黄土山区叠加工作面开采地表移动变形规律

以N1114和N1206工作面联合开采为研究对象,通过对地表观测站数据的处理、分析和对比,结果表明,N1114工作面先单采条件下,地表沉陷变形小,最大下沉为1 165 mm,联合采后,受重复采动影响,地表沉陷变形特别剧烈,最大水平变形为62 mm/m,最大下沉为7 155 mm。叠加工作面开采的地表倾斜、水平移动变形曲线和曲率等曲线分布极不均匀,曲线形态抖动性较大。     

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。     

井下采矿地表变形分析

为探究井下开采引起地表变形规律,以某矿采用嗣后充填开采为背景,FLAC3D建立矿山仿真模型,模拟开挖过程地表变形动态发展,确定地表变形等值线图。由数值模拟结果可知该矿地表有两个沉陷盆地,北部盆地沉陷最大值75mm,南侧盆地沉陷最大值25mm,以沉降值15mm为移动边界可知地表主要建筑物均位于移动边界之外,开采沉陷对周围企业和居民影响较小。     

开挖沉陷地表变形可视化计算分析系统研究

建立开采沉陷预计计算与分析的模型，实现实测多点数据拟合分析、一般条件下的地面变形计算、山区地面变形计算、条带开采引起的地表变形计算及采留宽计算的可视化系统计算分析。本计算系统主要是运用数据之间的软件流进行数据的转换和传递，计算出沿下沉盆地的走向与倾向主断面的移动和变形分布规律以及受开采影啊的地表任意点的移动和变形值，此系统的应用对资源与环境的评价具有实际意义。     

井工开采引起的走向水平移动规律与预计方法的研究

本文利用碎块体力学模型对开采沉陷中走向水平移动预计误差大的原因进行了探讨。通过对传统理论模型的修正,获得了新的走向水平移动规律和走向方向开采影响传播角一般不是９０°的结论。经与实测资料对比表明,新的水平移动计算方法具有计算精度高、运用方便等优点。     

地表动态移动变形预测函数研究

 在研究国内外开采沉陷动态分析时间函数的基础上,运用概率积分法对地下开采引起地表沉陷随时间和空间的变化规律进行研究,提出动态地表移动变形的坐标–时间函数。该函数不仅比克诺特(Knothe)时间函数W(t)增加了坐标变量x,而且,还增加岩移参数(q,r,v,?,?,t0),这些参数与概率积分法静态分析的参数相统一。研究分析起动时间t0随坐标x变化的关系式;用下沉坐标–时间函数W(x,t)与Knothe等多个典型时间函数相比较,不但克服Knothe等时间函数一阶导数、二阶导数的不完善性,能正确反映下沉、下沉速度、下沉加速度的变化规律,而且,对x求偏导数,获得动态倾斜、动态曲率、水平移动、水平变形等的坐标–时间函数。从而,建立半无限开采和有限开采条件地表移动变形动态分析的基本公式。在此基础上,结合课题进行实例验证。研究表明,常规的静态分析函数只是该地表移动变形的坐标–时间函数的一个特例;该坐标–时间函数能正确描述地表沉陷动态过程;多个既有岩移参数建立的各坐标时间函数不仅能充分反映地质采矿条件,而且可推广性强。     

程潮铁矿西区不同采矿水平下的岩体变形规律分析

 金属矿山不同采矿水平下的岩体变形规律分析,能为矿山地表移动沉陷范围的圈定及安全生产决策提供依据。以湖北鄂州程潮铁矿西区为例,依据近8 a监测所得的地表及深部岩体变形成果,对不同采矿水平下的岩体变形规律进行分析。结果表明：开采－290,－307.5和－325水平时,顶板岩体进入初始冒落阶段;开采－342.5水平时,顶板岩体进入了大量冒落阶段,其崩落是间断发生的;开采－358水平时,地面沉降漏斗均匀扩展,岩层移动表现出很强的连续性;开采－375水平时,围岩进入快速向外扩展阶段,边界线、移动线得到了较大的扩展,下盘沉降漏斗在2010年1月之后变为不均匀扩展,岩层移动出现了突变性;开采－395水平时,围岩进入扩展放缓阶段,边界线、移动线基本未向外扩展,下盘沉陷坑区域变形仍旧非常剧烈,没有减缓的趋势。     

