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。     

基于概率积分法的开采沉陷预计分析

首先介绍了概率积分法计算地表移动变形的基本原理,其次运用VB语言编制了计算矩形工作面地表移动变形的预计程序,并结合鲍店泗河堤坝下采煤实例,预计了堤坝沉陷及变形量,并计算了堤坝回填土方量,以期为矿区开采奠定基础.     

温家沟矿采煤引起的地表沉陷预测

采用概率积分法对温家沟煤矿采煤引起的地表变形进行了预计,得出采后地表移动变形最大值。根据变形值分析了开采对地表建筑物和附属物的影响,为制定地表塌陷防治措施和生态恢复措施提供了依据。     

胶州湾隧道青岛接线端开挖区地表移动与变形

运用基于概率积分法的沉陷预计软件对隧道开挖区的地表移动与变形进行了详细研究,结果表明运用基于概率积分法的沉陷预计软件计算隧道开挖区地表移动与变形的方法是有效可行的,同时得出地表移动与变形沿隧道横向的一些分布特点及规律,以期为以后城市隧道工程的设计与施工提供指导。     

高速公路与下伏煤矿采空区相互作用规律探讨

从公路的采动响应特征、采空区的二次活化机制、不同工况条件下采空区地表移动与变形规律的有限元数值分析3个方面,探讨高速公路与下伏采空区相互作用问题。概化分析公路路线与采空区不同空间关系时,地表移动与变形的基本发展规律;总结不同开采方式形成采空区的特征、变形与破坏特征、二次活化机制及危害性评价方法;系统考虑公路、采空区、采矿特征、处治方式等各种影响因素,总结出不同工况组合情况下采空区剩余移动与变形的若干规律,涉及到不同采深、不同采厚、煤层倾斜、多层重复开采、临近采动、各煤层空间关系等各种复杂地质与采矿条件,以供矿区高速公路建设的规划、选线以及治理参考。     

基于地表移动矢量的概率积分法参数反演方法

为解决概率积分法参数反演时计算不稳定、初值依赖、优化指标难以选取、非矩形工作面,多工作面影响下难以反演的问题,提出采用地表空间移动矢量反演概率积分法参数的遗传算法模型。该模型采用地表移动矢量的误差平方和最小作为计算指标,以遗传算法作为参数优化的核心算法进行概率积分法参数反演。用空间移动矢量指标可以解决分别采用下沉、水平移动监测值反演结果不相同、精度难以估算的难题。矢量反演模型对观测站设置没有特别严格的要求,降低了设站不当引起的计算误差。为解决遗传算法多次计算结果不同的问题,建立了组合预测计算方法,依据中误差加权均值得到唯一的计算结果。基于矢量移动值的反演模型,避免了传统计算方法的多个缺陷,计算效率高、易于与已有开采沉陷预计程序结合,为解决非矩形、多工作面地表移动观测站参数反演的工程应用问题提供了新的解决思路和计算方法。     

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。     

井筒地表监测网建立及移动变形规律分析

为监测地下煤炭开采对某矿工业广场主井井筒造成的影响,建立了井筒地面监测系统,布设了由52个监测点和2个基准点组成的变形监测网。本文在介绍井筒监测网的布设方案、观测方法和各期观测成果质量评价结果的基础上,通过移动变形分析,以主井附近地表监测点的移动变形量为例,采用3DMS系统绘制井筒附近地表监测点移动变形过程图,结合地质采矿条件和监测时间,分析了主井附近地表受开采影响的移动变形规律。     

综放开采宽条带工作面地表移动观测研究

亭南煤矿应用宽条带开采方法开采了101、103、109、111、113等5个工作面,同时进行地表移动观测获取了相关数据,给出了亭南煤矿地质采矿条件下大采深极不充分条带开采应用于建筑物下开采的关键参数和地表移动变形基本规律,为亭南煤矿乃至彬长矿区今后建筑物下条带开采提供了参考依据。     

