煤矿深部开采存在的问题及对策探讨

随着我国煤炭资源的开采向深部延伸,带来了地表沉陷预测与控制等主要技术难题。在深部开采条件下,结合深部地质灾害的特点,总结分析了目前深部开采存在的主要问题,提出了深部开采条件下应深入开展相关研究工作的意见和建议。     

大强矿深部开采地表沉陷规律及机理研究

针对深部开采地表沉陷预测与控制问题,以铁法矿区大强矿为例,通过资料分析了深部开采地表沉陷规律;采用数值模拟方法,分析了深部开采地表移动机理。研究表明,深部极不充分开采,地表下沉值和下沉速率均较小,地表下沉活跃期不明显。深部开采表现为地表一定范围内的整体下沉,影响范围扩大,地表下沉系数相应减小。采用概率积分法进行开采沉陷预计时,应对地表移动参数进行修订。     

深部开采的地表沉陷预测研究

我国煤炭资源的开采已向深部延伸,深部开采将带来新技术上的难题,地表沉陷预测就是技术难题之一,浅部开采和深部开采引起的地表沉陷特点是不同的．结合实例以及力学分析,对深部开采引起的地表沉陷问题进行了研究,论述了深部开采的地表沉陷规律及特点,深部开采工作面的覆岩破坏,具有均匀、整体压缩、移动、变形的特点,地表移动变形连续、缓慢、周期长;提出参数修正的概率积分预测模型,来预测深部开采的地表沉陷,以指导我国的深部“三下”压煤的开粟．     

峰峰矿区不同开采条件下地表沉陷规律

对峰峰矿区不同开采方法条件下的地表沉陷规律进行了研究和总结,得出了一般开采条件下的地表沉陷规律或参数,列举了充填开采条件下沉陷参数,并初步对峰峰矿区的深部开采条件下的地表沉陷规律进行了实测、研究和总结,为峰峰矿区以后采用不同开采方法,进一步解决严峻的三下压煤形势,具有重要的指导意义。     

深部开采沉陷规律研究与分析

随着煤炭资源开采向深部逐渐延伸,深部开采沉陷规律及预测方法成为深部矿井开采沉陷研究者关注的焦点。利用UDEC4.0数值模拟软件模拟分析庞庄煤矿张小楼井不同采深、采宽等开挖阶段下岩层的移动特征,获得了不同采深、采宽和相同采宽、不同采深条件下地表下沉量和水平变形以及移动角移动机理和移动规律,为矿井深部开采地表沉陷预测提供了技术参数。     

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。     

大倾角特厚煤层水平分层（深部）综放开采地表沉陷与地表水渗流研究

针对复杂地质条件下大倾角煤层地下重复开采扰动引起的地表沉陷问题及与之伴随的地表水入渗问题,运用FLAC软件,对不同水平煤层开采进行了模拟计算,总结出大倾角煤层开采随着开采水平的深部发展,地表沉陷越来越严重,沉陷的幅度逐渐减小,采空区上方裂隙逐渐压密,地表水最终沿着采空区两侧的拉破坏区入渗的特点,并对现场不同开采水平的地表沉陷以及地表水入渗情况进行了预测。对指导现场生产和理论研究有积极意义。     

厚松散层条件下开采沉陷规律及控制研究现状

在参阅大量文献的基础上,系统总结了厚松散层条件下开采沉陷地表移动变形规律、地表移动变形预计理论、地表移动参数与地质采矿条件间的关系及对厚松散层条件下开采沉陷的控制现状。     

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.     

