地下开采扰动对露天排土场边坡变形破坏的影响

为了研究地下开采对上覆露天矿排土场边坡变形破坏的影响规律,以酸刺沟煤矿及哈尔乌素露天矿排土场为研究对象,分析了地表沉陷规律及其诱发排土场变形破坏的机制,采用概率积分法对地表沉陷量进行了预测,并借助FLAC^3D软件分析排土场边坡变形及地表塌陷,同时分析了酸刺沟煤矿工作面回采结束后,哈尔乌素露天矿排土场的位移变化。结果表明：概率积分法预测最大沉陷量为21 m左右,模拟计算最大沉陷量为22 m左右;两者的地表最大沉陷量均随着开采阶段的进行先增大后逐渐趋于稳定,符合地表沉陷形成移动盆地的规律;数值模拟结果和实际塌陷区位置一致;排土场边坡水平位移量与工作面推进长度呈正相关;工作面走向上,采空区两侧水平位移最大,呈现出向采空区中部滑移的特征,且总体表现为左侧边坡水平位移大于右侧边坡。     

露天矿复合边坡的力学特征及变形规律

对哈尔乌素露天矿复合边坡形成过程中的应力和位移规律进行研究,得到了开挖过程中边坡临空面的位移量随深度增加而增大,堆载过程中岩体沉降位移随排土场中心距离的增大而减小,开挖堆载联合作用下工程区域内的地表位移起伏波动变化的结论。     

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。     

深埋厚冲积层薄基岩煤层开采地表沉降特征与预测方法

煤炭地下开采导致上覆岩层的破断和运动,岩层运动传递至地表引发地表沉陷,改变地表形态,破坏地表连续性和生态环境。为降低采矿活动的负外部性,以赵固二矿为工程背景,综合运用室内试验、理论分析和现场实测等方法研究深埋厚冲积层薄基岩煤层开采地表沉陷与覆岩运动的关系、地表沉陷演化特征和地表沉陷预测方法。结果表明：深埋薄基岩厚煤层开采覆岩运动存在关键层控制和厚冲积层主导2个阶段,第1阶段薄基岩呈现层状破断特征,关键层下缘离层现象明显,厚冲积层保持稳定;第2阶段采动裂隙萌生于高位厚冲积层,下行扩展导致薄基岩全厚破断,层间离层现象消失;得到了工作面推进过程中不同层位覆岩沉降曲线动态演化特征,发现厚冲积层对覆岩运动和地表沉陷具有强烈控制作用,冒落拱失稳导致覆岩沉降曲线呈现周期性突变现象;薄基岩全厚破断后整体下沉,厚冲积层冒落体下向压实,采动裂隙快速闭合,导致采空区上方垮落带和裂隙带岩层破坏后的碎胀系数小,地表下沉速度快,沉降系数高,最大下沉量达到开采厚度;将地表沉陷区划分为直接沉降和间接沉降2个区域,深埋厚冲积层薄基岩赋存条件下间接沉降区范围增大,构建了地表沉陷分区预测模型;对赵固二矿地表沉陷特征进行了预...     

邻近采空区影响的地表沉陷概率积分参数反演

为了准确反演受到邻近采空区影响的地表沉陷预计参数,通过分析工作面开采后地表正常下沉规律与邻近采空区残余沉降量的预测方法,将邻近采空区等价成变采高的小工作面开采来进行概率积分法参数反演,提出了邻近采空区影响的地表沉陷概率积分法参数反演方法。利用该方法求取的概率积分参数预计得到的地表下沉曲线与实测曲线比较吻合,为邻近采空区影响的地表概率积分参数反演提供了可行方法。     

重复采动条件下地表移动变形规律实测研究

为了揭示重复采动条件下地表沉陷变形规律,凤凰山煤矿在154309工作面上方建立了地表移动观测站。通过对岩移观测资料的分析研究,给出了重复开采时地表沉降曲线,获得了该地质采矿条件下地表移动变形预计参数和岩移角值,探讨了重复采动条件下地表移动变形特征。研究认为,重复采动条件下地表沉陷变形剧烈,下沉盆地陡峭,变形分布集中,地表下沉系数大,采动影响范围大。地表动态变形剧烈,下沉速度快,最大下沉速度为143.4mm/d,地表移动持续时间较短,活跃期约占地表移动持续时间的30.7%,其下沉量占地表总沉降量的96.3%。     

煤矿开采沉陷预计及采空区治理

利用数值计算方法进行变形位移数据处理,绘制地表下沉曲线,实现地表下沉预计。针对地表沉陷过程,制定合理的采空区处理措施,使矿山开采具有技术保障和决策支持。     

采空区对哈尔乌素露天煤矿排土场地表沉陷的影响

为了研究长壁工作面开采对排土场地表沉陷规律的影响,以酸刺沟煤矿采空区为工程背景,在实测地表移动特征的基础上,采用概率积分法对酸刺沟煤矿地下开采引起的地表沉陷进行预测,结合哈尔乌素露天煤矿GNSS监测系统,对预测值进行评价。结果表明:4112工作面开采结束后,排土场地表极限沉降为3 062 mm,东西极限水平位移为922 mm,南北极限水平位移为933mm;6上114工作面开采结束后,排土场地表极限沉降为21 529 mm,东西极限水平位移为5 313mm,南北极限水平位移为5 379 mm。GNSS监测系统监测值与预测值基本吻合。     

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%。     

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.     

