修正的Knothe沉陷模型及FLAC~(3D)模拟开采验证

针对原Knothe地表沉陷的时间函数模型与地表观测点下沉速度曲线不吻合的缺陷,采用数学分析的方法,修正了Knothe模型。修正的模型不但能较好地拟合地表沉陷观测点下沉的位移序列,而且从观测点下沉速度、加速度的变化方面也符合地下煤层长壁工作面开采过程中上覆岩层移动的物理过程,能较好地描述地表观测点下沉的3个阶段即逐渐开始阶段、快速发展阶段和缓慢衰减终止阶段的非线性特征。验证这一模型需要大量的观测数据,为克服进行大量的沉陷观测所需的人力和物力上的困难,采用FLAC~(3D)软件模拟的煤层地下开采过程,并在模型的上表面经过开采中心点的走向和倾向剖面线上共布置了36个地表下沉和下沉速度的监测点,监测了模拟开采过程中地表的移动过程;模拟完成后,各监测点的下沉及下沉速度与计算步数之间的关系曲线与修正的Knothe模型曲线的形态特征相符,说明模拟开采过程可行,进一步验证了修正的Knothe地表沉陷的时间函数模型可拟合地表观测点下沉的动态过程曲线。     

山地下煤层开采地表移动变形规律分析

针对山地下煤层开采地表下沉测量预测困难的问题,采用数值模拟、理论分析和现场实测方法,对山地下煤层开采地表移动机理、移动变形特征进行研究。研究表明:1)山地煤层开采地表岩层极易受坡度因素影响,稳定性变差出现沿坡面下滑现象,地表位移增加滑移分量;2)山地地表下沉曲线有明显相关性,随山地坡度增大,开采后地表下沉量增大、下沉曲线斜率增大,地表坡度出现变化时,下沉曲线同时出现拐点;3)持续开采后地表受采动影响范围增大,地表出现水平位移的正负值交替,正值位于山坡顶部,分布范围相对较小,负值位于山体及谷底,分布范围较大。     

开采方案对地表移动影响的数值模拟

以淮南矿区某采区煤层开采为研究对象,采用非线性大变形FLAC程序,对不同开采方案引起的地表移动和对地面防汛堤坝的移动变形状况进行了数值模拟.结果表明,走向方向的无煤柱开采和倾斜方向煤层区段间正台阶顺序开采为最优开采方案,此时堤坝处于下沉曲线的均匀下沉区,维护工程量小,有利于巷道布置和生产接替.并获得了地表移动和变形的有关参数,为煤矿生产和堤坝的稳定加固提供了科学依据.     

寺河矿大采高开采地表移动现场监测及预测

以晋城矿区厚覆盖层下开采引起的地表移动为研究对象,在采煤工作面上方地表走向和倾向布置混凝土灌注测点,采用GPS快速静态定位测试与动态测试相结合的方法,对工作面回采后地表移动量进行了监测。采用MATLAB软件对地表移动数据进行分析,运用概率积分法得到工作面上方走向和倾向地表下沉曲线。结果表明,该区域内走向下沉最大值达4.692m,倾向最大下沉值为4.043m,充分采动后埋深采高之比与下沉量呈负相关关系;概率积分法对该区域内地表沉降预测较为准确,走向平均相对误差为4.7%;该区域地表下沉活跃期约130d。     

煤矿开采岩层移动的相似模拟实验及数值分析

采用相似模型和数值分析,对倾斜煤层的开采沉陷及地表移动进行了探讨。根据相似原理进行了相似模拟实验研究;采用2D-σ有限元计算程序对岩层移动及开采沉陷进行了数值分析。得到了倾斜煤层在倾向方向上移动盆地对地表的影响范围、最大下沉点位置,地表下沉曲线,以及该煤矿的下沉系数、水平移动系数、最大下沉量,所得结果对矿井的延深设计及灾害预测具有实际的指导意义。     

浅埋深厚煤层开采地表岩移观测分析

为了分析色连矿浅埋深厚煤层开采区域地表岩移规律,在8101工作面地表设置测站,根据观测结果,计算给出了色连矿浅埋深厚煤层开采区域地表移动变形的相关参数,以及地表下沉速度和移动延续期等。结果表明:色连矿首采面地表活跃期短,但地表活跃期的下沉速度快、下沉量大、移动剧烈,达到总下沉量的95%。     

平朔井工一矿太西区4煤综放开采地表沉陷规律

为掌握本矿区浅埋深厚煤层综放开采条件下的地表沉陷规律,并为"三下"采煤提供基础数据,中煤平朔集团有限公司在井工一矿太西区14106和14107工作面建立了地表移动观测站。并按相关技术要求进行了观测,对观测数据进行了整理、分析,掌握了该采矿地质条件下的地表沉陷特征,求取了地表沉陷计算参数及部分地表移动角量参数。通过对测点地表移动期下沉速度及下沉量的分析,得出了浅埋深综放开采相对深部开采具有地表移动活跃期短,但最大下沉速度较大,地表移动剧烈,移动活跃期地表下沉量占总下沉量比例较大的特点。     

