强采动大断面煤层巷道破坏特征及协同控制技术

为了解决强采动大断面煤层巷道围岩控制难题,以王庄煤矿9107工作面回采巷道为研究对象,采用现场调查、理论分析和数值计算方法,对回风顺槽变形破坏特征和矿压显现规律分析,揭示强采动大断面煤层巷道围岩失稳机理,提出回采巷道顶板锚杆-锚索、巷帮强力锚杆的协同支护机理和方式,提出优化支护方式、参数,得到回采巷道围岩控制技术.工程实践表明:采用锚杆-锚索耦合支护结构,有效地解决了大断面破碎回采巷道的控制问题.     

开采沉陷倾向主断面动态预计模型与算法

针对开采沉陷动态预计精度较低及对倾向主断面动态预计研究较少的问题,为了提高预计精度和动态预计的针对性,加强动态预计成果在矿区生产和采空区土地利用中的指导作用,基于概率积分静态预计模型,采用"优化分段Knothe时间函数",对地表倾向主断面动态沉降变形的预计方法进行了研究,主要包括:(1)讨论了倾向主断面动态开采单元的划分方法;(2)基于概率积分法和有限开采倾向等影响原理,推导了各动态单元的参数计算公式;(3)结合各单元时间函数值,根据叠加原理,建立了适应于水平和缓倾斜煤层的倾向主断面动态预计模型;(4)根据所建模型讨论了动态预计时的计算流程,设计了对应的计算机编程算法,分析了需要注意的难点问题,最后,根据模型和算法编制了动态预计程序,并将其应用到预计实践中。预计实践1表明:无论从上山或下山的任何方向开始开采,预计得到的地表动态移动变形规律都与理论揭示的移动过程相符合;并且,当给定的预计时间足够长,倾向主断面动态下沉预计结果与静态预计结果相一致,进而从理论上揭示了模型和算法的科学性,实现了开采沉陷动静态预计的一体化;预计实践2表明:通过将29401工作面的动态预计结果与实测结果的对比分析...     

基于优化时间函数的走向主断面动态预计模型与算法

针对现有开采沉陷动态预计精度较低的问题,为了提高预计精度,使动态预计成果能够真正在指导矿区生产及采空区土地利用中发挥重要作用,笔者提出以静态预计概率积分模型为基础,采用优化后的分段Knothe时间函数,构建了走向主断面动态沉陷预计理论模型并设计了相应的计算机编程算法,该模型时间函数各参数意义明确,求取方便,不需借助其他监测数据。具体包括:研究确定了在任意给定的预计时刻各动态开采单元时间函数值的计算方法;结合各单元时间函数值,推导了不同开采速度下地表动态移动变形计算公式;给出了时间函数及地表移动的计算步骤和编程算法。采用笔者提出的模型及算法编制了预计程序,并将其应用到预计实践中。结果表明:当给定的预计时间足够长,动态下沉预计与静态预计结果相一致,并且在拐点偏移距处所对应的倾斜值达到了理论最大值,这与理论揭示完全吻合,这表明,采用该模型同样可以进行地表移动稳定后的静态预计,由于算法的差异,相比而言则需要花费更多的时间,但实现了动静态预计一体化的计算设想;另外,通过对官地煤矿29401工作面开采进行动态预计,并抽样对比、统计预计结果和实测数据,得出其走向主断面上点的动态预计相对精度在6%以内...     

基于优化时间函数的采动地表任意点沉陷动态预计

针对常用Knothe时间函数在动态预计中理论研究方面存在不足及在地表下沉初始阶段预计精度较低等问题,为了能够全面地了解矿区地表沉陷动态发展变化过程,掌握地表各重要点位的动态变形规律,提高动态预计精度和动态预计的针对性,发挥动态预计在指导矿山工程实践中的应有作用,基于概率积分模型,采用优化分段Knothe时间函数,构建了可预测地表任意点动态沉降变形的计算模型,并开发了计算程序,所建模型各参数意义明确,求取方便,同时,矿区地表监测点即使布设在非主断面上,也可根据实测数据利用模型反算概率积分参数。实例1表明:在考虑拐点偏移距的情况下,预测的地表下沉盆地两拐点的下沉值基本等于盆地最大下沉量的1/2,与理论揭示完全吻合;通过对不同时刻地表点的下沉和倾斜进行动态预计,清楚地说明了地表下沉盆地和倾斜变形的动态发展过程;另外,通过倾斜三维图及其二维等值线图的变化过程可知,下沉盆地平底部分的倾斜值尽管最终为0,但也是经历了从小到大、再从大到小、最后趋于0的剧烈变化过程,如果只进行稳定后的静态预计则反映不了这一动态过程;实例2表明:通过对比分析1176东工作面各采动期的地表监测点实测与动态预计结果,并抽样...     

