深部极不充分采动条件下地表移动特征观测分析

为了提高深部条带开采的生产效率,更好地保护地表形态及建筑物,利用鹤煤九矿深部25采区开掘一个工作面后的观测数据,分析总结出深部极不充分开采条件下地表移动特征的主要结论如下:地表下沉值很小,而全采情况下的最大下沉值是极不充分采动条件下近10倍;地表移动影响范围和全采情况下相差不大,地表下沉盆地十分平缓;地表下沉盆地的拐点一般偏向煤柱一侧,而不是采空区一侧,地表水平压缩变形的范围将延伸到采空区的外侧;时间影响因素表现在地表移动活跃期不存在(下沉速度不大于50mm/月)、地表移动期推迟、不存在超前影响角等。该基本规律适用于类似地质条件下的深部开采矿井,对以后进行深部"三下"压煤开采设计具有指导作用。     

浅埋厚煤层综放开采地表移动规律实测研究

为研究浅埋厚煤层综放开采条件下的地表移动规律,在万利矿区某综放工作面上方建立了地表移动观测站进行观测,通过分析地表移动变形实测数据,得出了该区条件下综放开采的地表移动规律。结果表明：工作面采深小、开采范围大,地表移动和变形值较大,其地表移动盆地的分布特征基本符合概率积分法模型,其综合下沉系数为0．78,主要影响角正切为2．8,拐点偏移距系数为0．14。     

大采深条带开采地表移动和变形的预计

条带开采是进行建筑物下采煤时限制地表变形的措施之一,深部开采地表移动和变形规律与一般地质采矿条件下的地表移动规律相比发生了较大改变.以极不充分务带开采地表沉陷理论为基础,以林南仓矿实测资料为依据,对开采区域-650水平深部条带开采进行了预计,预计下沉的最大偏差为68mm,预计下沉中误差为39mm,远远小于经验公式预计下沉的最大偏差319mm和预计下沉中误差217mm.表明基于极不充分开采的地表沉陷预计理论改善了预计精度,对于研究深部条带开采地表移动和变形的规律,解放建筑物下压煤,实现煤炭资源的可持续发展具有重要意义.     

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。     

厚松散层大采深下采煤地表移动规律研究

为研究淮南矿区巨厚松散层大采深下采煤地表移动规律,对松散层厚400 m、采深500 m的某矿11118工作面地表沉陷实测数据进行了分析,得出了厚松散层大采深下采煤地表移动静态、动态规律和地表移动参数.结果表明:淮南矿区厚松散层大采深下采煤地表下沉曲线具有走向、倾向的双向对称特征;走向边界角、上、下山边界角很小且三者相等为35°;地表移动盆地边界收敛缓慢,出现长距离缓慢下沉带,建筑物受损轻微;采空区上方地表下沉集中且地表移动变形值大,建筑物损坏严重;同等开采条件下,厚松散层下单工作面采煤地表采动程度较一般开采条件下高,易接近或达到充分采动状态.     

赵固矿区厚松散层下开采地表移动特征实测研究

为了掌握赵固矿区厚松散层条件下地表移动特征,以相邻的赵固一矿和赵固二矿地表移动观测站实测数据为基础,通过数据拟合方法,得到厚松散层下开采地表概论积分法参数;总结分析了厚松散层下开采地表移动特征,以及造成上述特有规律的地质原因和开采技术原因;以实测和拟合数据得出了赵固矿区走向地表移动各角量参数。研究表明:由于采动后地表含水层失水固结,造成采动附加下沉,导致下沉系数较大,主要影响角正切值偏小,且覆岩中松散层厚度占比越大,其下沉系数越大;煤层顶板基岩较薄,顶板悬臂效应大大减小,另外在采动压力作用下应力拱轴线位置土体固结压缩,造成拐点偏移距减小或者为负值,地表下沉盆地边缘收敛过慢;由于覆岩中松散层厚度占比较大,造成赵固一矿地表移动各角量参数均小于赵固二矿参数。     

