黄土覆岩浅埋深大采高矿区沉陷数值模拟

为了研究黄土矿区浅埋深、大采高煤层在长壁开采条件下地表沉陷规律,以陕北榆林大柳塔煤矿某工作面为研究对象,在理论分析的基础上,运用UDEC4.0数值模拟软件进行地表沉陷规律研究,模拟结果与实测值相差较小并得出了下沉系数、主要影响角、地表沉陷盆地范围、地面倾斜及曲率等参数的大小,进而揭示大柳塔煤矿2-2煤层覆岩变形和地表沉陷规律。     

大采深综放开采覆岩移动规律离散元数值模拟研究

为研究大采深综放开采条件下地表移动变形过程中上覆岩层的演化机理,在分析陈家沟煤矿八采区8512,8513综放工作面地表移动观测数据的基础上,确定了覆岩关键层特征参数及其控制作用,并应用3DEC离散元数值模拟软件,模拟同等开采条件下,多工作面开采后覆岩移动变形特征。通过方差与回归分析法分析模拟数据与实测数据的置信度为0.95,保证了模拟参数的科学性与合理性。模拟结果表明:工作面宽深比为0.24时,关键层2以下的岩层均断裂破坏,关键层2起着控制覆岩沉陷的作用,关键层2以上岩层在移动过程中还会出现离层结构,到达地表的沉陷量小于关键层2的挠曲量;工作面宽深比为0.48时,关键层2底部破断、结构失稳,会产生下沉突变;工作面宽深比为0.72时,关键层2完全破断,但由于关键层2上覆厚泥岩的作用,抑制导水裂缝带的发育,发育高度基本趋于稳定,高度为196 m,裂采比为16.3;工作面宽深比为0.96时,覆岩关键层2与其下伏岩层之间的离层闭合,关键层2的铰接结构范围在横向扩展的同时也伴随着整体下沉,关键层2下伏岩层破断后持续密实到一定程度之后,就不再继续下沉,只是随着开采范围扩大,下沉盆地横向发育,此时地表基本达到充分采动状态。此成果能够为该矿"三下开采"评价提供理论依据,为后期开采提供科学性指导,为大采深综放开采条件下地表移动变形规律提供理论参考。     

浅埋深综放开采下地表沉陷实测规律研究

为揭示浅埋综放开采条件下地表沉陷规律和为工业广场建(构)筑物附近工作面安全开采提供依据,在阳湾沟煤矿6204工作面上方设置地表移动观测站进行观测研究。结果表明:浅埋综放开采条件下地表沉陷规律总体符合一般沉陷规律,但地表移动变形主要集中在采空区上方,且伴随永久裂缝;工作面推进过程中,地表移动和变形总体上是连续渐变的,但在地表下沉某个过程存在突变现象,下沉增加很快;地表移动活跃期下沉量集中,占全部下沉量的94%。     

离层注浆开采关键层变形特征及地表沉陷控制效应

为研究覆岩离层注浆开采条件下关键层变形特征及地表沉陷控制效应，准确预计地表移动变形值，对离层注浆开采关键层变形进行了力学分析，将关键层下方离层注浆充填体和煤岩体的组合视为弹性地基，并将之划分为压实区、欠压实区和实体煤区3种不同的区段，基于弹性地基梁理论，给出了关键层挠度方程和弹性地基系数计算方法；采用“两步法”,通过分层模拟的方式开展了离层注浆开采关键层变形与地表沉陷数值模拟，研究了不同工作面宽度条件下离层发育和关键层破断特征，以及不同注采比条件下地表移动变形特征；借鉴等价采高理论，将离层注浆开采条件下关键层弯曲下沉空间等效视为开采空间，结合概率积分法，建立了适用于离层注浆开采的地表沉陷预计模型。以淮北矿区袁店二矿7221离层注浆开采工作面为例进行了验证，结果表明：该地质条件下，离层注浆开采工作面宽度宜设计在90～120 m;采用提出的预计模型和方法能够对离层注浆开采条件下的地表沉陷进行有效预计，预计值与实测值平均误差9 mm,在允许误差范围内；离层注浆开采地表沉陷控制效果显著，减沉率约83%。     

高强度综放开采地表沉陷规律实测研究

为了为泗河堤坝加固提供实测数据,鲍店煤矿专门在堤坝下1312高强度（推进速度大、回采率高、宽深比大）综放工作面上方进行了20次地表沉陷观测.通过对观测资料的分析研究,获得了该区条件下高强度综放工作面开采时的地表移动变形规律、各种角值参数和预计参数.与普通综放面的观测成果对比发现：高强度综放面开采后地表下沉值和变形值更大;地表主要变形值更加集中、下沉盆地更陡;地表下沉过程非常剧烈,最大下沉速度高达375 mm/d.     