深部厚煤层开采地表沉陷规律研究

随着煤矿开采深度的增大,所引起的地表沉陷规律与浅部开采规律有明显的不同。通过羊场湾煤矿130201工作面开采的实际观测资料分析,研究了深部厚煤层开采引起的地表移动变形规律与特征,揭示了深部厚煤层开采条件下的地表沉陷规律。     

潞安矿区煤炭开采沉陷主要控制因素分析

为了查明影响潞安矿区煤炭开采沉陷的主要因素,从地质赋存条件和采矿工艺2个方面初选出可能与地表沉陷有关的9个因子,根据潞安矿区10个典型工作面的地质和采矿资料、观测数据,采用灰色关联分析和回归预计方法,分析了地表最大下沉系数与地质因素、采矿因素之间的关系。研究结果表明,潞安矿区煤炭开采沉陷的主要影响因素为覆岩综合硬度、采高、工作面倾向长度及扰动系数;同时以地表最大下沉系数为因变量,以主要影响因素为自变量建立了煤炭开采沉陷回归模型,此模型较好地反映了该地区地表最大下沉系数与其主要影响因素之间的量化关系,同时也为潞安矿区的煤炭开采沉陷预计提供理论依据。     

特厚煤层综放开采地表沉陷预计模型算法改进

近浅埋深特厚煤层综放开采因其一次性采出煤层厚度大,其地表移动变形特殊性较明显,该地质采矿条件下按概率积分法进行地表沉陷预计结果与实际情况有一定程度的偏差。对试验区近浅埋深特厚煤层综放开采条件下的地表移动变形特殊性进行了分析,考虑到厚硬岩层对地表沉陷的控制作用,并基于层状弹性梁板岩层沉陷控制理论和随机介质理论,建立适合近浅埋深特厚煤层综放开采沉陷预计模型。实践应用表明:该沉陷预计模型算法与实测结果吻合程度较好,适合于特厚煤层综放开采地表沉陷预计应用;较好地解决了概率积分法边界收敛迅速、盆地两侧不对称等问题,提高了地表沉陷的预计精度。     

开采沉陷若干理论与技术问题研究

简要介绍了多年来中国矿业大学北京校区在开采沉陷理论与技术方面的主要研究成果：矿区地表移动规律；巨厚松散层条件下开采地表移动规律；块段开采条件下覆岩移动机理及地表移动变形计算；极不充分开采地表移动变形预计方法；基于倾角变化的开采沉陷模型研究；曲面分布形式煤层开采地表移动预计方法；覆岩离层注浆减缓地表沉降机理及减沉效果评价方法。开采沉陷预测分析系统的开发研究等。     

基于Matlab的概率积分法开采沉陷预计参数解算

通过在开采工作面地表建立观测站获取地表变形数据解算概率积分法开采沉陷预计参数,从而预计工作面周边或相似开采条件下工作面的开采沉陷并评估和指导开采作业,其前提是精确获取概率积分法开采沉陷预计参数。为此,基于Matlab软件,采用最小二乘法拟合观测点变形数据解算概率积分法开采沉陷预计参数,并结合Matlab软件绘图工具开发了集数据载入、坐标转换、参数解算、结果输出、开采沉陷预计及反演为一体的可视化开采沉陷预计系统。以淮南谢桥煤矿11316工作面为例,根据地表移动观测点位移数据解算开采沉陷预计参数并与实测值进行对比分析,结果表明,该系统解算出的开采沉陷预计参数符合两淮矿区开采沉陷的基本规律,反演结果与实测值基本吻合,该系统对于实现矿区开采沉陷高精度预计和反演具有一定的参考价值。     