极不充分条带开采对地表变形控制的效果分析

为减少地下开采引起的地表变形,有效保护地表建(构)筑物和生态环境,以具有大采深、厚煤层、厚松散层、超软上覆岩层的特殊地质条件的林南仓煤矿为例,对比分析了地表变形控制技术方法,针对覆岩离层注浆等技术难以实施的问题,展开了基于极不充分采动理论的地表变形控制方法研究。极不充分采动程度是指上覆控制岩层破断之前的开采具有引起地表下沉量较小的特征,首先分析了极不充分开采技术的适用条件,即采深大于500 m;然后构建了多个相对独立的极不充分条带工作面,在地表形成了统一、连续的下沉盆地,且在盆地平底区域,相邻工作面引起的正倾斜和负倾斜、压缩变形和拉伸变形相互抵消一部分,从而达到减弱地表变形的效果。在该矿东二小采区开展了现场实践,布设了多个极不充分条带开采工作面。研究表明:该技术能有效控制地表变形,地表下沉率仅为0.17,损害等级控制在Ⅰ级之内,对地表建(构)筑物和生态环境起到了良好的保护作用,对于类似地质条件下矿井安全生产具有一定的参考价值。     

深部条带开采地表移动特征观测分析

利用某矿深部25采区开掘一个宽条带后的观测数据,分析总结出深部条带开采地表移动特征的主要结论:地表下沉值很小,而全采情况下的最大下沉值则是条带开采条件下近10倍大;地表移动的影响范围和全采情况下相差不大,地表下沉盆地十分平缓;地表下沉盆地的拐点一般偏向煤柱一侧,而不是采空区一侧,地表水平压缩变形的范围将延伸到采空区的外侧;时间影响因素表现在地表移动活跃期不存在(下沉速度不大于50 mm/月)、地表移动期推迟、不存在超前影响角等.     

大埋深煤层群上行开采地表沉降规律的实验研究

以河东煤田南部某深部开采煤矿为研究对象,利用室内相似模拟实验的方法,对大埋深条件下的上位煤开采引起的地表二次沉降规律做了研究。在下位煤采动结束压实稳定后,对上位煤进行开采。由于煤层群整体埋藏较深,二次开采后,上覆岩层的变形移动较大,在采空区上方接近地表处出现了离层,模型2个边界处产生较大的倾斜裂隙,地表有明显的二次下沉,表现为完整的下沉盆地。     

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。     

采动条件下矿区铁路及站场变形预计系统研究

针对铁路下的煤层被采出后,采空区上方的岩层和地表移动导致的铁道线路及其他建筑物移位的问题,提出了厚煤层条件下放顶煤开采区的矿区铁道线路及站场道岔群的沉陷预计系统,掌握铁道移动与变形特点及动态变化规律,从而提出合理的线路维护措施尤其是铁路站场道岔群变形的治理技术,可保障铁路运输生产的正常进行及行车安全.     

煤层开采地表移动过程的FLAC3D模拟研究

为减少现场布置大量测点来观测煤层开采地表移动全过程,采用FLAC3D软件模拟分析了煤层地下开采引起的地表移动过程,认为采用沿煤层走向方向每开挖2 m长度计算50步的方式可实现煤层的走向长壁开采,并对某一煤层进行了模拟开采,在模型的上表面经过开采中心点沿走向和倾向剖面线上共布置了36个下沉量和位移速度测点;得出主断面最大下沉量为94 mm,各监测点下沉量及位移速度与计算步数之间的关系曲线符合改进的地表移动Knothe时间函数曲线。     

我国采煤沉陷地土壤质量研究进展

煤炭开采引起地表沉陷,使地表变形、坡度加大,土壤侵蚀加重,对土地资源造成了严重破坏,导致土壤质量下降。基于此,分析了采煤沉陷对土地破坏的特征,对有关采煤沉陷地土壤质量变化研究成果进行了综述,包括土壤物理性质变化、化学性质变化以及生物性质变化的研究,总结了其变化规律;探讨了采煤沉陷地土壤质量研究中的不足。最后综合目前研究的进展以及存在的问题,提出了今后采煤沉陷地土壤质量研究的重点和方向。     

厚煤层综放开采地表下沉速度观测研究

为了取得厚煤层综放开采地表下沉速度等参数,通过建立地表移动观测站,对厚煤层综放开采引起的地表沉陷情况进行了观测,分析了厚煤层综放开采条件下地表下沉特征,得出了地表下沉系数为0.91;起动距50~60 m,为采深的1/5~1/6;超前影响距为183 m。在此基础上,得出了地表最大下沉速度及最大下沉速度滞后角分别为51 mm/d和76.3~78.3°,表明该区域厚煤层综放开采条件下地表移动剧烈、地表下沉速度快、起动距偏小等特点。     