我国浅埋煤层快速开采下地表沉陷规律研究现状与展望

基于浅埋深和工作面快速开采相结合导致地表沉陷规律的特殊性,从我国浅埋煤层开采条件下地表移动规律、地表沉陷预计方法及地表沉陷控制等方面进行了现状概述,结合我国"三下"采煤规程和已有矿山开采沉陷理论与实践,指出浅埋地表沉陷规律研究现有成果存在的不足和局限性。给出以后可从工作面开采速度对地表沉陷规律、地表移动参数等影响,基于开采速度尺度下地表沉陷动、静态全过程统一预测模型,通过引入"地表移动与变形速度"新指标来进行建(构)筑物损坏评价,以及考虑从优化工作面开采速度方面来减轻采动损坏等4方面开展浅埋深快速开采条件下地表沉陷规律的研究和应用工作。     

山区地貌下浅埋煤层工作面开采覆岩运动及地表沉陷规律研究

为了提高山区地貌下浅埋煤层工作面开采的安全性,减少山体滑坡等地质灾害的发生,以纳雍县普洒煤矿11101工作面为工程背景,应用数值模拟和物理模拟的方法,研究山区浅埋煤层综采工作面覆岩运动及地表沉陷规律。结果表明:(1)工作面直接顶初次垮落步距为30m,基本顶初次来压步距约为50m,基本顶周期来压步距平均约为20m;(2)工作面推进至50m左右时,工作面开采影响波及到地表;(3)基本顶下沉量最大为2.13m,地表下沉值最大为1.45m,地表水平移动值最大为0.27m。山区地貌下浅埋煤层工作面开采显现出独特的沉陷形式,地表沉陷曲线呈现U型,工作面距地表越远,岩层弯曲变形幅度越大,工作面距地表越近,对地表的影响程度越大,研究成果可为类似工作面安全开采提供借鉴。     

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。     

大埋深煤层开采地表最大下沉值计算方法

为研究大埋深煤层开采的地表沉陷规律,基于关键层理论和弹性薄板小挠度弯曲理论,建立了大埋深煤层开采地表最大下沉值的力学计算模型,提出了一种计算地表最大下沉值的方法,认为大埋深煤层开采覆岩、地表沉陷特性与浅部开采有所差异,其地表最大下沉值应为弯曲下沉带下部岩层(即覆岩主关键层以下岩层)的最大挠度值与其下部垮落带、裂隙带的压缩沉降值之和。工程实例计算结果表明:该方法的计算结果与实测值相近,对于预计大埋深煤层开采引起的地表最大下沉值有一定的参考价值。     

陕北风积沙区超长工作面地表移动变形特征研究

为研究风沙地貌超长工作面开采地表移动变形影响，对陕北柠条塔矿S12002工作面进行长期、系统的地表变形监测，研究结果表明：陕北风积沙区超长工作面地表变形具有下沉响应快、边界下沉收敛迅速、地表下沉呈非连续性震荡波动、地表开切眼处损伤严重等特点，其中最大下沉系数0.59,最大下沉量2442.4 mm,最大水平移动值832.3 mm,最大下沉速度354 mm/d,活跃期下沉量占总下沉量96%,该地区具有明显的高强度开采损害特征；下沉系数与工作面地质采矿条件参数存在一定相关性，研究成果丰富了西部风积沙区超长工作面地表变形特征研究数据。     

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。     

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．     

基于FLAC3D的浅埋厚煤层综放开采覆岩破坏规律研究

针对神东矿区在浅埋厚煤层地质条件下高强度开采引起覆岩破坏、地表沉降进而影响工作面安全回采等问题,以神东矿区布尔台煤矿42108工作面为工程背景,通过FLAC^3D软件建立工作面三维地质模型,模拟浅埋厚煤层综放开采条件下的围岩及地表破坏场、围岩位移场分布特征及地表形变数据。通过对比观测站在回采过程中实测的地表沉降数据,分析该区覆岩运移破坏规律,结果表明：工作面回采后上覆岩层的破坏形态总体为“马鞍型”,在工作面巷道两侧和开切眼处的破坏高度最大,而在工作面采空区上覆岩层破坏深度相对较小;采空区上方地表以剪切破坏为主,工作面和开切眼上部附近区域以拉伸破坏和剪切破坏为主,初采位置沉降时间久、位移量较大,停采位置位移量较小;停采后地表实测最大下沉值达到了5 706 mm,相应位置的数值模拟地表最大下沉值为5 498 mm,两者结果基本相符。     

基于颗粒流的浅埋双煤层斜交开采地表裂缝发育特征

陕北浅埋煤层开采引起地面塌陷严重影响了矿区生态环境,与浅埋单煤层开采相比,浅埋双煤层开采所导致的覆岩破坏、裂缝发育更为复杂。以柠条塔煤矿N1206和N1114典型工作面为研究对象,采用颗粒流方法对浅埋双煤层斜交开采的过程及其所致地表裂缝发育特征进行了模拟研究。研究结果表明：浅埋双煤层斜交开采煤柱所在区域的上行和下行裂隙密集发育;各工作面采毕地表下沉曲线呈现宽缓的“W”型;1~2煤采毕与2~2煤采毕裂缝发育速率比值为1:3～1:2,地表最大下沉量比值为1:7;开切眼及终采线位置附近裂缝密集且会导通至地表;地表最大下沉量位于工作面开切眼位置附近,地表最大水平正向位移位于工作面开切眼位置附近,左侧工作面采毕最大负向位移位于工作面终采线位置,右侧工作面采毕最大负向位移位于1~2煤右侧工作面靠近终采线位置。研究结果可为浅埋双煤层开采的相关研究与工程实践提供理论参考与实际借鉴。     