厚表土层下采煤对地表及铁路桥的影响分析

以淮南某矿区为例,用有限元分析了厚表土层下煤矿开采引起的地表沉陷、地表倾斜、水平移动及孔隙水压的变化规律,总结了地表移动的基本特征和相关参数;同时分析了位于该矿首采区的铁路桥因地表变形产生的附加内力的变化,为采动区的建筑物保护提供了科学依据。     

特殊膏体材料充填对开采沉陷控制的数值分析

提高充填体接顶率和减小充填体压缩量是控制地表沉陷的关键因素。针对此因素,通过数值模拟详细比较了垮落开采和具有膨胀特性的膏体材料充填开采下地表及顶板的移动变形,并分析了不同方案下围岩的稳定性。结果表明,采空区未充填时,表征地表移动变形的各指标均超过建筑物I级破坏允许值,并且顶、底板出现严重的拉伸、剪切破坏。各充填方案中,随着膏体材料中膨润土含量的增加,充填对地表沉陷及顶、底板变形的控制效果呈现先增强后减弱的趋势。当膨润土与水泥质量之比为40%时,地表最大下沉值、倾斜值和水平变形值均最小,岩层移动和地表沉陷控制效果良好。     

Excel在采煤沉陷区地表变形监测资料分析中的应用

研究在Excel环境下使用VBA开发变形监测资料分析软件,并对某矿9000工作面变形监测资料进行了初步分析,得到了地表变形的下沉曲线、下沉速度曲线、倾斜曲线、水平移动曲线及地表下沉与开采关系图,在分析图形的基础上初步得到了9000工作面开采沉陷规律,最后总结了这种开发方式的优势和特点。     

基于D-InSAR技术的葛亭煤矿地面沉降监测研究

为了为矿区安全开采和塌陷区环境综合治理提供科学依据,利用精细的D-InSAR技术对7景ENVISAT ASAR影像进行处理,获得了2004～2005年和2008～2009年葛亭煤矿多期地面沉降分布图。然后将D-InSAR结果导入GIS中做后处理,叠加0.25m分辨率的数字正射影像图(DOM)和开采平面图等来分析地面沉降,并以剖面图、3D可视图等进行显示。通过多期结果的相互验证,并与水准资料进行了比较。结果表明,D-InSAR结果可以清楚可靠地给出矿区沉降区域分布和演化,并且获得的矿区沉降范围和位置与实际基本吻合,沉降幅度较小的区域在数量级上和水准资料一致,而最大沉降量出现偏差,这是由于高形变梯度引起了干涉图的完全失相关,超出了D-InSAR技术形变探测的能力范围。     

考虑层理方向效应煤岩巴西劈裂及单轴压缩试验研究

 针对淮南矿区B10煤层以水平层理为主,且层理性较强的特点,通过巴西劈裂及单轴压缩试验,研究煤岩在垂直和平行于层理面方向上的拉、压力学特性。研究结果表明：(1) 煤岩垂直和平行于层理面方向抗拉强度均具有明显的离散性,但前者离散程度更大;对比两者均值,前者显然小于后者,各向异性显著。(2) 宏观煤岩成分分布的随机性及其物理力学性质的差异是导致煤岩抗拉特性离散性的重要条件;而宏观煤岩成分的条带状分布特点,以及煤岩割理系统分布的方向性,则是决定煤岩力学特性各向异性的内在原因。(3) 煤岩垂直与平行于层理面方向单轴压缩轴向应力–应变曲线相比,前者峰前变形特征相似,力学性态稳定,峰后应力跌落迅速,脆性特征明显;后者则峰值前、后各曲线均变形各异,力学性态不稳定。煤样的轴向峰值应变均小于1%,变形特征属脆性破坏。(4) 垂直和平行于层理面方向单轴压缩煤样的断口破坏形态分别以剪切和劈裂破坏为主,且2个方向的单轴压缩强度及变形参数均具有明显差异,各向异性特征显著。(5) 煤岩垂直和平行于层理面方向单轴压缩特性均具有一定的离散性,但后者离散程度更大。(6) 煤岩单轴抗压强度远大于抗拉强度,垂直和平行于层理面方向单轴抗压强度分别为抗拉强度的40.1和14.7倍。     