厚松散层煤层开采地表动态移动变形特征研究

为控制地表沉陷保护地表建筑物,以赵固一矿11011工作面的地表移动变形的实测数据为基础,分析研究了厚松散层条件开采下,地表下沉曲线的动态变化、地表最大下沉速度、地表移动变形持续时间及最大下沉速度滞后情况。结果表明:由于上覆厚松散层土体结构松散、几乎无承载能力,地表下沉量变化较大,地表下沉速度较大,最大值为24.5 mm/d、下沉剧烈且地表下沉的范围增加较明显,在充分采动的情况下,预计其地表下沉系数大于1。在地表移动持续时间中,活跃阶段约占总时间的53.4%,而下沉量占总下沉量的91.3%,因厚松散层土体固结的原因引起的衰退阶段虽然下沉量小但持续时间较长;工作面最大下沉速度滞后距为182 m。上述结果表明厚松散层地区煤层开采,地表呈现受采动影响敏感、下沉速度大、下沉剧烈、下沉系数大和地表移动衰退时间长等特征。     

采动地表沉陷全过程预计方法与存在问题分析

精确、可靠的开采沉陷预计结果既是井下工作面优化设计、采动损害程度评价的重要依据,也是土地复垦、生态重建设计和老采空区地表再利用稳定性评价的基础。随着实践认识的提高,开采沉陷的研究热点也逐渐从传统的移动稳定的终态预计转向采动地表移动变形的动态预计;当连续6个月累计下沉不超过30 mm时,则认为传统的采动地表移动已经停止,但随着冒落破碎岩石的压实压密导致的缓慢残余下沉仍将持续,且残余下沉的预计也逐渐引起了研究者的重视。基于采动地表移动规律,将采动地表沉陷移动全过程划分为2个阶段：第1个阶段是包括初始期、活跃期和衰退期的地表动态移动变形期;第2个阶段为衰退期结束后的残余下沉期。针对第1个阶段,分析了现有预计方法的优缺点,提出了基于时间函数与概率积分法结合的开采沉陷动态过程预计方法和时空基准,明确指出了只考虑时间而不考虑开采过程进行动态预计、对比验证的错误,强调了终态预计只是动态预计的一个特例,且该动态预计只适用于滞后下沉而不适用于残余下沉的预计。针对第2个阶段,顾及冒落破碎岩石压实压密引起的残余下沉量小,基于衰退期下沉与残余下沉的连续性、残余下沉线性衰减性,给出了给定地质采矿条件下地表残余下...     

矿区地表沉陷实测影响参数分析及非主断面监测反演模型比对验证

为了研究地表移动盆地内非主断面方向下沉规律,提高非主断面实测数据在预计参数反演中的应用,以唐山矿T₃292工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场实测相结合的方法,基于概率积分法提出了一种非主断面实测数据处理方法,运用FLAC^3D模拟研究了非主断面位置参数(截距与斜率)对最大下沉值、主要影响半径的影响规律,并根据现场实测数据求取预计参数。研究结果表明:非主断面最大下沉值与主要影响半径均与测线位置参数有关,测线截距由660 m减小至0 m时,最大下沉值由97 mm增加至114 mm,增大了17.4%;测线斜率由1减小至0时,主要影响半径r_k由400 m增加至586 m,增大了46.5%;对T₃292工作面非主断面实测数据进行处理得到主要影响半径r₀近似值为558 m,与主断面实测结果误差为7%,非主断面实测数据处理方法可用于井下工作面开采地表沉陷预计参数分析。     

基于采动充分性的地表动态下沉预计方法

井工开采及其对地表附属物的影响是一个动态过程,目前常用的采动影响预测多为静态结果,难以准确评价受护对象的影响程度,科学预测采动影响范围及程度对指导工程设计与受护对象防护具有重要的实际意义。在分析国内外动态预计方法的基础上,将现有动态预计方法依据其建立方法和思路分为时间函数法、速度函数法和下沉折减法3类,分析了这些方法的优势和局限性。分析了随开采充分性变化地表下沉速度的分布特征,通过对4个工作面近水平开采条件下地表移动的长时间观测与理论分析,提出了开采过程中地表最大下沉速度的计算公式,避免了因观测时间间隔差异引起测得地表下沉速度不准确的问题,分别建立了起动距、超前影响距、最大下沉速度滞后距与工作面推进速度的动态关系;提出了走向主断面包含开采充分性的地表下沉速度的分布函数和走向主断面动态下沉预计方法。采用建立的动态下沉预计方法,对神东补连塔矿地质开采条件下地表动态下沉进行了预计分析,并与主断面实测下沉数据进行了对比验证,结果表明,当工作面推进速度变化不大时,所用方法平均相对误差为2.1%,具有较好的预测精度;建立的动态下沉预计方法弥补了以往研究成果对开采初始阶段研究的不足,比建立在充分采动...     