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。     

大采高沿空留巷围岩稳定性及形变规律分析

为了研究云驾岭矿深部大采高沿空留巷围岩稳定性及形变规律,采用理论分析、现场实测和实验室测试综合研究手段和方法,确定了试验工作面巷旁充填体支护阻力和留巷参数,构建了能够反映沿空巷道受初次采动围岩形变规律的回归函数模型,对比分析了一次和二次开采扰动下围岩的应力应变状态,探究了充填体上方顶板岩层的应力传递规律。结果表明,采用弹塑性力学模型得出的巷旁充填体的临界支护阻力和充填体宽度分别为4.1MN/m和2.47 m,经实验室测试和工业性试验,能够保持高水材料充填体的稳定。受初次采动影响,沿空巷道围岩位移量与工作面至测站点距离之间符合Slogistic增长函数模型,求解了巷道顶板、底板和下帮的最大变形量、变形量最大时工作面的位置以及达到最大变形时工作面推过观测站的时间。对于沿空巷道,工作面超前支承压力波及范围至工作面煤壁前方约34 m,留巷顶板3.8 m以浅的采动裂隙可能会导致顶锚杆锚固失稳甚至失效,充填体切顶阻力的“波动性”能够反映顶板岩层的分层垮落特征。     

回采工作面多巷布置留巷围岩变形特征与支护技术

 以晋城矿区回采工作面多巷布置留巷为工程背景,基于大量实测数据,分析留巷围岩变形与破坏的特征及机制。采用数值模拟软件FLAC3D研究巷道布置方式、煤柱尺寸、回采工作面宽度等参数对留巷围岩变形与破坏的影响,分析留巷及采煤工作面周围的应力分布。在此基础上,提出适合留巷特点的巷道支护形式与参数。在井下进行支护试验,监测留巷从掘进到报废全过程的围岩位移与支护体受力,评价支护效果。研究结果表明：留巷在受到本工作面超前支承压力作用后,围岩位移虽有增加,但变化不大;在本工作面后方一定距离围岩位移急剧增加,并在50～200 m范围内位移速度达到最大值,之后逐步趋于稳定;当留巷受到下一个工作面超前支承压力作用后,围岩位移再次显著增加。留巷围岩变形与巷道布置方式、煤柱尺寸及回采工作面参数密切相关。高预应力强力锚杆与锚索支护、全锚索支护是比较适合留巷的支护方式,能够大幅度减少围岩位移,保持巷道长期稳定。最后分析存在的问题,并提出改进意见。     

迎上下采空孤岛面沿空掘巷围岩变形破坏特征

为了研究分析上下煤层两侧都采空而形成的孤岛面沿空掘巷和煤层开采时围岩应力分布及变形破坏特征,应用理论分析、计算机数值模拟与具体工程实践相结合的研究方法,分析了上下煤层两侧采空情况下,下孤岛工作面迎上孤岛面沿空掘巷期间及煤层开采过程中,采场围岩应力分布、变形破坏规律。结果表明:该情况下孤岛工作面围岩结构特征因受多次开采影响,其整体性和联动性都有所降低,采场围岩应力分布特征有所不同,且煤柱宽度尺寸对巷道受力变形有较大影响。掘巷期间轨道巷煤柱帮的变形量大于实体煤帮变形量,顶板下沉量大于底鼓量;回采期间顶板运移特点决定了两巷围岩主要呈现拉剪破坏,随着工作面的推进,采动影响阶段和影响剧烈阶段范围逐渐增大,巷道断面收缩率随着距工作面距离的减小而增大。对于孤岛面开采沿空巷道的特殊围岩条件,应遵循“强顶、固帮、控底的全断面围岩控制技术思路,对上下隅角附近巷道加强支护,提高围岩自身强度,为类似条件孤岛面巷道维护及安全开采提供理论技术保障。     

松散层厚度对采动地表移动和变形的影响

以霍州辛置煤矿2204工作面为背景，通过相似模拟实验，讨论在采深、采深采厚比相同且较大的情况下松散层厚度对采动地表的移动和变形的影响，对矿区土地的利用及基础设施的建设具有重要的现实意义。     

浅埋综放L工作面开采方法及其矿压实测研究

 根据路天煤矿16#煤层的具体条件,提出并成功实践L形巷道布置的开采方法。通过现场实测分析,研究L工作面浅埋综放开采时顶煤和顶板的垮落特征、支架的工作阻力、地表塌陷规律及填埋碾压技术等,分析L工作面顶板破裂扩展及分块垮落顺序,建立浅埋综放开采的拱–台阶岩梁组合力学模型,揭示浅埋综放的覆岩移动规律及破煤机制,并给出维护顶板稳定的支架阻力计算公式。研究结果表明：(1) L工作面开采方法是一种高效、安全、高回收率的采煤方法,采露头煤或者露天转井工开采时可以借鉴;(2) 在合适的煤层条件下,浅埋深放顶煤开采在技术上是可行的;(3) 周期来压步距随覆盖层厚度的增加呈增大的趋势;(4) 工作面中部周期来压显现明显;(5) 地表变形垮落可分为4个阶段,填埋碾压应分2个阶段进行;(6) 为提高端面顶板和煤壁的稳定性,应提高支架初撑力。研究结果对类似条件下的开采方法及矿压规律研究具有积极的指导意义。     

