化,岩层(岩体)和地表的开裂冒落性破坏,岩层(岩体)和地表的整体性移动。从广义上讲,除上述内容外,还包括回采对煤层、水体、建筑物、铁路、井巷及其支护等造成的非破坏性影晌和破坏性影响。     

地下矿山的岩体应力

随着地下矿山的深部开采,采空场愈来愈多,规模也越来越大,并且不可避免地要通过地质条件不良地带,于是,采空场围岩发生破坏的现象屡见不鲜。甚至由于采空场的大规模坍塌,带来矿山井巷工程的开裂错动和地表下沉等影响。破坏学说是以应力或应变为础基的,而了解岩体的破坏现象又是有效设计矿山地下工程的先决条件,所以,研究岩体应力是矿山工程的一项极为重要的课题。一、地下矿山岩体应力的基本问题     

煤矿开采诱发岩溶地表塌陷的机理分析

为有效预测与防范我国一些岩溶地区由于煤矿开采诱发的岩溶地表塌陷灾害,以江西丰城矿区坪湖煤矿为工程背景,采用数值模拟、地表移动计算等方法,分析了因采动引起的附加应力扰动导致岩溶塌陷发生的机理和影响因素,确定了岩溶塌陷易发性的评价指标。研究结果表明,地下开采会在岩溶地层产生拉应力,形成拉伸破坏区,对于浅埋溶洞,拉伸破坏区易发展至地表,形成岩溶塌陷,经地表移动计算分析可知,当地表拉伸变形达到1.8 mm/m以上时,地表发生岩溶塌陷的可能性较大。为了防范采动区岩溶塌陷,进行采前岩溶探测和采动影响预测分析十分必要。     

地下采矿引起山体滑坡发展过程数值模拟研究

为了研究地下采矿引起山体滑坡发展过程,以某金属矿山地下开采引起的山体滑坡为研究背景,模拟了井下矿体的开采过程,重现了山体变形滑坡,并由数值模拟结果预测了今后山体滑坡发展过程。结果表明: 竖直方向和水平方向位移表明山体目前处于滑坡阶段,与矿山现场实际情况相符,验证了数值模拟结果的可靠性; 随着矿体开采水平向深部发展,竖直方向位移逐渐增大,在整个地表竖直方向位移发展过程中存在3个突变点; 地表产生滑坡至地表塌陷过程有4个发展阶段,分别为岩层变形初期、地表出现滑坡、地表出现陷落孔洞和地表塌陷; 采用充填体材料对开采后的采空区进行充填后,能有效控制上覆岩层变形,预防了岩层变形,进一步控制了地表滑坡的形成与发展。研究成果可为矿山安全生产提供参考。     

大采高浅埋煤层开采地表移动变形特征研究

 大采高浅埋煤层开采地表地表移动变形具有一定的特殊性,在对韩家湾煤矿2304工作面开采地表移动观测的基础上,确定了韩家湾煤矿开采岩层移动参数,分析了影响采空区地表裂缝形成的主要因素,给出了厚松散层浅埋煤层开采地表移动变形破坏规律。为今后矿井“三下”开采以及保护煤柱的安全合理留设提供相关参数与科学依据。     

露天采矿活动对生态脆弱区水资源的影响及其对策

 随着西部地区煤炭开采活动强度的不断增大,西部地区水资源的短缺与煤炭开采活动对环境的破坏之间的矛盾越来越突出。为实现煤炭开采地区的可持续发展,通过对地下水系统的分析,结合地下水运动的规律,提出了针对露天矿的保水开采方法,即能够实现内排的露天矿通过重构关键地层技术实现地下水系统的重构与恢复,不能够实现内排的露天矿通过重建地下水补给区的办法恢复地下水系统。最后针对水资源保护的目标,对排土工艺做了适当的调整。     

S矿区采动覆岩破坏的实例研究

煤矿地下开采造成水资源的破坏和污染,为了保护S矿区地表水资源和保证安全开采,在分析了该矿区覆岩工程地质特征的基础上,根据该矿区岩层柱状图,建立了煤层覆岩的力学模型,利用FLAC软件计算了煤层开采工作面推进到不同距离时覆岩的应力场,绘出了覆岩塑性区分布图,分析了薄基岩厚松散层下开采煤层时覆岩的应力特征和破坏高度,得出在煤壁和开切眼处覆岩以剪切破坏为主,而采空区上部以拉伸破坏为主;随着工作面的推进,覆岩破坏波及到第四系底部;进一步分析第四系底部粘土层的物理力学性质,得出该粘土层有良好的隔水性,指出工作面可以安全开采,并得到工程验证。     

露天-井工联合开采下关键层模型的应用

依据先露采后井工联合开采的特点,确定煤层顶板中某一坚硬的岩层为关键层,并将关键层看作弹性地基上的梁,利用组合梁原理计算关键层梁的上部荷载,通过对关键层梁应力和变形的计算,得到其关键岩梁断裂在下部煤层中的应力分布规律,提出以边坡下巷道稳定为判断准则,确定井工开采工作面合理的停采线位置。利用该方法成功地解决了平朔矿区边坡下大巷稳定的问题。     

综合探测技术在覆岩破坏观测中的应用研究

从小浪底水库下采煤防治水技术工作的需求出发,首次尝试采用钻探与物探手段相结合、多种物探手段相结合以及井上下观测相结合的综合探测手段进行小浪底水库下煤炭资源开采后覆岩破坏规律的观测,取得了较好的效果,准确判断了煤层开采后的覆岩破坏情况和导水裂隙带高度,为新安煤矿合理设计水库下开采的方式方法提供了重要的参数依据和技术支撑。     

大倾角煤层长壁开采覆岩空间活动规律研究

针对大倾角煤层长壁开采覆岩变形、破坏和运移规律复杂,对工作面安全开采影响大等问题,采用现场实测、数值模拟和相似材料模拟,研究总结了大倾角煤层长壁开采直接顶、基本顶和高位岩层空间的变形、破坏和运移规律。结果表明:大倾角煤层走向长壁机械化开采过程中,沿倾斜方向采场顶板低位岩层与高位岩层均呈现出非对称力学特征,且破坏运移呈现出时序性和不均衡性。沿工作面倾斜方向中、上部区域内"三带"特征明显,且层位较高,而下部则顶板岩层没有明显的"三带"特征或"三带"形成的层位较低且不完整;多区段、多煤层开采时,上覆岩层影响程度远大于单一煤层,且具有一定冲击性。     

井采影响下边坡岩体变形破坏规律研究

针对Ⅱ型露井联采,露天转地下开采的情况,对井采影响下边坡岩体变形机制、地表移动特征及其对边坡岩体强度的弱化等进行了探讨。安家岭露天矿西排土场北部变形区实例分析表明,受井采影响,边坡上部土体由于沉陷变形出现差异性拉张裂隙,形成主动下沉滑移段,前缘被动段以沿弱层滑移的水平位移为主,数值模拟结果与现场实际基本吻合。     

下覆工作面回采对斜井的影响分析

通过理论计算得出工作面开采覆岩破坏高度,利用关键层理论分析覆岩破坏、移动、控制规律,并对井筒下覆工作面回采对斜井的影响进行了论证,为工作面安全、高效回采提供了理论支持。现场矿压观测数据结果表明,斜井没有受到下覆工作面开采的影响。     

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.