皖北矿区开采地表沉陷动静态参数及条带开采应用研究

研究分析了皖北矿区煤矿开采地表沉陷动静态参数、预测参数与地质采矿条件之间的系列关系;进行了条带开采技术试验和应用研究,获得了厚冲积层、单一煤层条带开采地表移动及预测参数变化规律。     

采动地表动态下沉的时间函数模型研究

煤矿开采引起的地表变形是一个复杂的时间与空间过程。当设计开采方案与保护地面建筑物时需全面掌握地表下沉动态过程。虽然以往提出了大量的地表下沉时间函数模型,但每个模型均有其适用范围,因地制宜地建立地表下沉时间函数模型尤为重要。为了准确预测7226工作面开采地表下沉的动态过程,分析了Knothe时间函数模型的适用性。基于实测地表动态下沉特征,提出了一种新的Knothe-n时间函数,结果表明,Knothe-n时间函数能够准确预测地表动态下沉,且具有较广的应用范围。     

重复采动地表移动变形规律分析

淮南矿区某矿 11123 工作面位于高潜水位矿区,因重复采动影响地表形成了大面积沉陷水域,给地表移动变形观测站的建立造成较大困难,并且地表移动变形较初采工作面复杂。综合分析了 11123 工作面地表水文环境和地质采矿条件,建立了重复采动条件下工作面地表移动变形观测站。通过全面观测建立了观测站与矿区的相对控制网系统,准确获取了观测站控制点的高程和平面坐标,为后期进行日常观测提供了精准的点位三维信息平差基准。根据日常观测中每一期观测站数据计算了 11123 工作面观测站 3 号倾向观测线的倾斜变形和曲率变形,从而根据两种变形曲线的特征点获取不同时期的拐点位置。并对日常观测中发现的地表采动裂缝进行了 3 个阶段的实测,采用钢尺量距法测量裂缝长度和宽度,通过改进前人采用的石灰浆作为追踪剂,采用石灰喷雾作为追踪剂开挖实测裂缝深度。利用拐点位置动态移动规律验证了地表实际调查裂缝的动态发育规律。研究表明：采用石灰喷雾作为追踪剂实测裂缝深度,可以防止开挖中石灰浆发生渗透造成测量误差大的问题;根据 3 号倾向观测线拐点从最初位于 MS59 点附近逐渐转移到 MS56 点,可知 MS56~MS59 点之间的拉伸变形区逐渐变为压缩变形区,位于先拉伸后压缩变形区间的裂缝也呈现出由产生到发育再到闭合的动态演变过程。     

基于无人机影像的采动地表裂缝特征研究

地下采煤引起的地表裂缝是开采沉陷破坏的直观表现,对建筑物和土地造成严重损害,精准地获取采动地表裂缝发育特征对于开采沉陷研究和矿区地面保护具有实际意义。目前采集沉陷区裂缝信息的主要方式是实地人工测量或卫星遥感影像解译,在成本效率和时空分辨率方面存在明显局限性。以榆神矿区某矿综放工作面地表为试验区域,利用低空无人机摄影测量系统通过设定合理的航拍参数,获取采煤沉陷区数字正射影像,分别采用Canny算法、支持矢量机(SVM)以及最大似然法(MLM)对影像中的裂缝进行特征提取,并定义裂缝提取率来评价裂缝图像的提取效果。结果表明,Canny算法提取的非裂缝信息较多,支持矢量机算法效果次之,最大似然法在裂缝长度和宽度信息提取上效果较好,但得到的裂缝图像中仍存在大量的干枯植被信息。为此,利用随机森林(RF)算法对影像进行植被分类和腐蚀操作后,制作成掩膜文件以消除植被影响,再采用最大似然法进行地表裂缝的精提取。根据地表裂缝图像的灰度特征,将试验区采动裂缝分为开裂式台阶裂缝、闭合式台阶裂缝、凹陷式裂缝、条纹式裂缝、裂纹式裂缝、凹陷式闭合台阶裂缝,并将图像提取的地表裂缝信息与实测结果进行对比,验证了低空无人...     

