辛置煤矿间歇开采岩移机理及沉陷规律研究

为了研究巨厚黄土层下间歇开采岩移机理及地表沉陷规律,基于辛置煤矿的地质采矿条件,对条带开采煤柱的稳定性进行了理论分析,得到了倾斜煤层煤柱稳定性的判别函数;采用UDEC数值分析方法反演了百亩沟村庄下前期条带开采覆岩及地表沉陷特征,揭示了岩层移动的机理,获取了研究区域主断面的地表沉陷值。隔离煤柱回收后,依据现场实测数据,分析了间歇开采地表动态和静态地表沉陷特征,求取了地表移动角值参数和概率积分预计参数。研究结果表明,前期条带开采煤柱能够形成稳定的核区,煤柱安全系数为2.34,关键层不破断,地表最大下沉217 mm,最大水平拉伸变形为0.41 mm/m,小于窑洞的Ⅰ级抗拉伸水平变形的临界值。间隔煤柱回采后,地表移动初始期和活跃期偏短累计219 d,最大下沉点下沉量与下沉时间服从负指数函数关系;地表终态最大下沉1 537 mm,水平拉伸变形为3.98 mm/m,地表建(构)筑物所受的采动损坏程度超过了Ⅱ级。间歇开采后地表沉陷下沉系数为0.74,开采影响传播角系数为0.6。     

覆岩岩性对地表移动过程时间影响参数的影响

分析实际岩移观测资料及Knothe时间函数，提出完善、补充Knothe时间函数理论的覆岩岩性参数概念，探讨了覆岩岩性参数和时间影响参数的确定方法及二者之间的关系。这对地表及岩层的动态移动预测和三下开采设计具有理论和实用价值。     

覆岩主关键层运动对地表沉陷影响的 钻孔原位测试研究

 通过神东矿区补连塔煤矿31401工作面内部岩移的地面钻孔原位观测与地表沉陷观测的对比研究,就覆岩主关键层运动对地表沉陷的影响进行实测研究。研究结果表明：厚47.01 m的粉砂岩主关键层控制了上覆基岩直至地表的移动变形,上覆岩层的运动随主关键层破断出现周期性跳跃变化;受主关键层的控制作用,地表沉陷测站观测时间间隔长短显著影响了测点的下沉速度曲线,观测时间间隔越短,其对应的下沉速度曲线呈现的周期跳跃性变化越强;观测时间间隔越长,其对应的下沉速度曲线更为均化。因此,在浅埋煤层开采中,为了准确反映地表下沉的动态过程,应该缩短观测时间间隔,才能正确掌握采动覆岩内部移动与地表沉陷的内在联系,推动开采沉陷预计的发展。     

老采空区地表残余移动变形影响函数研究

为解决老采空区地表新建建(构)筑时的地基稳定性评价问题,填补规程空白,通过覆岩结构演变分析,提出地表残余移动变形的定义和2个阶段,指出第2阶段残余移动变形才可能对地表建(构)筑产生有害影响.发现垮落岩体压实特性自老采空区边界至中央具有明显的分区性:边界区空洞,老采空区中部垮落岩体空隙及其上部岩层裂隙.将这2组决定地表残余移动变形发生的老采空区及覆岩空间,分别转化为对应的等效开采厚度,采用概率积分原理构造出采动影响下地表残余移动变形静态影响函数,包括残余下沉、残余水平移动、残余倾斜变形、残余水平变形、残余曲率变形影响函数.应用这些影响函数进行计算表明,在老采空区两侧边界出现地表残余移动变形最大值,这与老采空区边界空洞较大、活化潜能大的机制分析结论一致;采用开尔文模型,分析老采空区及覆岩的蠕变特性,构造残余下沉坐标-时间函数,实现残余下沉的动态分析;通过实际观测数据和FLAC3D数值模拟2种方式验证,表明各影响函数可较好地描述地表残余移动变形规律.     