露井协采条件下的开采沉陷研究

为掌握露井协采模式下井工开采引起的覆岩层沉陷规律,通过在工作面上方布设地表移动变形观测站,实地观测各观测点的位移和测点之间的相对位移,依据概率积分预计模型,全盆地拟合对开采沉陷规律进行分析。结果表明,井工一矿上窑区19001工作面上方地表随工作面开采呈现下沉值、倾斜变形绝对值、曲率变形绝对值逐渐增大直至最大,水平移动绝对值逐渐增大后有一定减小,水平变形绝对值逐渐增大直至压缩变形值达到拉伸变形值的2~4倍的动态规律。     

厚黄土下综放高强度开采地表沉陷与覆岩破坏实测

为研究厚黄土下厚煤层综放开采地表沉陷和覆岩破坏规律,通过在工作面地表建立岩移观测站和地面钻孔水文勘探,进行了地表沉陷变形实测和覆岩破坏高度钻探测定。总结研究地表岩移观测站实测资料和覆岩破坏探测钻孔水文观测资料,得出厚黄土综放高强度条件下地表沉陷剧烈,曲线较陡,在下沉盆地边缘沉陷变形曲线收敛较慢,最大下沉速度偏大,采动影响范围偏远;覆岩破坏探测结果显示综放覆岩破坏异常发育,导水裂缝带高度与综放采厚近似成正比,裂高采厚比例系数平均为19.75。研究成果为黄土区综放地表开采损害防治和水体下采煤及顶板水害防治提供技术支撑。     

深井条带开采地表沉陷规律分析

为掌握煤炭深部开采带来的地表沉陷规律,根据矿区实情并参考以往设站参数建立区域观测站。通过4年多连续不间断的监测,拟合出该矿区地表下沉曲线及水平移动曲线,求出概率积分法所需各种移动变形参数。分析结果表明：深部开采时的基岩厚度增大,影响地表移动变形的因素多,地表沉陷在倾向上最大影响范围超过700 m,相应的盆地边缘移动变形值小。条带开采地表下沉比较平缓,没形成大的沉陷盆地,一次采全高情况下地表沉陷值相对较大,地面出现了塌陷区。采全高与条带开采的边界角相差不大,相同的开采影响范围内,条带开采下沉值较小,地表下沉盆地相对平缓。     

相邻工作面开采地表动态沉陷规律

为研究同煤层老采空区影响下的相邻工作面开采地表移动变形规律,在陕北榆神矿区金鸡滩煤矿建立了GNSS连续变形监测系统,通过对连续监测数据的分析处理,并结合FLAC~(3D)数值模拟,揭示了同煤层相邻工作面重复开采条件下的动态非对称性沉陷规律。研究表明:①受同煤层老采空区影响,相邻工作面在重复开采条件下,工作面中心两侧相同距离监测点的下沉值、下沉速度、水平位移及移动变形持续时间等并不相同,表现出极不对称性;②已破坏的老采空区岩层对重复开采响应快速,其移动变形更加敏感、剧烈,稳定时间较长;③数值模拟分析体现出,相邻工作面开采条件下地表下沉系数增大了5%,倾向方向地表移动变形影响范围增大了35.7%,走向主断面并未经过工作面中心,而是偏向老采空区一侧30 m,老采空区塑性破坏区高度增大了21.4%。分析结果对于相邻工作面重复采动条件下的地表移动变形预计、矿区土地复垦及矿区地面建筑物保护具有一定的参考价值。     

基于PSInSAR的平南锡基坑铅锌矿采空区沉降监测与分析

矿体开采引起的地表沉降是矿山主要地质灾害之一。为掌握采空区上方地表沉降规律,通过PSInSAR技术对平南锡基坑铅锌矿采空区地表沉降数据进行提取,对比MSPS软件沉降预测结果,并对采集数据进行了分析,研究了该矿地表沉降规律。结果表明:(1) PSInSAR技术对采空区沉降采集结果与MSPS软件的计算结果一致,证明了PSInSAR技术的合理性;(2)随着开采的进行,地表沉陷呈现一定的周期性,且随着开采的逐渐稳定,周期间隔逐渐增大;(3)地表盆地监测结果表明,地表下沉呈现先快后慢的趋势,矿石开采后地表沉速度逐渐增大,随着应力场的调整,地表下沉逐渐变慢。     

