地表最大下沉的确定

地表的水平变形和垂直变形,都是做为最大下沉函数来计算的η_(max)=q_omcosαN_1N_2 (1) 式中η_(max)—最大下沉,米; q_o—在水平埋藏和充分采动条件下,由实地观测确定的相对最大下沉值(也叫下沉系数); m—采出厚度,米; α—煤层倾角,度;     

地表最大下沉值的计算

生产矿井中往往不同采区的地表下沉和变形不同,因此如何正确计算地表最大下沉值,是确定安全和合理开采参数的重要依据。采动地表移动稳定后的最大下沉值W_(max),是一个重要的移动参数,它是预计铁路和建筑物下采煤时变形值的函数。     

与地表实测变形相符的采矿影响预计

在西德煤田中,水平矿层的开采对地表的影响,主要是应用埃尔哈尔特和佐埃尔的方法进行预计的。该方法基于这样的假设:在岩体内部存在某一定尺寸的地表点P相关的圆形采区,并称之为“充分采动面积”。被限定在“充分采动面积”上方直到P点的岩体内部均出现最大下沉。这一产生最大下沉的岩体为一个直圆锥,按经验公式所确定的边界角Υ,为充分采动面积平面与圆锥侧面之间所夹的角度。应用下式既可求得旋转体的体积,亦可求得取决于开采深度h的充分采动面积的半径R: R=h·cot Υ具有该边界角的圆锥体有无数个水平面,每个水平面均可视为一个充分采动面积,该面积的全部开采会引起P点最大下     

不同采、留煤柱宽对地表移动规律的影响分析

为了确定不同采、留煤柱宽度对地表移动的影响,文中结合数值模型建立了不同采宽(煤柱尺寸一定),不同煤柱尺寸(采宽一定),不同采区长度、宽度的分析模型,分析可知,随着开采宽度的增大,地表的最大下沉、地表水平移动及下沉系数均呈指数关系增加;随着留设煤柱宽度的增大,地表的最大下沉、地表水平移动及下沉系数均呈乘幂关系减少;随着采出率增大,地表最大下沉值、水平移动值和下沉系数均呈指数关系增大。     

基于概率积分法的煤矿“三下”开采沉陷预计

结合周源山煤矿24采区上覆岩层实际情况,依据概率积分法原理,采用开采沉陷预计系统,得到了周源山煤矿24采区在同采一、四煤的情况下,地表以及地表重点保护建筑物(焦化厂、矸石发电厂和张家珑水库等)的最大下沉值、最大曲率、最大水平移动、最大水平变形、最大倾斜值和地表各建筑物的损伤等级,提出了相应的建筑防护措施。     

重复采动对地表沉陷分布影响研究

为研究重复采动对地表的影响,以南屯煤矿七采区地表移动观测结果为研究背景,揭示重复采动条件下地表沉陷的特征。结果表明：重复采动改变了下沉的分布特征;停采时间短的采空区比停采时间长的采空区对下沉分布影响更为显著,停采时间短采空区侧下沉值、下沉范围、下沉速度均偏大;受多次重复采动影响,地表点对采动响应更为迅速,表现为地表移动仅有活跃期和衰退期。     

东部煤粮复合区采煤沉陷地边采边复时机

东部高潜水位煤粮复合区采煤沉陷导致连片耕地积水，加剧了区内煤炭保供和粮食生产之间的矛盾。为了协调耕地保护与地下采煤的关系，采用边采边复技术，可以实现地面复垦技术与井下采煤技术的耦合，在高潜水位矿区可显著提高复垦率。复垦时机的选择是边采边复的关键，直接决定复垦工程的成败。梳理了影响边采边复时机选择的自然因素和人为因素，提出了2种边采边复时机类型：(1)采动地表临界积水下的理论复垦时机；(2)采动地表浅积水(积水深度0～3 m)下的实际复垦时机。以单一煤层开采为例，研究了采动地表积水与地下开采的时空关系，提出了采动地表临界积水启动距及积水边界角，揭示了工作面推进速度与理论复垦时机的时空关系。提出以采动地表临界积水下沉值为约束的井下减沉的耕地源头保护措施，构建了采区尺度下的跳采全采工作面临界宽度模型和浅积水下的实际复垦时机模型。案例研究表明：以顾桥煤矿北一采区临界积水下沉值1.00 m为约束，所优化的跳采全采工作面宽度可将复垦时机延迟到全采阶段，即推迟复垦时间和延长耕地使用寿命12.5 a。模拟了龙固煤矿不同采动积水深度下的复垦耕地面积变化，构建了复垦时机与复垦率之间的定量模型，以此预测了不...     