厚松散层重复开采地表移动变形特征比较与分析

根据某矿厚松散层、大采深、长工作面、机械化采煤条件下2个初采和1个重复开采工作面观测站实测资料,通过移动变形计算和规律分析,获取了基于概率积分法的地表移动变形预计参数,从地表移动持续时间、下沉状态、地表移动盆地特征、概率积分法参数等方面总结了重复开采与初采时地表移动变形规律的差异,为类似地质采矿条件下的重复开采地表移动变形规律分析提供参考。     

考虑底板岩层移动的急倾斜煤层开采沉陷预计

分析了急倾斜煤层开采岩层和地表移动特点,总结了急倾斜煤层开采地表下沉盆地的4种类型,并对这4种下沉盆地的形成原因进行揭示。给出了急倾斜煤层开采沉陷预计建模的4条原则,并针对该原则提出了一种基于概率积分法的急倾斜煤层开采沉陷预计模型,该模型能清楚地解释急倾斜煤层开采煤层顶底板岩层移动和地表下沉的相互关系。建立了预计方法的坐标系,分析了预计参数的物理意义,并给出了预计参数的变化规律。编制了基于本文方法的计算机程序,并利用矿区观测站实测数据对本方法进行了验证。实验结果表明,本文方法对于倾角大于70°的急倾斜煤层开采沉陷预计效果较好,能为矿区的环境保护,地表移动预警起到决策支持作用。     

顺层岩质斜坡开采沉陷预测模型研究

为有效预测地下采矿诱发山区顺层斜坡的沉陷变形,在分析概率积分法水平地表开采沉陷的基础上,以与岩层、矿体的倾角相同或者相近的顺层岩质坡体为研究对象,建立单元体开采和半无限开采情况下顺层岩质倾斜地表的开采下沉变形预测模型,并给出预测模型的解算过程及步骤。通过2个矿山开采沉陷实例,将预测模型的解算结果分别与现场实测数据、相似模拟试验观测数据进行对比分析,结果表明:预测结果与现场实测下沉量吻合良好,与相似模拟试验观测下沉曲线形状相似,最大下沉量基本一致,符合试验原型的实际情况,预测结果能够反映顺层倾斜地表开采沉陷的情况,预测模型具有较好的适用性。     

采矿引起地表点动态下沉的分形增长规律研究

 首次研究揭示了地表点动态下沉的分形增长规律。研究表明, 地表点动态下沉曲线具有统计分形特征, 符合大“z”型逐级镶嵌小“z”型的分形增长模式; 研究实现了地表点动态下沉曲线分形插值, 运用较少的实地下沉观测数据量, 在一定精度范围内求得任一时刻的地表点下沉值, 为地表点动态下沉和动态变形的认识和预测提供了新的途径, 同时, 通过地表动态下沉的分形增长规律来认识和揭示岩体内部移动和破坏的物理机制, 对开采沉陷的深入研究具有重要理论价值。     

软岩地层深部开采地表下沉分析

针对软岩地层深部地下大面积开采岩体移动变形预测问题，利用弹塑性力学理论建立了相应的预测分析理论模型。用所建立的弹性理论模型对某铁矿地表移动变形进行了计算分析，并将理论预测结果和实测资料进行了对比。文中用弹塑性有限元法分析了不同弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角等物理力学参数对地表下沉的影响；对软岩地层深部开采地表移动进行了计算分析。结果表明，弹性模量对地表下沉影响较大，而其他参数影响较小。结果表明，弹塑性力学方法适用于分析软岩地层大面积开挖岩体移动预测问题。     

基于倾角变化的最大下沉值计算方法

最大下沉值是度量层状矿体(如煤层)开采引起的地表移动变形程度的重要参量。地表最大下沉值与开采工作面几何要素相关，基于倾角变化的最大下沉值计算模型综合反映了这些因素的影响关系，在一定程度上从岩层移动机理揭示了开采沉陷的层面效应和尺寸效应，为建立不同级别倾角煤层开采沉陷的统一模型打下了基础。     

覆岩主关键层对地表下沉动态的影响研究

在对岩体内部移动与地表沉陷实测资料进行对比分析的基础上,采用物理和数值模拟方法,就覆岩主关键层对地表下沉动态过程的影响进行了研究。研究结果证明,覆岩主关键层对地表移动的动态过程起控制作用,覆岩主关键层的破断将引起地表下沉速度和地表下沉影响边界的明显增大和周期性变化。在此基础上,提出将控制覆岩主关键层不破断失稳作为建筑物下采煤设计原则的观点。     