采煤沉陷区上方建设天然气管线基础稳定性研究

采煤沉陷引起的地表移动变形会对天然气管线造成损坏性影响,从管线坡度的变化、竖曲线的变化、横向移动变形、水平拉伸和压缩变形及管道应力变化等方面分析了采煤沉陷对天然气管线的影响问题;描述了采煤地表移动变形时间过程中的初始期、活跃期和衰退期地表下沉量和所经历的时间过程;在考虑地表下沉还没有达到完全稳定结束及存在部分残余下沉量的情况下,讨论了地表沉陷残余变形的计算方法;最后给出了在采煤沉陷区上方建设天然气管线的安全技术措施。     

地表沉陷预测的改进BP神经网络模型

为了更加准确地预测地表沉陷变形,基于Adaboost算法采用多网络共同计算策略改进了BP神经网络,通过实际沉降数据对Adaboost算法改进后的神经网络进行训练,预测地表最大下沉量、影响角正切和拐点偏移距,将预测的3个参数代入概率积分法中,建立了地表沉陷公式,对改进效果和地表沉陷公式分别进行了验证。结果表明:(1)通过对比改进前后BP神经网络的计算精度,未经过Adaboost算法改进的BP神经网络误差明显大于改进后的BP神经网络,说明基于Adaboost修正后的BP神经网络计算精度得到了有效提升;(2)基于BP神经网络对最大下沉量、影响角正切和拐点偏移距3个参数进行预测,结合概率分析法,能够实现稳沉后采空区主断面上方地表沉降规律的准确描述。以鲁西南地区某矿3301采空区地表为例,利用改进BP神经网络预测了地表最大下沉量、影响角正切和拐点偏移距,进而给出了地表沉陷曲线,与现场实测结果对比显示:改进BP神经网络的最大误差小于0.105 m,最大相对误差为4.3%,证明了所提计算方法的可靠性。     

金属矿山开采过程上覆岩层应力与变形特征

采用数值分析方法, 研究了动态开采过程中金属矿山采空区覆岩在拉应力、垂直应力作用下的位移及变形破坏特征。研究发现拉应力对覆岩造成的破坏较其它应力显著, 是覆岩垮落的主导因素。分析覆岩内部垂直应力发现: 开采初期覆岩内部压应力显著, 随着开采进行, 在采空区的正上方, 压应力逐渐向拉应力过渡; 垂直应力呈“凹”形分布在采空区两端部, 其形状和应力值随采空区的增大而增大。随着工作面的推进, 覆岩下沉范围和下沉量均逐渐增大; 下沉曲线的最大下沉点, 向工作面推进方向逐渐移动; 下沉曲线的光滑程度体现了监测点在覆岩所属区域是弹性区、塑性区还是垮落区。研究结果可为矿山围岩支护提供一定参考依据。     

相邻采空区影响下厚黄土矿区采煤沉陷规律研究

为研究相邻采空区厚黄土层采煤地表移动变形规律,以燕家河煤矿8211工作面地表移动变形实测数据为基础,分析研究了静态和动态地表沉陷变形特征、移动角参数、动态参数和预计参数。结果表明:由于相邻采空区残余变形和厚黄土层荷载作用,地表下沉量大,移动影响范围广,最大下沉速度系数为1.638,最大下沉速度为31.8mm/d。在地表移动持续时间中,活跃阶段约占总时间的38.7%,地表沉陷量约占最大下沉量的95.9%,受厚黄土层影响,衰退阶段持续时间较长;工作面启动距为100m;工作面最大下沉速度滞后距为224.3m,滞后角为67°46′;走向和倾向拐点偏移距分别为-92.5m和197.2m。     

基于概率积分法的济宁某矿地表位移规律研究

采空区上方地表移动变形将严重影响附近建(构)筑物的安全。为分析地表移动变形引起建(构)筑物的破坏类型,明确地表沉降、倾斜、曲率对建(构)筑物的影响,基于概率积分法,以济宁北部某矿3307工作面为例,结合地表实测位移结果与FLAC3D数值模拟,分析了地表移动变形规律,并对地表建(构)筑物进行了安全性分析。研究表明:(1)随着工作面推进,地表下沉量逐渐增大,当采空区长度达到2倍的影响半径时,地表盆地最低位置开始触底,此时下沉量达到最大值。随着工作面继续推进,地表盆地尺寸不断扩大,最大下沉值不再增大。(2)开采深度对地表盆地形状具有重要影响,当开采深度较小时,地表盆地近似为开采工作面形状,随着开采深度增大,地表盆地逐渐趋近于椭圆形。(3)对3307工作面地表变形规律进行分析,将实测结果与理论计算结果进行了对比,两者误差小于5%,证明了理论计算结果的合理性。