喀斯特山区重复采动下地表沉陷预测研究

为保护矿区地表生态环境,提高喀斯特山区重复采动下地表沉陷变形的预测精度,首先理论分析了煤层采出后上覆岩层运移碎胀特征以及地表滑移机理,确定煤层采动引起山区地表移动变形的影响因素;在原有平地重复采动地表最大下沉值预测模型的基础上,考虑地表滑移对地表最大下沉值的叠加影响,构建了山区重复采动下地表最大下沉值预测模型,并结合数值模拟的方法,研究不同地面坡度下煤层采动对地表沉陷变形的影响;最后分别利用平地、山区重复采动下地表最大下沉值预测模型对采空区地表沉陷变形进行概率积分法预测,将预测结果与实测值进行对比分析.研究结果表明:基于山区重复采动下地表最大下沉值预测模型对采空区地表下沉值的预测精度较原有预测模型提高了1.4个百分点,水平移动值的测精度提高了4.3个百点分,表明山区重复采动下地表最大下沉值预测模型具有实用性,可为类似矿区的地表沉陷研究提供参考.     

地表和岩层变形预计的理论方法（上）

许多文献阐述了关于地下开采层状矿层所导致的岩层变形机理.当破坏力矩M_(max)为M_(max)>W_x·R_g (1)时,则矿物采出后其采空区上部顶板状态如图1所示.式中M_(max)岩体中各岩层的最大破坏力矩为     

厚黄土层下采动地表沉陷规律研究

为研究辛置煤矿厚黄土层下采动地表沉陷规律,采用现场实测、理论分析和UDEC~(2D)离散元数值模拟相结合的方法,分析了地表沉陷的基本特征,构建了基于坐标变换的倾向地表下沉和水平移动拟合函数模型,确定了地表沉陷的角量参数和预计参数,论证了数值模拟力学参数的可靠性,并进一步讨论了地质采矿条件对地表下沉率和最大下沉角的影响。研究表明:①该矿前期条带开采地表下沉量很小,间隔煤柱回收后地表沉陷量显著增大,实测地表最大下沉量为1 537 mm,最大下沉角为79°,下沉系数为0.74;②采动程度与地表下沉率服从Boltzmann函数关系,与最大下沉角服从负指数函数关系;③黄基比与地表下沉率和最大下沉角的关系可用双指数函数进行表达。     

矿区开采地表下沉率及采动程度关系的研究

本文提出地表下沉率与采动程度的关系是非连续型变化。在采动程度较小时有一突变点，突变点之前呈弯曲型下沉，突变点之后呈断裂型下沉，在厚冲积层下采煤时，应用采区尺寸与基岩厚度之比值作为衡量采动程度的标准。     

山地下煤层开采地表移动变形规律分析

针对山地下煤层开采地表下沉测量预测困难的问题,采用数值模拟、理论分析和现场实测方法,对山地下煤层开采地表移动机理、移动变形特征进行研究。研究表明:1)山地煤层开采地表岩层极易受坡度因素影响,稳定性变差出现沿坡面下滑现象,地表位移增加滑移分量;2)山地地表下沉曲线有明显相关性,随山地坡度增大,开采后地表下沉量增大、下沉曲线斜率增大,地表坡度出现变化时,下沉曲线同时出现拐点;3)持续开采后地表受采动影响范围增大,地表出现水平位移的正负值交替,正值位于山坡顶部,分布范围相对较小,负值位于山体及谷底,分布范围较大。     

地表移动和断裂受控于岩体结构

山体下多工作面(包括3个采7m厚的放顶面)开采时,地表并非按常规移向采区中央,也不垂直等高线向山下滑移,而是沿岩体结构面移向山下采动源;当最大下沉是2m时,整个上覆山体也沿结构面向山下移动2m多;水平移动常远大于下沉量;没有一个点的移动只在主断面内进行,因此这里不存在主断面。地表裂缝没有平行开采边界的,它们只遵循两个方向——本区共轭断裂方向;放顶面的地表断裂最具破坏性,它是地构物下开采的-大地质灾害,因而断裂预测已上升为地面井下构筑物开采的首要问题。本文对此做了较深入细致的研究,得出了一些有益的结论。     

厚松散层下采煤地表沉陷特征研究

为掌握地表沉陷的一般变形规律,需研究厚松散层下采煤地表沉陷终态变形特征和地表沉陷动态变形特征,对云驾岭矿三采区开展了系统的地表沉陷监测,分析研究了地表沉陷终态移动变形特征及角量参数求取,地表下沉速度,地表下沉速度滞后和地表移动延续时间。研究结果表明:地表沉陷范围广,充分采动角为:走向左70°、走向右61°、走向边界角57°、下山边界角81°、走向移动角67°,下沉速度快,下沉活跃阶段仅为15 d,占整个地表移动时间的6%,最大下沉速度滞后距分别为146 m和143 m,衰退阶段下沉量小,但周期较长,上述结果验证了厚松散层下重复采动时,地表下沉与采动程度呈正比,活跃期的下沉周期短,衰退阶段周期长等特征。     

巨厚松散层下综采工作面地表沉陷规律及其采厚效应

为了研究巨厚松散层开采条件下地表移动变形规律,文中根据彭庄煤矿地表移动观测站实测资料,分析了非充分采动条件下的地表移动变形情况,并借助于FLAC3D数值模拟软件,探讨了巨厚松散层开采条件下地表移动变形规律的采厚效应。研究结果表明:在非充分采动条件下,地表最大下沉值为609 mm,最大水平移动值为220 mm,超前影响角为57.17°,最大下沉速度为11 mm/d,最大下沉速度滞后角为75.62°;煤层开采厚度是影响地表移动变形的重要因素,随着开采厚度的增加,地表最大下沉值及水平移动值呈线性增大的趋势,并借助MATLAB数学软件回归分析拟合得到开采厚度与最大下沉值、下沉系数及水平移动值的函数表达式。     