深部厚硬顶板综放开采覆岩运移三维物理模拟试验研究

为分析深部厚硬顶板破断对厚煤层安全开采的影响,根据胡家河矿402102工作面工程地质和开采条件,构建了大型真三维相似物理模拟试验(3500 mm×3000 mm×2000 mm),开展了留煤柱双工作面开采的试验研究。利用光栅位移连续监测装置对采动覆岩位移进行实时监测,获得了厚硬顶板条件下厚煤层开采覆岩破断运移规律和"三带"动态演化特征。研究结果表明:厚硬关键层变形破断时,软弱岩层会发生协同运动,位移监测点位移量发生突增,监测点位移曲线随工作面推进呈"台阶式"变化。在一侧临空条件下,402102工作面亚关键层1(粉砂岩)初次破断步距为43 m,周期破断步距为21 m;亚关键层2(含砾粗砂岩)初次破断步距为74 m,周期破断步距为51 m;亚关键层3(中砂岩)初次破断步距为171 m。当亚关键层2发生周期性破断和亚关键层3发生初次破断时,采空区位移监测点位移量均发生增幅,覆岩发生大范围整体性运动,矿压显现较为剧烈;受402103采空区采动覆岩结构的影响,在402102工作面回采时,其回风巷侧覆岩运移较为剧烈,巷道受动压影响较大。根据位移监测点的位移量和覆岩变形碎胀因子max(Ki)的大小,对采动覆岩"三带"发育形态进行了初步判别,亚关键层1(粉砂岩)和亚关键层2(含砾粗砂岩)均处于冒落带中,且随着工作面推进,冒落带和裂隙带高度呈"台阶式"增大。     

The influence of an abandoned goaf on surface subsidence in an adjacent working coal face: a prediction method

Historical global coal resource exploitation has resulted in goaf abandonment at most mines, which, during the life of the mine, exerts a strong influence on the ability to exploit new working faces adjacent to any abandoned goaf. Thus, the distribution law of the surface subsidence basin above the new working face differs from the general law. Given the lack of research on this distribution law, this study uses a similar material simulation method to examine the influencing mechanism(s) of abandoned goafs on the subsidence basin in the same coal seam. Synthetic aperture radar (SAR) monitoring results of the 9310 working face in the Nan Tun coal mine, Yanzhou, China, are used to verify analytical results, followed by numerical simulation to study the influence of the abandoned goaf on the subsidence basin. Finally, to accurately predict surface subsidence influenced by the abandoned goaf, inflection point deviations are selected and discussed in terms of the probability integral method. This allows for prediction of the distribution of the surface subsidence basin, and moreover, the predicted results are found to be consistent with the SAR monitoring results when the derivation of inflection points is revised.     

短壁开采覆岩关键层黏弹性分析与应用

根据短壁开采条件下保护煤柱的布设特点，建立由保护煤柱支承的关键层力学分析模型。针对不同采场设计参数进行关键层受力及变形的弹性和黏弹性分析，得到弹性介质关键层下沉量的理论计算式，及黏弹性介质关键层变形随时间变化的表达式。评价不同采场参数对关键层随时间变形的影响，给出理想的建筑物下短壁开采设计参数范围，为“三下”开采设计和长期地表沉陷预计提供理论依据。     

深厚煤层开采底板变形特征的光纤监测研究

煤层工作面采动会引起采场底板应力场重新分布,发生煤岩体的变形与破坏,准确掌握其时空发育特征对底板突水预测具有十分重要的意义。为了探究大埋深特厚煤层开采底板岩层裂隙场的发育规律,依托准格尔煤田某矿开采工作面,采用井孔光纤应变测试技术开展室内岩石压裂测试并实施底板监测,获得了大采高底板下不同深度岩层随工作面推进的应变变化曲线及特征。结果表明:光纤监测技术可有效捕捉深部煤炭开采底板岩层破坏特征,特别反映出在垂向分布上通过应变与岩层对应关系可得到底板裂隙场发育具有一定的分层性,其分布主要受地层结构影响,并且破坏优先发生于软弱岩层和软、硬岩层交界面附近。且通过1#、2#钻孔应变特征综合分析61101工作面受采动影响底板最大裂隙发育深度为21.5 m。