浅埋薄基岩煤层覆岩应力效应及变形破坏分析

研究浅埋薄基岩煤层开采后在采空区上方形成的导水裂隙带范围对保水开采具有重要意义。基于煤层开采后地表移动和岩体内部移动的内在联系,采用随机介质方法,将地表移动的基本参数应用于岩体内部移动规律的研究中,建立了上覆岩层移动变形力学模型,推导了煤层开采后采空区上方岩层内的位移、应变和应力的数学表达式,分析了上覆岩层变形破坏的影响因素和破坏力学机理。在此基础上,给出了浅埋薄基岩煤层开采覆岩隔水层的破坏判据,为浅埋薄基岩煤层保水开采提供理论依据。     

崩落法开采岩层移动影响因素的数值模拟

随着矿山开采深度的增加,岩体所处的力学条件变得复杂,采用崩落法开采的深部矿体岩层移动规律受多种因素影响且不同于浅部。离散元法是基于不连续性假设的数值方法,它特别适合于求解节理岩体中的非连续性问题。基于离散元理论,采用数值计算软件3DEC,分析了不同节理倾角、不同侧压力系数及不同开挖阶段对深部矿体崩落法开采过程中岩层移动规律的影响,研究结果表明：不同倾角的优势结构面对崩落发展趋势影响显著,水平节理对崩落发展有良好促进作用;侧压力系数越大,崩落高度越小;深部矿体开采过程中,由于承压拱的存在,开采高度为120 m时,并未引起大范围塌陷。研究结果可为深部矿体崩落法开采岩层移动规律及地表沉陷范围的确定提供一定的参考依据。     

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。     

基于空区与塌陷区关联分析的露天开采安全评价

通过对罗恩延长部塌陷坑实地调查分析，对采空区原来地下开采技术资料进行整理并开展了补充探测工作，基本掌握了罗恩延长部塌陷坑和采空区的形态。在此基础上，重点对罗恩延长部地下硫化矿开采后空区赋存条件下的上覆岩层移动变形范围进行了整体分析，通过分析空区上部岩层移动变形范围与地表实际塌陷范围的相关性，表明地下采空区上覆围岩已出现不同程度的沉降变形，且采空区顶板岩体及上端部围岩均出现过不同程度的垮塌，加之上覆岩体松散破碎，垮塌岩体能够实现对原有采空区的有效充填。研究表明：该区域存在大范围采空区的概率极小，在地表氧化矿开采过程中通过对关键区域采取必要的超前探测等安全保障措施后即可进行正常开采。     

L工作面露天转地下开采边坡及围岩的移动变形机理分析

以某煤矿L工作面露天转地下开采为例,应用FLAC3D软件进行数值模拟,结合矿区地质条件和数值模拟结果,对露天边坡和地下开采上覆岩体的应力场及位移场进行了详细分析,归纳出了L工作面煤矿在露天转入地下开采时围岩的力学环境变化特点和移动变形规律。在从里向外的地下开采过程中,工作面前后煤壁及周围岩体更易发生应力集中,边坡和采空区上覆岩体的移动矢量指向采空区,使边坡角减小,坡高降低,有利于边坡稳定。     

井筒施工中采空区合理充填参数的确定

对井筒穿越采空区时的充填范围和充填材料力学参数的合理确定等理论技术问题进行了探讨。给出了采空区扰动的边界效应概念,揭示了采空区导致的岩层移动变形的特征规律。认为:大同矿区条件下采空区的合理充填范围以15~25 m为宜;采空区充填物的力学性质应与采空区顶、底板岩层力学性质接近,通常以单轴抗压强度20 MPa、弹性模量15000 MPa为宜。     

采场上覆整体移动带坚硬岩层破断规律研究

为了防治采场上覆坚硬岩层突然破断给矿井造成的离层水（瓦斯）突涌等严重次生灾害,对某煤矿工作面连续大面积开采上覆整体移动带内坚硬岩层的破断规律进行了研究。以该煤矿首采区覆岩空间赋存、岩体结构、力学性质及地应力等地质工程条件为基础,采用薄板理论计算、数值模拟等方法,对采区首采面及后续工作面开采上覆整体移动带坚硬火成岩岩床初次破断及周期破断距进行了理论计算和过程模拟分析。结果显示,首采面开采过程中坚硬火成岩初次破断约300 m,周期破断约130 m;后续工作面开采时受邻近采空区影响,火成岩初次破断约260 m,周期破断约120 m;结果与现场实测数据分析相一致。研究成果对坚硬覆岩下煤层开采离层水、离层瓦斯突出等地质灾害预测及防治具有重要意义。     