薄基岩浅埋深矿区地表开采沉降预测及影响因素分析

目前我国西北部地区浅埋深薄基岩开采区地表沉降现象日益严重。以鄂尔多斯某矿区为例,基于该矿区覆岩性质、地质条件、开采技术条件、地表沉降点观测数据,运用概率积分法对首采区的地表开采沉降规律进行了分析预测,并对该矿区典型的薄基岩浅埋深开采地表沉降的主要影响因素进行了分析。结果表明：①概率积分法的矿区开采沉降预测结果与实测数据基本吻合,表明采用该方法预测矿区地表移动参数是可行的;②由于矿区整体构造简单,且工作面内煤层基本呈水平分布,煤厚、采深、倾角等因素变化较小,综合分析认为顶板松散层基岩厚度比（H_S/H_J）、开采强度（工作面推进速度）是该矿区地表沉降的主要影响因素;③对工作面走向的顶板松散层基岩厚度比（H_S/H_J）曲线、开采强度（工作面推进速度）曲线与地表沉降量曲线进行了对比分析,认为松散层基岩厚度比（H_S/H_J）、开采强度（工作面推进速度）对矿区开采沉降具有相反的作用,且开采强度（工作面推进速度）对矿区开采沉降的影响较大。上述分析结论对于地质构造稳定的鄂尔多斯地区矿区开采沉降分析预测有一定的参考价值。     

特厚急倾斜煤层水平分层开采地表移动预计方法

特厚急倾斜煤层水平分层开采具有重复开采、沉陷影响累积的特点,其岩层移动模式和地表移动形态需要建立新的预测模型来描述。在实测分析和相似模型试验的基础上,根据急倾斜煤层开采覆岩与地表的移动的变形机理和传播方向变化特征,建立了基于开采影响传播角变化的特厚煤层水平分层开采地表移动的预计模型,提出了分层充分与非充分开采条件下沉系数与煤厚、采深、煤层倾角的波兹曼拟合关系式,提出了预计参数的确定方法。通过实例验证分析表明,预测模型能较好地反映实际规律,预计参数物理意义明确,易于确定。     

基于Weibull时间序列函数与负指数法的动态沉陷预计

为了探讨采矿过程中受时间和空间影响的地表移动变形的发生发展机理,提出了一种基于Weibull时间序列函数与负指数法的动态沉陷预计方法。该方法以研究描述地表沉陷区观测点下沉变化过程的Weibull时间序列函数为基础,认为Weibull时间序列函数在描述地表观测点沉陷的动态过程时,不仅能较好地拟合下沉-时间（w-t）曲线,而且由此推出的速度-时间（v-t）曲线和加速度-时间（a-t）曲线也能够很好地符合地表沉陷随时间变化的物理过程。基于实测资料确定的负指数法在描述地表移动盆地时具有实践应用性强、预计精度高等特点,给出了走向主断面半无限开采负指数法的下沉预计公式及参数求取方法。根据主断面动态沉陷模型的一般形式,将Weibull时间序列函数与负指数预计函数相结合,建立了充分采动条件下沉陷盆地走向主断面的动态地表下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形模型,并对某煤矿的地表动态沉陷进行了预计,结果表明,预计结果与实测结果具有很好的一致性,可为实现矿区地表动态沉陷预计提供参考。     

基于GIS煤矿采煤塌陷预测分析系统设计与实现

为高效准确地预测煤矿采煤塌陷范围与程度,分析塌陷对地表和建筑物的损坏程度,提出了煤矿区采煤塌陷预测分析系统的设计原则,分析了系统信息流程,设计出系统空间数据库及主要功能模块,设计并实现了基于砌体梁结构的塌陷预测模型、基于松散层与基岩耦合的概率积分法塌陷预测模型等关键技术,采用组件式GIS开发了煤矿采煤塌陷预测分析系统,较好地实现了图件管理、信息提取、塌陷预测模型计算和塌陷损坏程度分析等功能。     

城下采煤地面沉陷实时预计研究

在城下采煤这种特殊工程中,对地面沉陷预计精度的要求非常高。开采前的预计一般只能通过类比的预计参数进行,精度相对较低。为了确保地面建筑物的安全,准确掌握地面沉陷,采用实时预计。即开采过程中边测量边预计,用新测得的地面沉陷数据求出预计参数,用该参数预计随后开采可能出现的地面移动变形。由于随时利用已经获得的实测数据,不断地修正预计结果,因此,预计结果可以达到很高的精度。