云驾岭矿厚煤层综采地表沉陷时空演化规律研究

为了研究云驾岭煤矿厚煤层综采地表沉陷的时空演化规律,基于现场实测数据,分析了矿井三采区开采监测数据的时空相关性以及地表动态沉陷和超前影响的演化规律,得出了地表移动的延续时间,构建了顾及三维空间及时间效应的地表任意点最大下沉速度表达式,并给出了达到最大下沉速度的时间。建立了利用采动程度系数、覆岩岩性系数、采深等多因子来表达云驾岭煤矿非充分采动地表移动延续时间的经验公式。结果表明:井下采出空间由极不充分开采过渡到非充分开采,地表下沉量显著增加;超前影响距平均值为388 m,超前影响角平均值为56°;12303和12305工作面开采地表最大下沉速度滞后距平均值分别为146 m和143 m,最大下沉速度滞后角平均值分别为76°和77°;基于正态分布时间函数能够计算地表任意点的最大下沉速度;理论值和实测值对比结果表明,采用包括采动程度系数、开采深度和覆岩岩性系数等多因子来表达地表移动的延续时间更符合工程实际。     

基于岩层移动理论的急倾斜煤层采后地表移动变形规律研究

为了探究急倾斜煤层开采对地表沉陷的影响,以及进一步保护地表构(建)筑物,采用理论分析和数值模拟计算方法对急倾斜煤层开采后地表沉陷规律进行了系统研究。利用新修正后的概率积分法进行开采区域二重积分,得到了急倾斜煤层采空区上方地表沉陷的理论计算公式,对急倾斜煤层倾角及埋深对地表沉陷影响进行了分析,同时通过FLAC软件对急倾斜煤层上覆岩层的运移规律进行了数值模拟分析。结果表明:(1)对于急倾斜煤层,当倾角相对较小时,地表最大沉降量较大,且地表下沉曲线呈现非对称特性,随着煤层倾角增大,地表最大下沉量逐渐减小,下沉曲线由非对称性逐渐向对称性转化,当倾角为90°时,下沉曲线完全对称。(2)当急倾斜煤层采深较小时,地表最大沉降值较大,但影响范围较小。随着煤层采深增大,地表沉降值逐渐减小,但影响范围增大。     

陕北黄土沟壑地貌地表移动变形特征研究

为研究黄河流域中游陕北矿区湿陷型黄土沟壑地貌高强度开采地表移动变形特征,对柠条塔矿黄土沟壑区N1212工作面开展系统的地表沉陷监测,分析黄土沟壑地貌高强度开采条件下地表沉陷变形特征,确定地表最大下沉速度及最大下沉速度滞后角,地表移动时间和动态地表移动参数。研究结果表明：陕北湿陷型黄土层高强度煤炭开采地表非连续变形破坏严重,黄土地表易受移动变形与地形条件复合影响,出现不均匀沉降,高强度开采条件下,地表移动变形发育剧烈,地表最大下沉量5 255 mm,最大水平移动值2 680 mm,最大下沉速度为187.4 mm/d,单一煤层开采最大下沉系数为0.63,斜交重复采动最大下沉系数为0.84,活跃期约55 d,期间下沉量占总下沉量97%,最大下沉速度滞后距为74 m,最大下沉速度滞后角67°。上述结果验证了浅埋煤层高强度开采时,地表下沉剧烈、活动周期短、重复采动时,地表下沉量与地质采矿因素成正比,沟谷地形高强度开采地表变形具有速度快、塌陷大、损害重的特征。     

补连塔矿复杂条件下大采高开采地表沉陷实测

为研究补连塔矿浅埋深近距离煤层不同条件下(长壁采空区、煤柱区和旺采区下),大采高支架一次采全高工作面开采的地表移动规律,采用建立地表移动观测站对补连塔煤矿32301工作面地表沉陷进行了实测分析,结果表明:补连塔矿32301大采高支架一次采全高工作面开采引起的长壁采空区、煤柱区地表移动特征分区明显;长壁采空区的最大下沉速度比煤柱区大,最大下沉速度滞后距比煤柱区小.长壁采空区和煤柱区的下沉系数分别为0.78和0.51;长壁采空区的最大下沉速度为490 mm/d,最大下沉速度滞后距为61 m;煤柱区的最大下沉速度为234 mm/d,最大下沉速度滞后距为80 m.     

松软砂岩下开采地表移动变形规律研究

新疆沙吉海煤矿上覆岩层以砂岩类为主,属软弱岩层.为了研究其地表移动变形规律,获取岩移参数,在该地区某矿首采工作面布置地表移动观测站.实测数据表明,在该工作面的开采、地质条件下,工作面倾向方向未能达到充分采动,最大下沉1945 mm,最大水平移动784 mm.地表变形集中在采区上方,移动角明显比边界角小.