官庄铁矿深埋破碎矿体开采岩体变形测试分析

 以大量实测资料为基础,分析官庄铁矿北区深埋破碎厚矿体开采引起的围岩变形和地表移动规律。实测结果表明,官庄铁矿北区地表下沉属于连续下沉,岩层破坏主要是缓慢型破坏。分析过程中,把几种实测分析方法和数值分析法有机结合在一起,形成岩体移动变形综合研究方法,对地下开采引起的岩体移动机制进行具体分析。分析中所采用的实测分析类方法包括蠕变试验分析、地表移动观测分析、围岩变形监测分析、原岩应力量测分析;数值分析类方法包括ANSYS和FLAC。结合官庄铁矿工程实例,通过具体测试分析,探讨深部开采岩体移动变形规律及特点,即深部开采覆岩移动变形具有均匀、整体压缩变形等特点,地表移动连续且周期较长。实践证明,所采用的综合研究方法是分析岩体移动和地表下沉机制的有效途径。     

Experimental research on strata movement characteristics of backfill–strip mining using similar material modeling

In consideration of the high filling costs and backfill material shortage at present, backfill–strip mining, which combines the advantages of strip mining and backfill mining, has gradually been adopted to control surface subsidence. In this study, similar material modeling is established to simulate strata movement characteristics of backfill–strip mining. The displacement and deformation values of this similar material modeling are precisely acquired through close-range photogrammetry and optical image methods, respectively. On this basis, structural and movement characteristics of the overlying strata are investigated in different stages to reveal the strata subsidence control mechanism of backfill–strip mining. The dynamic deformation characteristics of the overlying strata in mining are also explored. This study provides a scientific technical reference for safe mining engineering design and surface disaster protection for backfill–strip mining.

     

急倾斜煤层开采岩移基本规律的模型试验

针对新集三矿急倾斜煤层开采复杂的采矿地质条件，运用实验室相似模型试验方法，对西三采区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，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。所得结果对现场开采及地表沉陷治理具有一定的指导作用，对于同类地质和开采条件的矿区具有重要参考价值。     

离石矿区开采沉陷规律及开采沉陷治理研究

通过对矿区地质条件及地形地貌的综述,研究了矿区地表移动观测站布置、地表移动与变形动态分布特征以及地表移动规律,结果表明：该区地表沉陷规律基本符合山区地表移动规律。     

水平及缓倾斜煤层开采条件下离层值的计算

煤层开采诱发岩层与地表移动和变形所导致的地表沉陷对地表建筑物产生很大的影响和破坏。覆岩离层充填技术作为矿区开采沉陷控制的新方法，在我国一些矿区的应用实践证明，其控制效果和经济效益均很显著，但在减沉机理方面的研究还有待进一步深入，其中离层充填减缓地表沉陷技术在应用中的一个关键任务之一就是确定离层产生的位置及其大小，目前仍处于经验判定阶段，尚没有完善和准确的理论计算方法。根据薄板小挠度力学理论的基本思想，分析了采用薄板小挠度理论计算采动覆岩中离层产生位置及其大小的可行性及边界条件确定的合理性，探讨了水平及缓倾斜煤层开采条件下离层产生位置及离层值大小（薄板挠曲度）的理论确定方法，并给出了相应的计算公式。这些结果对于现场在应用离层充填技术减缓地表沉陷过程中确定离层产生的位置具有理论上的指导意义。     

大采高多断层工作面综放诱发地表沉陷观测及数值分析

 从现场监测出发,分析近年来的监测数据,获得王庄矿大采高工作面在高强度综放开采条件下的地表沉陷规律,通过打孔观察冒落带、裂隙带的分布规律,得到最大下沉高度。然后基于不连续变形数值分析方法建立地表沉陷模型,模拟和分析多条断层对工作面综放开采的影响规律,并获得最大下沉高度。模拟最大沉陷值约为4.5 m,要小于实测值4.9 m,可能的原因是数值模型中只考虑该区4条较大的断层,而实际该区还有很多小的断层和小构造,并且实际地质情况远远比数值模型要复杂。最后比较相似条件下有无断层的地表沉陷规律,获得有无断层影响下的覆岩破断规律及移动规律,并比较两者的异同。