营盘壕煤矿首采面地表移动特征实测研究

为掌握营盘壕煤矿首采工作面高强度开采条件下的地表移动变形特征,根据该矿2201工作面大采深、巨厚弱胶结覆岩以及地表由风积沙所覆盖的特征,在该工作面地表建立了地表移动观测站。通过历时15个月共11次地表移动观测,获取了工作面地表移动变形的实测资料。根据对实测数据的处理分析,得到了首采面地表移动变形角量参数和概率积分法预计参数,并进一步分析了该地质采矿条件下地表下沉速度的变化特征。研究表明:①在营盘壕煤矿的地质采矿条件下,首采面推进过程中地表点移动变形值始终较小,且地表下沉过程中未出现过活跃期;②当首采工作面推进至1 634 m时,非充分开采的地表下沉率仅为0.171,主要影响角正切为1.13,开采影响传播角为89.5°,拐点偏移系数为0.08;③该工作面的倾向非充分开采及其上方的巨厚弱胶结砂岩层的控制作用是地表移动变形值与下沉率较小的主要原因。研究结果对于巨厚弱胶结覆岩深部开采条件下的地表移动变形控制与建(构)筑物保护具有一定的参考价值。     

特厚顶煤大断面强采动煤巷围岩变形机理及支护对策

以酸刺沟煤矿6上特厚煤层大采高综放回采巷道支护为工程背景,基于井下地质力学实测结果,采用数值模拟方法,对比分析了酸刺沟煤矿6上煤层不同煤柱宽度和不同巷道断面尺寸下煤岩体的受力、变形及破坏特征。研究结果表明:6上煤层顶板结构较为单一,以粗砂岩为主,不同位置强度不同,大多在40~80MPa之间,巷帮煤体平均抗压强度为19.80MPa,所测测站中最大水平主应力为7.94MPa,总体处于较低的应力水平;煤柱宽度由15m增加到20m时,巷道变形减小最为显著;煤柱宽度由25m增大到30m时,巷道变形减小趋势变得不明显;巷道掘进与工作面回采阶段巷道围岩应力随宽度增加的变化趋势相同,随着巷道宽度的增加,巷帮垂直应力呈线性增加,巷道顶板的水平应力呈线性减小。基于上述结论,对酸刺沟煤矿6上煤层1109胶运巷进行了支护设计与井下试验,工作面回采后巷道断面收缩率小于15%,实现了特厚顶煤大断面强采动围岩变形的有效控制。     

采动影响下饱和松散土体运移演化过程及力学参数研究

针对常村煤矿桥梁及铁路下采煤引起地表大幅度沉陷的问题,利用土力学理论分析了采动区土体移动变形特征,通过对该矿局部地区土体力学试验结果进行归一化处理,分析了土体力学参数变化规律,得到了土体干密度扰动变化率与土体力学参数扰动变化率关系、土体力学参数扰动变化率与扰动率关系曲线。     

高等级公路采动破坏特征及治理措施

针对开采沉陷引起的高等级公路不同程度破坏的现状,分析了开采沉陷5个变形指标对高等级公路的影响,得出了高等级公路采动破坏特征。在此基础上,考虑到高等级公路采动变形发展的时空过程,根据不同开采时期的高等级采动破坏程度,提出了不同开采时期高等级公路治理措施和保护对策。     

采动动态地裂缝发育特征监测装置的设计与应用

针对西部风沙区高强度开采动态地裂缝发育特征监测难点以及现有技术存在的问题,开发了一套采动地裂缝发育周期的监测装置,文章详细阐述了装置的组成、使用方法以及数据的处理方法。该装置在补连塔12406工作面进行动态地裂缝监测,监测结果表明,高强度开采动态地裂缝扩展的程度和时间相对较小,在垂直方向上无显著落差,在水平方向上的相对位移呈现两个时长近似"开裂—闭合"的发育周期,地裂缝的发育特征与过程进一步验证了高强度快速开采地表移动变形的特点。     

准南煤田大泉湖火区地表温度反演及时空变化特征

本文采用2013~2016年每年11月份Landsat8影像数据,运用辐射传输方程(大气校正法)反演准南煤田大泉湖火区地表温度,分析该火区温度场时空变化特征。通过研究得到以下结论:在时间尺度上,研究区最高温度、平均温度和温度阈值变化趋势基本一致,最高值都出现在2016年;研究区温度异常区面积则大体上呈U型变化,2013年、2015年温度异常区面积较大;在空间尺度上,温度异常区呈东西走向不连续分布,研究期间温度异常区位置基本不变,温度异常区面积有所变化。     

采动条件下工作面卸压瓦斯运移特征及综合治理技术研究

为对5912综采工作面采动影响下覆岩及底板煤岩体中卸压瓦斯的运移特征及瓦斯治理技术进行研究,通过Fluent软件建立5912工作面采空区数值模型研究采动影响下覆岩及底板煤岩体中卸压瓦斯的运移特征,提出采空区埋管、高位钻孔及顺层钻孔抽采相结合的瓦斯抽采综合治理方式。结果表明:在采取了合理的综合治理措施后,上隅角瓦斯浓度降低至0.5%,回风顺槽侧瓦斯浓度降低至0.3%,采掘空间瓦斯浓度显著降低,很好的解决了矿井瓦斯频繁超限、瓦斯积聚的问题,保证了工作面安全回采。