基于颗粒流的浅埋双煤层斜交开采地表裂缝发育特征

陕北浅埋煤层开采引起地面塌陷严重影响了矿区生态环境,与浅埋单煤层开采相比,浅埋双煤层开采所导致的覆岩破坏、裂缝发育更为复杂。以柠条塔煤矿N1206和N1114典型工作面为研究对象,采用颗粒流方法对浅埋双煤层斜交开采的过程及其所致地表裂缝发育特征进行了模拟研究。研究结果表明：浅埋双煤层斜交开采煤柱所在区域的上行和下行裂隙密集发育;各工作面采毕地表下沉曲线呈现宽缓的“W”型;1-2煤采毕与2-2煤采毕裂缝发育速率比值为13～12,地表最大下沉量比值为17;开切眼及终采线位置附近裂缝密集且会导通至地表;地表最大下沉量位于工作面开切眼位置附近,地表最大水平正向位移位于工作面开切眼位置附近,左侧工作面采毕最大负向位移位于工作面终采线位置,右侧工作面采毕最大负向位移位于1-2煤右侧工作面靠近终采线位置。研究结果可为浅埋双煤层开采的相关研究与工程实践提供理论参考与实际借鉴。     

布尔台矿采空区下开采的地表移动规律初探

为研究采空区下浅埋厚煤层综放开采对地表影响,对布尔台42105工作面开采进行地表移动观测,得出了该区条件下综放开采的地表移动规律。结果表明,采空区下工作面回采引起的地表下沉变形有如下特点:随着工作面的推进,地表下沉启动后下沉速度快,达到最大下沉值需要时间短,而后趋于稳定;地表移动和变形值较大,并进一步实测和计算得出地表最大下沉值2740mm、边界角57.45°、超前影响距249m、超前影响角60.4°和最大下沉速度滞后角76°。运用概率积分法分析得出42105工作面地表沉降模型相应参数,为预测相似条件下地表沉降和相应控制措施提供了范例。     

大柳塔煤矿多煤层开采覆岩变形破坏模拟研究

针对大柳塔煤矿远距离多煤层开采冒裂带发育及采动影响问题,通过相似模拟和数值模拟计算,系统研究了2个主采煤层开采过程中覆岩垮落、裂隙发育及地表沉陷规律。研究结果表明：浅部2-2煤覆岩主关键层破断后,顶板基岩会发生直达地表的整体切落现象,5-2煤一次采全高长壁开采冒裂带连通上部采空区,形成工作面涌水的导水通道;重复采动岩层与地表移动和变形值增大,非连续性破坏增加;采空区上覆岩体依据主应力分布可划分为双向拉应力区、拉压应力区和压应力区3个区,主应力状态对采动裂隙的形成、发育起着控制作用;采动影响与工作面几何参数密切相关,地表沉陷随着工作面斜长或采厚的降低而减小。研究成果对大柳塔及类似条件下的煤矿安全开采与设计有指导意义。     

高强度综放开采地表沉陷规律实测研究

为了为泗河堤坝加固提供实测数据,鲍店煤矿专门在堤坝下1312高强度(推进速度大、回采率高、宽深比大)综放工作面上方进行了20次地表沉陷观测.通过对观测资料的分析研究,获得了该区条件下高强度综放工作面开采时的地表移动变形规律、各种角值参数和预计参数.与普通综放面的观测成果对比发现:高强度综放面开采后地表下沉值和变形值更大;地表主要变形值更加集中、下沉盆地更陡;地表下沉过程非常剧烈,最大下沉速度高达375 mm/d.     

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.     

条带气化开采覆岩移动与地表沉陷实测分析

为了获得华亭原安口煤矿工广煤柱地下气化极不充分开采条件下地表沉陷规律,在国内首次建立了条带地下气化工作面覆岩移动与地表沉陷观测站。通过地表测点和浅基点岩移钻孔磁环动态下沉过程分析表明,下沉曲线呈"下沉-上升-下沉-上升-下沉"五阶段阶梯式波动下沉规律,条带气化工作面极不充分开采地表移动和变形具有明显的非线性和非连续性。通过不同磁环动态下沉过程分析,确定了岩层离层区位置。通过地下气化炉燃空区物探分析得出燃空区间投影面呈中间宽、两头较窄的似椭圆形。计算了下沉盆地倾向主断面边界角、最大下沉角和地表最大移动变形参数(imax=1.385 mm/m,εmax=0.516 mm/m,Kmax=0.275 mm/m2),得出了下沉盆地并没有达到危险移动边界,条带地下气化开采没有产生明显下沉盆地,在观测期内没有对地表建筑物造成危害的结论。