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.     

厚冲积层急倾斜煤层群开采重复采动下的开采沉陷

针对新集三矿急倾斜煤层开采复杂的采矿地质条件，运用求解非线性大变形问题有限差分法 (FLAC)，对不同开采方案所引起的岩体移动和地表沉陷进行了研究；实验表明，煤层区段间正台阶顺序开采较为有利.区段间相互影响小，地表受采动损害小，有利于巷道布置.运用实验室相似模型试验方法对煤层开采引起的岩体移动和地表沉陷的基本规律进行了研究，发现地表处出现了水平移动的“指向异化”；而岩层土与表土层界面处出现了水平移动指向上山方向“指向同化”.综合模型试验和数值模拟的结果，总结出了新集三矿急倾斜煤层开采重复采动所引起的厚冲积层岩体移动基本特征和地表沉陷的相关参数.     

急倾斜煤层开采地表移动预计的空间转换方法

提出了急倾斜煤层开采岩层滑移空间理论模型和地表移动预计的空间转换计算方法。根据岩层受力变形特点和破坏机理,急倾斜煤层开采上覆岩层存在楔形破坏区和滑移变形区。楔形破坏区内岩层的弯曲变形为滑移变形区内岩层提供移动空间,即滑移空间。滑移空间决定了地表下沉盆地的形态。将急倾斜的开采空间转换为近水平的滑移空间,可直接利用概率积分法的理论和参数来计算急倾斜煤层开采地表移动变形,较好地解决了急倾斜煤层开采地表移动预计问题。     

厚冲积层下开采地表移动分析

本文应用弹塑性力学理论及有限力学变形理论 ,研究了厚冲积层下开采地表移动的机理与移动量计算问题 ,对有效地控制地下开采损害具有重大指导作用。     

厚冲积层大采深条件下的地表岩层移动规律探讨

针对某矿厚冲积层大采深条件下的地表和岩层移动规律展开研究,通过建立地表移动变形观测站,获取了现场实测数据,采用理论分析和数值模拟等相结合的方式,求取了该矿厚冲积层大采深条件下的地表和岩层移动变形规律。利用1st Opt数据处理软件分析了地表移动变形特征,得到了实测岩移角量参数,采用1st Opt软件回归分析得到了地质采矿要素与岩移参数间的关系式;并通过数值模拟,分析了厚冲积层大采深条件下采动岩体的应变特征和地表移动变形分布特征。     

急倾斜煤层底板巷道破坏因素探讨

通过对急倾斜煤层底板巷道变形、破坏的数值计算发现，急倾斜煤层与水平煤层相比，受底板附加支承压力的影响较小，底板巷道变形、破坏主要是由于煤层开采后底板卸载，形成悬空面造成岩层移动引起的。分析结果表明，受采动影响岩层在底板中形成岩层移动活跃区，其大小取决于煤层倾角、岩石力学特性以及开采深度等，而与采区长高比大小关系不大。     

急倾斜矿层开采地表移动计算的皮尔森函数法的改进

急倾斜煤层开采时,由于采空区上部岩一石冒落向下滚动填充下部采空区,加剧了岩石沿层面方向的移动。此外,底板也会发生移动。因此使得急倾斜矿层的岩层和地表的移动与缓倾斜或水平矿层的移动过程很不相似,目前对急倾斜矿层地表移动规律的研究还很不够。为了解决急倾斜煤层开采的各种地表移动变形预计问题,文献根据淮南     

急斜厚煤层分层与分段放顶煤岩层移动对比

运用相似材料模拟和数值计算的方法，对水平分段和倾斜分层放顶煤开采引起的围岩移动特征进行了比较.倾斜分层开采引起的地表下沉盆地倾向主断面水平宽度大，而垂直移动和水平移动量小，水平分段开采则相反；倾斜分层开采时，上覆岩层先弯曲离层，再断裂垮落，易形成铰接结构；水平分段开采时，上覆煤岩易发生巨型块滑动式垮落；倾斜分层开采时，采空区垮落带高度小，水平分段开采时垮落带高度大.倾斜分层开采可以减轻围岩垮落和地表移动的强度.     