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。     

厚松散层煤层开采地表动态移动变形特征研究

为控制地表沉陷保护地表建筑物,以赵固一矿11011工作面的地表移动变形的实测数据为基础,分析研究了厚松散层条件开采下,地表下沉曲线的动态变化、地表最大下沉速度、地表移动变形持续时间及最大下沉速度滞后情况。结果表明:由于上覆厚松散层土体结构松散、几乎无承载能力,地表下沉量变化较大,地表下沉速度较大,最大值为24.5 mm/d、下沉剧烈且地表下沉的范围增加较明显,在充分采动的情况下,预计其地表下沉系数大于1。在地表移动持续时间中,活跃阶段约占总时间的53.4%,而下沉量占总下沉量的91.3%,因厚松散层土体固结的原因引起的衰退阶段虽然下沉量小但持续时间较长;工作面最大下沉速度滞后距为182 m。上述结果表明厚松散层地区煤层开采,地表呈现受采动影响敏感、下沉速度大、下沉剧烈、下沉系数大和地表移动衰退时间长等特征。     

采动地表下沉时间序列的曲线拟合研究

基于煤层开采地表下沉的时间过程为先加速后减速的变速运动的特征,提出了一种适合采动地表下沉时间序列曲线的拟合函数,分析了该函数中的拟合参数b和c对曲线形态、下沉速度和加速度的影响规律。用1stOpt 1.5软件编制计算程序,拟合了实测的煤层开采引起的地表下沉时间序列曲线,并与其他3种类型的拟合函数进行了对比分析。研究结果表明:提出的拟合函数的数学公式简单、参数数量适中,从下沉曲线形态,下沉速度和加速度3个方面均符合煤层开采地表下沉的动态过程。该拟合函数对实测曲线的拟合精度高,拟合的相关系数为0.996 8,用该拟合函数预测的最大下沉量468.7 mm、计算出的最大下沉速度为0.325 mm/d,对应的时间594.3 d,均与实测值接近。     

厚冲积层下开采地表动态移动规律及预计研究

为了研究厚松散层下开采地表动态沉降规律,以实测资料为基础,分析了地表动态移动参数随工作面回采的演化规律.结果表明:地表超前移动影响距和地表最大下沉速度及其滞后距随工作面开采距离的增加而增大;当工作面推进至350 m时,三个参数值增幅减小,并最终分别稳定于225 m、34.5 mm/d及124 m;此后,地表下沉速度曲线...     

高层建筑场地采空区地表残余变形分析

文章研究了某场地的地表开采沉陷特征,利用矿区地表变形监测资料拟合了矿山开采沉陷的时间影响参数,应用概率积分法预测地表残余移动变形量,并与场地地表变形监测资料进行了对比,综合分析了场地地表残余变形,为新近采空区场地多层、高层建筑布置和抗变形设计提供了依据。     

充填法开采诱发矿山地表沉降数值分析研究北大核心

地下开采对地表河流、公路、构筑物等扰动影响是矿山首要关注的问题,传统的岩体移动带圈定难以直接确定地表河流、道路的稳定性。为探究地下开采对地表沉降的影响,采用FLAC 3D软件对小栗子一、二铁矿区充填开采过程中地表的岩移数值模拟计算的方法,分析地下开采过程对地表沉降变形、地表河流及邻矿运输道路稳定性等的影响。结果表明:地表的绝对位移较小,倾斜率、曲率、水平变形值等指标均远小于规范允许值,稳定性较好,整个地表均较为稳定,同时进一步说明了要保持地表河流、运输道路的稳定,采空区回填非常必要。计算结果可为矿山的安全开采提供一定的理论支撑。     

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。     

利用位移场计算地下开采引起的地表变形

地表的水平变形、倾斜和曲率是评价场地变形情况和划分移动界限的重要指标。地表上一点的变形值随方向而变化,然而传统的剖面法则是沿剖面方向计算地表变形,因此不仅有可能低估了地表变形值,也难以获得变形等值线图。将地表离散成规则的网格,基于最小二乘法并利用相邻节点位移信息计算节点的水平变形矩阵、倾斜向量和曲率向量。最后通过形函数插值获得整个地表的变形场。案例表明,该方法能够准确地获得地表每点的最大变形值和方向,并易于形成变形等值线图。由此可见,本方法克服了传统剖面法缺点,为有效地评价地下矿山开采引起的地表移动提供手段。     

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.     

最大下沉角计算的神经网络模型研究

最大下沉角是确定地表移动盆地走向主断面位置的关键性参数,关系到地表移动和变形预计的精度.系统分析了影响最大下沉角的地质采矿因素,根据国内大量的地表移动观测资料,建立了最大下沉角计算的神经网络模型.该模型与遗传算法相结合,克服了单一神经网络易陷入局部最优和收敛速度慢等缺点.研究表明,用基于遗传算法的神经网络来计算地表移动盆地的最大下沉角,其结果更加真实、可靠.     

大采深厚松散层开采地表沉陷特征

基于地表沉陷的观测数据,分析了极不充分开采移动和动态下沉特征,计算了极不充分工作面开采程度和下沉盆地的范围,详细描述了极不充分开采地表变形以及拐点位置。表明大采深厚松散层开采条件下,在上山方向下沉盆地的边缘即使下沉值很小,也会产生较大的水平移动;极不充分开采时地表下沉盆地十分平缓,且位置偏向上山方向;下沉盆地的拐点位于煤柱的上方而非采空区上方。对于指导相似地质条件下开采,解放建筑物下压煤具有较大的实用价值和指导意义。     

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。