煤矿充填体作用数值模拟研究及其机理分析

为了在建筑物下、水体下和铁路下采煤技术中应用条带开采技术和绿色充填开采技术,采用数值模拟方法,模拟研究了在条带开采后充填与否条件下不同采出率开采方案的煤柱、充填体的受力及变形状态,定量计算了不同采出率开采方案的地表沉陷量;较系统研究了充填体在采动围岩系统中的作用机理。结果表明,通过煤柱和充填体的垂直应力支撑、充填体的侧限作用,充填体能有效改善煤柱和围岩系统的应力条件,而煤柱和充填体的垂直应力与充填体水平应力随着采出率和留宽而变化趋势具有规律性,充填条带开采法是将来"三下"压煤绿色开采的有效途径。     

兖州矿区综放开采地表沉陷规律

为了研究综放开采地沉陷规律,根据兖州矿区建立的综放开采地表移动变形观测站和上覆岩层内部移动变形实测数据,在综合分析研究的基础上,获取了综放开采地表移动盆地特征及角值参数、地表动态移动规律及参数,揭示了综放开采地表动态变形规律和冲积层内部移动变形规律,建立了各种沉陷参数与地质采矿条件之间的变化关系式和开采沉陷概率积分预测参数体系。     

基于沉陷对称特征的近水平煤层开采InSAR三维位移反演模型

利用合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术进行煤矿开采沉陷监测时,所获得的雷达视线方向(LOS)位移是地表点垂直向、南北向、东西向三维位移的矢量叠加。将LOS向位移分解为地表下沉及沿工作面走向和倾向水平位移,是研究开采沉陷规律和获取地表移动参数的基础。目前,基于 InSAR LOS位移反演开采沉陷三维位移的主要方法有:利用不同轨道卫星的三幅SAR影像建立LOS位移方程组来求解三维位移分量;根据开采沉陷预计模型将地表水平位移视为下沉的关联函数,由单幅SAR影像来解算下沉及水平位移;或者直接忽略水平位移的影响,将 LOS向位移投影为下沉分量。本文在分析上述方法局限性的基础上,根据近水平煤层开采地表下沉和水平位移关于移动盆地主断面对称的基本特征,建立地表移动盆地对称点上多期InSAR LOS向叠加位移的几何方程组,并对该方程组进行叠加和差分处理,导出LOS向位移反演开采沉陷三维位移的函数模型。在工作面推进过程中,由于地表移动具有滞后性,使得动态沉陷盆地中心偏向开切眼一侧,本文依据移动盆地中央地表下沉达到最大且水平位移趋近为零的特征,基于相邻像元LOS向位移进行叠加和差分,自动搜索出地表移动盆地的动态中心位置,从而实现工作面推进过程中地表动态三维位移的分解。基于Matlab平台对上述三维位移反演模型进行了算法实现,并利用多期InSAR 实测数据进行了模型验证,其下沉和水平位移反演结果与实测资料较为一致,明显优于忽略水平位移而直接分解地表下沉的方法。上述模型能够用于近水平煤层开采地表移动稳定后和动态移动过程中InSAR监测的三维位移分解,具有较好的普适性。     

InSAR测量技术在矿区地表沉降监测中的应用

为了探讨InSAR测量技术在矿区进行地表沉降监测的可行性,首先采用传统的GPS测量矿区的地表沉降情况,并获得GPS地表沉降监测数据,然后采用瑞士的GAMMA软件处理矿区的主辅两景InSAR影像,通过相位解缠等操作最终得到矿区地表的沉降图。以淮北某矿区一个工作面的地面观测数据为例,通过仿射变换进行坐标转换把地面上GPS观测点转换到对应的InSAR栅格数据阵列中,对比分析二者的观测数据,可以发现InSAR监测结果与GPS观测结果具有一致性,能够满足矿区地表沉降监测的精度要求。     

浅埋煤层穿越河道采煤的实践与研究

为防止煤层回采过程中地表水通过导水裂缝带流入井内,威胁矿井安全,基于神府矿区柠条塔煤矿N1201工作面新民沟区域富水区水文地质条件,运用经验公式计算出该工作面回采后,工作面上方地表河流段会形成塌陷区,塌陷后的导水裂缝带高约60 m,使工作面与地表相贯通,通过SF6气体试验得以证实。为此采用在井下设置排水仓、地表安设排水管道、河道裂缝处开挖充填等综合技术防止地表水向井下下渗,结果表明,回采过程中工作面涌水量仅较原来增加了4.7m3/h,实现了穿越河道浅埋煤层安全开采。