岩层移动理论与力学模型及其展望

随着社会对开采沉陷与生态环境问题日益重视,"科学采矿"势在必行。面对新形势,需要在学习前人研究成果的基础上,进行更系统、深入的研究。首先系统总结了国内外垮落法和充填法处理采空区2种情况下的岩层移动理论、优缺点及其适应条件等,重点阐述了关键层理论在岩层移动方面发挥的重要作用。基于采动岩体力学,系统分析了基本顶断裂位置和断裂步距"正态分布"变化的原因。基于采动岩层破断移动的全过程分析和前人的研究成果,提出了充分采动覆岩整体移动的"类双曲线"模型,认为岩层"类双曲线"的焦点位于主关键层位置,该模型通过关键层把砌体梁理论及地表沉陷理论有机联系起来,描述了煤层上覆岩层整体移动规律,是关键层理论的继承和发展。     

水库下伏采空区覆岩裂隙探查与综合防治技术

以火石咀煤矿8712工作面采空区注浆充填治理工程为背景,基于开采沉陷理论,利用钻孔波速测试和压水试验,阐明了综放开采后上覆岩层裂隙发育特征。结果表明:综放开采后上覆岩层整体移动过程中,岩体完整性受到不同程度破坏,采空区边缘处形成呈带状分布水平宽度约60 m的张拉断裂带。采用"库底防渗、采空区充填注浆、影响区域残余变形监测"的综合防治技术,取得良好治理效果。     

深部开采临近断层应力场演化规律研究

针对耿村煤矿东部区段深部开采临近F16逆冲断层容易造成冲击地压问题,采用数值计算与相似材料实验相结合的研究方法,研究了随开采深度增加及临近F16断层过程中围岩应力场演化规律。研究结果表明,随着开采深度的增加及临近F16断层,增大了围岩应力集中程度,在断层上盘岩体水平推力、覆岩重力以及采空区岩层下滑力叠加作用下容易使得断层下盘岩体以某一轴线发生扭转,增大了冲击危险性。综合判断其冲击地压失稳模式为F16逆冲断层、井田境界煤柱影响下的高应力、大范围、区域性失稳。     

用不同采矿方法开采深部磷矿体的地压规律模拟

以云南磷化集团有限公司晋宁磷矿2号坑口为研究对象,通过FLAC3D数值模拟计算,对其深部矿体地下开采过程中,不同开采方法条件下采场顶板、围岩的稳定性及矿压活动规律进行了系统研究。结果表明:矿体采出后,采空区上方岩层重量将向采空区周围新的支承点转移,在采空区的上方形成卸压区,而在采空区前后两侧的固定支撑端矿体内形成支承压力带。采场前方的超前支承压力随采场推进不断前移。在采场法线方向,引起上覆岩体开裂、下陷或跨塌,最终波及到地表,引起开采沉陷。与分段留矿-崩落法开采相比,采用充填法开采时,由于充填体的支撑作用,最大应力集中系数由1.18减小到1.04,塑性区范围由12~18 m减小到4~8 m,矿体采场顶板覆岩的采动矿压显现特征明显减弱。     

老采空区充水影响下覆岩移动规律研究

伴随着煤炭行业化解淘汰过剩落后产能,大量生产矿井将逐渐关闭,井下采空区将会被地下水充填,采空区充水后覆岩移动变形规律是绿色矿山建设关注的焦点问题.文中通过相似材料模拟试验对采空区充水后覆岩移动规律及力学特征进行了研究,研究结果表明,在采空区充水后水分向上运移,导水裂缝带的岩体遇水软化,孔裂隙进一步压实,岩体压力不断增加,下沉量增大;在开采区域外岩层出现了显现的上升现象;采空区充水后地表下沉值不会出现大幅增加或突然塌陷等地质灾害现象.     

大红山铁矿露天——地下联合开采岩移发展规律研究

地下开采产生的地表移动会影响邻近露天采场边坡的稳定性。以大红山铁矿露天—地下联合开采为例,采用微震、地表开裂观测等多种方法进行岩移监测和数据分析,探究了地下开采引起的岩体移动与地表开裂规律。首先,对历史监测数据进行了整理和分析,包括地表塌陷和裂缝的发育情况。其次,针对地下开采过程中的围岩变形特点,开展微震数据分析,获取了岩体损伤破坏信息。同时,结合矿山地质资料,统计数据得出了陷落角的变化范围。结果表明:大红山铁矿露天—地下联合开采,岩体移动发展阶段可划分为:冒落及地表贯通的岩移阶段、陷落区充分发展的岩移阶段、F2断层影响的陷落角非对称发育阶段、废石充填与深部开采下的岩移阶段。西北部陷落角发育范围为75°～81°、东南部陷落角发育范围为65°～82°。研究可为类似地质及工程条件矿山岩移发展规律分析提供一定参考。     