大采高沿空留巷巷旁复合承载结构的稳定性分析

针对大采高沿空留巷的顶板运动特征,提出了巷旁复合承载结构的概念,通过力学分析,揭示了巷旁结构的稳定机理。研究表明：顶板压力由顶板、墙体和底板共同承担,从而形成“顶—墙—底”复合承载结构;区分不同阶段墙体强度与顶板运动的作用关系,认为初期强度应大于顶板载荷,后期应能适应顶板变形,使墙体强度与顶板运动保持动态协调;大采高时顶板向墙体施加更大的水平力,要确保墙体水平滑移因子小于接触面摩擦系数以实现抗滑自稳;墙体内侧应力不能高于顶底板强度,以免顶底板被切断,外侧应力不能高于墙体强度,以免墙体被压裂,降低墙宽和巷宽可减小墙体载荷,据此得出了墙体和巷道宽度的确定方法。结合4.2 m大采高沿空留巷案例给出了工程验证,采用膏体混凝土充填时,满足巷旁结构稳定条件的巷道宽度为3 m,墙体宽度为4 m,实测结果表明了结论的合理性。     

利用地震层曲率进行煤层小断层预测

 煤层中的小断层是诱发煤矿安全事故的重要因素之一,准确地预测小断层是当前煤矿安全的迫切需求。现有的地震解释方法适用于解释落差3 m以上的断层,因此对煤层中落差小于3 m的断层解释需要探索新的技术方法。地震层曲率是根据三维地震解释层位计算得到的曲率,反映解释层位上任一点的弯曲程度。地震层曲率的计算建立在解释层位网格化的基础上,通过构造曲面拟合方程系数来实现。煤层中落差小于3 m的小断层在常规地震剖面上表现为同相轴的微小变化、扭曲、振幅突然变弱等特征,这些微小的变化在地震层曲率属性上表现为线性构造,因此利用线性构造异常可进行小断层预测,异常的长度和方向分别代表着断层的延展长度和断层的走向。实例表明,利用地震层曲率进行煤层小断层预测,可以提高小断层的解释效率。     

某仿古建筑病害原因分析及应对措施

某居住性仿古建筑基础持力层为新近素填土,经机械分层碾压形成。因雨水侵入产生不均匀沉降和倾斜。条形基础断裂100多处,西院地下室南北向倾斜达7.06‰,西配房东西向最大倾斜达16.2‰,挡土墙倾斜8～10mm/2～3d,并在墙体中部、南部、北部分别出现1～2mm竖向通长裂缝;建筑处于危险状态中。通过坑式静压钢管桩终止住房部分的沉降并实施纠偏,通过自进式锚杆结合水平压力注浆实施松散素填土的固结增强及挡土墙加固。对地下室采取从底板附带上部建筑整体顶升方式纠偏,达到了结构无损坏、底板防水层未破损的效果。     

基于GPS与D-InSAR融合技术的矿区沉降监测

采用GPS与D-InSAR融合技术进行地面形变监测具有重要的研究意义。本文在较系统地分析GPS与D-In-SAR的技术特点与互补性以及矿区开采沉陷特点的基础上,探讨了GPS与D-InSAR技术融合的理论和方法,特别是利用GPS与InSAR数据融合建立大气延迟改正模型的方法和改善InSAR相位解缠算法。最后分析了利用GP...     