浅埋煤层采动地表移动变形规律及电塔塔基稳定性研究

陕北矿区地表存在大量的高压电塔，煤层采动引起的地表移动变形，对高压输电线路安全造成威胁。基于概率积分地表移动变形预计理论，采用理论分析、理论计算和现场实测等研究方法，对浅埋煤层采动地表移动变形规律及电塔塔基稳定性展开研究。研究结果表明：(1)拟合了基采比J_C和基载比J_Z的概率积分参数计算式，地表下沉和水平移动均与基载比和基采比呈负相关，沉陷盆地的影响范围和拐点距离均与基载比呈正相关；(2)建立了采动高压电塔移动变形计算式，电塔塔身的倾斜变形量取决于地表倾斜变形和塔高，电塔基础的水平变形量取决于地表水平变形、电塔根开、基础性质和土体性质；(3)陕北锦界煤矿31104工作面开采过程中，电塔Z219预计产生的最大倾斜变形量为92 mm,小于450 mm,最大水平变形量为4.15 mm,小于4.55 mm,稳定性较高，倾斜变形理论预计值与实测值平均偏差为5.69%。     

急倾斜煤层底板巷道破坏因素探讨

通过对急倾斜煤层底板巷道变形、破坏的数值计算发现 ,急倾斜煤层与水平煤层相比 ,受底板附加支承压力的影响较小 ,底板巷道变形、破坏主要是由于煤层开采后底板卸载 ,形成悬空面造成岩层移动引起的。分析结果表明 ,受采动影响岩层在底板中形成岩层移动活跃区 ,其大小取决于煤层倾角、岩石力学特性以及开采深度等 ,而与采区长高比大小关系不大。     

矿山岩体采动影响与控制工程学及其应用

论述了矿山岩体采动影响与控制学的内容、特点、最新进展及其在煤炭工业与国民经济建设中的重要作用。矿山岩体采动影响与控制工程学的主要内容与特点是：研究对象所涉及的范围是从采场直至地表的整个采动岩体；不仅研究受采动岩体的应力、应变及其与原始状态的变化差异，而且研究采动岩体屈服后的大面积的大变形、大位移和大破坏；采动损害既具有不可逆性，又具有可逆性；采动岩体是可复用材料；采动影响的控制，不仅着眼于控制岩体的变形，而且着眼于控制受保护对象的变形．矿山岩体采动影响与控制工程学研究的新进展是：提出了岩体变形的空间分带论、地表变形的空间形态论、岩体和地表变形的地层结构论、岩体和地表变形的地层质量评价论。作者还提出了控制岩体采动影响的７种控制类型，即下沉、变形、水平移动、垂直变形、顶板破坏高度、底板破坏深度及集中应力强度。研究岩体采动影响与控制的意义在于：矿产资源开发及其充分利用；矿区地下和地面的环境保护；矿区水资源保护；矿区山体稳定与安全；矿区采动沉陷地的利用；矿区采掘安全与煤（矿）柱设计；矿山开采损害预测与治理规划。     

考虑岩体及支护弹粘性的圆形巷道薄壁支护解析解

利用拉氏变换方法推导了圆形巷道处在平面应变情况下，在原岩的竖向和侧向应力相等时的薄壁筒支护弹粘性解析解，其中支护材料假设为马克斯韦尔体，岩体为包埃丁－汤姆逊体。以此为基础提出了考虑支护材料力学性质随时间变化的支护受力、变形计算方法，即把支护受力过程根据精度需要分成若干个首尾相接的时间区间，在每一区间内支护材料的力学参数取一定值，用不同区间内参数取值的不同，反映材料力学性质的变化，使用推得的解析计算     

石碌铁矿北一采区露天转地下开采沉陷机理研究

露天转地下开采过程伴随着强烈的岩体移动及变形特征，引发开采沉陷问题，是露天转地下矿山安全管理方面的重点研究内容。以海南石碌铁矿北一采区为研究对象，采用FLAC3D数值模拟方法，建立考虑开采扰动的露天转地下力学分析模型，分析不同开采阶段下采区围岩、边坡岩体及地表岩层的位移、应力分布特征，根据塑性区变化特征和现场地表塌陷现象，揭示露天转地下开采沉陷机理。研究表明：边坡岩体中最大拉应力区主要集中在采场回采区与坡顶区域，并随着开采深度增加持续扩展，这将降低岩体稳定性。开采扰动下北帮、西帮处的边坡整体位移值相对较小，南帮东部、东帮至小英山区域岩体位移值随着开采深度增加而显著增大，尤其在开采-90 m至-105 m时，位移值急剧增加。塑性区主要出现在回采区围岩和东帮上方坡面及其部分坡顶后方区域。回采区围岩的塌陷进一步引起了崩落区和变形区岩体位移，沿塑性区边缘形成采坑裂缝，小英山后方区域拉伸破坏进而形成地表拉伸型裂缝，坡脚沉陷及岩体裂隙发育造成东帮边坡滑坡。整体上看，露天转地下工况下开采沉陷表现出强烈的向坡体临空面方向的水平位移特征。     