上行开采厚硬层间岩层移动变形数值模拟分析

煤矿采用上行开采方式时,层间岩层移动变形规律是决定上行开采可行性的关键因素。以同家梁煤矿为工程背景,研究上行开采厚硬层间岩层移动变形问题,结合煤层赋存条件、煤层开采情况及层间岩层物理力学性质和特征等相关因素,对8#煤层上行开采层间岩层的移动变形规律进行数值模拟分析。结果表明位于上行开采工作面后方岩层随工作面推进竖向位移变大,位于工作面前方岩层竖向位移先增大后减小;随岩层深度增加,岩层受上行开采工作面二次采动影响程度变小,岩层的竖向位移和塑性破坏区域范围减小。研究成果为判定上行开采可行性提供理论依据。     

深部开采地表沉陷特征的数值模拟

随着煤矿开采深度的增加,深部岩体的力学行为在赋存状态改变的情形下趋于复杂,深部开采引起的地表沉陷不同于浅部.数值模拟与现场实测结果表明当采宽一定时,深部开采中的地面各项移动变形值均小于浅部,对覆岩局部和地面起控制作用的关键层增多,影响了深部开采中的地表沉陷.深部的煤岩体在高地应力状态下受采后高附加应力的影响,远离工作面的煤柱均出现不同程度的压缩变形现象,煤岩柱整体压缩变形是深部开采地表沉陷的特殊组成部分,导致了深部开采引起的地面影响范围及岩层内部移动边界线都大于浅部,这对深部开采岩层移动角参数有很大影响.     

露井联采条件下边坡移动变形规律分析

露井联采过程中,引起边坡复合采动效应,导致露天边坡岩体的滑移机制和变形规律更为复杂。针对此问题,运用开采沉陷、矿山压力与岩层控制、露天矿边坡稳定等理论,分析了近水平浅埋煤层露井联采条件下边坡的移动、变形和破坏规律,在此基础上,总结了露井联采对边坡稳定性影响的关键因素,主要与边坡和采空区的相对空间位置有关。     

深部开采地表沉陷特征的数值模拟

随着煤矿开采深度的增加，深部岩体的力学行为在赋存状态改变的情形下趋于复杂，深部开采引起的地表沉陷不同于浅部．数值模拟与现场实测结果表明：当采宽一定时，深部开采中的地面各项移动变形值均小于浅部，对覆岩局部和地面起控制作用的关键层增多，影响了深部开采中的地表沉陷．深部的煤岩体在高地应力状态下受采后高附加应力的影响，远离工作面的煤柱均出现不同程度的压缩变形现象，煤岩柱整体压缩变形是深部开采地表沉陷的特殊组成部分，导致了、深部开采引起的地面影响范围及岩层内部移动边界线都大于浅部，这对深部开采岩层移动角参数有很大影响．     

高位巨厚坚硬岩层下煤层的合理开采方法研究

为了防止高位巨厚岩层在层下煤层开采过程中引起冲击灾害,针对潞新二煤矿II102采区上覆巨厚岩层情况,结合数值模拟研究,通过对比留大煤柱开采、离层区注浆充填开采、采空区充填开采等多种开采方法对高位巨厚坚硬岩层破断运移影响,考虑安全、技术等因素,确定高位巨厚坚硬岩层条件下煤层开采技术方案为:离层区注浆充填开采方案。     

采空区失稳导致的地表塌陷处置措施研究

针对采空区失稳导致的地表塌陷问题,采用Hoek-Brown强度准则确定某矿宏观岩体力学参数,通过FLAC3D 数值模拟研究,圈定出地表移动范围并进行安全监测,提出采用选矿厂全尾砂胶结充填塌陷区域及采空区的处置措施,有效解决地表陷落、采空区存在的安全隐患问题及尾砂排放带来的安全环保问题,实现矿山的绿色开采。     

废石回填塌陷区对排土场和露天采场稳定性的影响

以大红山铁矿深部开采过程中塌陷区废石回填为研究对象,进行了现场岩体结构面调查、岩石力学试验及岩体质量分级等工作,采用极限平衡以及数值模拟方法对大红山排土场、露天采场稳定性进行分析,研究废石回填对大红山排土场、露天采场稳定性的影响.结果表明:矿体全部采完后,垮落松散体及回填体沉降区域位于采空区上部,波及范围达到900 m标高附近,地表露天采场及排土场区域没有出现沉降位移.随着采矿活动的进行,地下散体沉降塌陷没有波及到地表,采矿结束后,随着地下充填体的逐步密实,地表能保持稳定状态,不会对露天边坡及排土场的稳定性造成影响.在自重+地震工况条件下,塌陷区回填后,整体边坡安全系数均大于1.15.