深部开采承压突水机制相似物理模型试验系统研制及应用

 研制的深部开采承压突水机制相似物理模型试验系统主要包括模型箱、水平侧压力加载装置、竖向压力加载装置、测量装置及数据自动记录设备。模型试件尺寸为1 600 mm×800 mm×200 mm(长×高×宽)。试验系统中,水平侧压力和竖向压力通过闭路伺服加载装置实现。最大水平侧压力设计为300 kN,最大水平位移为100 mm。不考虑流–固耦合效应时,试验系统最大竖向压力为300 kN;考虑流–固耦合效应时,最大水压力为1.0 MPa。测量装置包括用于观测裂缝发生、发展和破坏的体式显微镜,以及基于数字图像分析位移的先进测量设备。在模型箱中根据工程需要按照一定的相似比构建试验模型。该系统可实现深部采矿时复杂应力、水压力及采动影响等联合作用下岩体的受力、变形和破坏过程,以及水的渗流、突变等宏细观运移规律的模拟和测试,进而从理论上分析不同应力场、水压力以及采矿活动本身对采场安全的影响。显然,该装置为深部开采中的岩石力学问题以及矿山突水机制与防治的试验研究与测试工作提供了新的、具有重要作用的平台。     

Stability analysis of large-scale stope using stage subsequent filling mining method in Sijiaying iron mine

To improve mining production capacity, a stage subsequent filling mining(SSFM) method is employed for Sijiaying iron mine. The height of the stage stope is approximately 100 m. As there are farmlands and villages on the surface of the mine, the surface deformation should be controlled when the ore is mined out for the purpose of stope stability and minimizing surface subsidence. In this paper, according to the site-specificgeological conditions, the self-stability of the stagefi lling body was analyzed, and the failure mechanism of back filling body was defined. Thus the relationship between the exposed height of filling body and the required strength was obtained. Next, the stability of back filling body and the characteristics of surface subsidence due to mining of 450 m level were analyzed using physical modeling.Finally, a three-dimensional numerical model was established using FLAC3 D, with which the surface subsidence and the stability of stope were achieved. The results show that the stope basically remains stable during the two-step recovery process. The maximum magnitude of the incline is 10.99 mm/m, a little larger than the permissible value of 10 mm/m, and the horizontal deformation is 5.9 mm/m,approaching the critical value of 6.0 mm/m, suggesting that the mine design is feasible for safety mining.     

长江三峡链子崖危岩体防治工程效果研究

长江三峡链子崖危岩体防治工程于1995年5月开工,1999年8月竣工,历时51个月。至2004年底,工程效果监测已超过5a,且经受了2003年6月以来三峡水库139m蓄水位的检验。危岩体变形监测、地压监测和整体稳定性计算三方面结合可以作为评价工程治理效果的依据。地表和地下监测点总体变形速率由治理前水平速率接近2．0mm/a、垂直速率约1．5mm/a转为治理后水平速率小于1．0mm/a、垂直速率小于0．75mm/a,证明危岩体逐步稳定。施工过程中主要监测点水平速率为8．0～18．8mm/a,垂直速率为8．0～21．0mm/a,说明危岩体对施工扰动是敏感的。危岩体底部煤层采空区混凝土承重阻滑键体顶面的地压数据在2002年以后基本稳定,地压记录多数为2．0～10．0MPa,最大地压值为18．08MPa,最小地压值为-0．8MPa,证明危岩体以煤层采空区为底界的悬板偏压作用机制导致的应力集中区和负压区确实存在。2003年6月以后三峡水库蓄水至139m,淹没了煤层采空区治理工程,但整个危岩体变形速率无明显变化,地压监测记录的最大变化量小于0．01MPa。根据煤层采空区顶板与混凝土承重阻滑键体接触带现场原位大尺度(1m×1m)岩体力学试验求取的强度参数进行危岩体稳定性校核计算,得出链子崖防治工程达到正常荷载下稳定系数大于1．30(治理前为1．062),特殊荷载下大于1．15的设计目标。