地下采矿引起地表塌陷机理研究

根据赤峰红岭铅锌矿的地质资料,利用颗粒流程序PFC2D建立了红岭铅锌矿的二维离散元模型,模拟矿体的开挖过程; 并通过分析开采过程中的应力和位移演化规律,揭示矿山地表塌陷区的形成机理。模拟结果表明:矿山地表发生塌陷的主要原因是矿区较大水平构造应力的释放,以及采空区未及时回填而使上盘形成悬臂结构; 塌陷废石回填了部分采空区,并在一定程度上限制了围岩的水平变形; 地表位移的缓慢变形阶段和加速变形阶段的拐点表示围岩塌陷的开始,可作为预测地表塌陷的指标。     

某采空区地表沉降规律三维可视化处理与分析

采用莱卡全站仪和GPS相结合的方法,对采空区地表进行水平位移监测,并采用三角高程法监测空区地表垂直位移,从而获得空区地表水平位移值及下沉累积值等。在此基础上,借助SURFER软件对采空区地表变形数据进行三维处理,绘制出地表沉降三维表面图、地表沉降三维切片图、地表监测点布置张贴图。直观形象地反映了地表变化形态、变形范围、沉降大小、变形趋势等,并基于地表移动破坏形式、地表水平位移值及下沉累积值,给出具体分析结果及相关建议。     

会东矿西边坡岩石力学试验研究

为了评价露天西边坡的稳定性,进行了大量的室内与现场岩石力学试验,主要有岩体和岩体结构面的抗剪强度、岩体弹性模数、岩体应力与应变等试验。综合分析试验结果表明,黑色破碎岩体和软弱结构面是决定西边坡稳定性的主要因素;而处于黑色破碎岩体中的硅质白云岩相对来说完整性较好,它对围岩及边坡稳定性能起一定的控制作用。     

围岩扰动系数D的量化取值

本文根据Hoek-Diederichs公式,直观给出巷道围岩变形模量估计图表,计算出不同扰动参数D对岩体变形模量的影响。岩体开挖扰动系数D与扰动程度和扰动范围有关,提出了基于岩芯弹性模量分布的D值计算方法,以积分和距离均一化的形式给出D的量化公式。基于地质强度指数GSI、扰动系数D和Hoke-brown准则,估算深埋巷道岩体力学参数。数值计算出钻爆法施工巷道围岩的塑性区范围和位移值大小,并与现场实测值对比,塑性区相对误差低于11%,位移相对误差低于15%,该D值的估算方法有一定工程应用价值。     

SURFACE SUBSIDENCE ANALYSES BASED ON THE PRINCIPLE OF EXPANSION AND RECONSOLIDATION OF THE BROKEN ROCK STRATA

The results of experimental studies about the characteristics of broken rock expansion and reconsolidation were briefly introduced in this paper, and the surface subsidence coefficient under critical mining conditions was also analysed based on the principle of expansion and reconsolidation of the broken rock strata, a equation to calculate the corresponding surface subsidence was finally produced. This calculation method can be used to calculate more accurately the convergence quantity of consolidated rocks in the broken zone of the working face. In addition, case analyses by using the introduced calculation method were conducted and satisfactory results were obtained.     

长壁开采老采空区带状注浆设计方法

在分析老采空区残余沉降机理的基础上，结合开采沉陷理论，对控制老采空区残余沉降的注浆充填的技术方法进行了研究.得到如下结论：控制老采空区残余移动变形的关键是控制垮落带和断裂带内岩体的变形.在一定开采深度下，老采空区注浆充填可采用带状注浆充填.当开采深度小于导水断裂带高度和地面建筑载荷作用深度时，注浆孔间距为2倍的浆液扩散半径；当开采深度大于导水断裂带高度和地面建筑载荷作用深度时，给出了带状注浆充填注浆孔间距计算公式及注浆孔布设原则.注浆孔首先应布置在距离工作面边缘内20 m范围内、急倾斜煤层上山方向和断层发育区域，以充填采空区边缘的空洞和欠压密区.     

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。