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%。     

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.     

陕北黄土沟壑地貌地表移动变形特征研究

为研究黄河流域中游陕北矿区湿陷型黄土沟壑地貌高强度开采地表移动变形特征,对柠条塔矿黄土沟壑区N1212工作面开展系统的地表沉陷监测,分析黄土沟壑地貌高强度开采条件下地表沉陷变形特征,确定地表最大下沉速度及最大下沉速度滞后角,地表移动时间和动态地表移动参数。研究结果表明：陕北湿陷型黄土层高强度煤炭开采地表非连续变形破坏严重,黄土地表易受移动变形与地形条件复合影响,出现不均匀沉降,高强度开采条件下,地表移动变形发育剧烈,地表最大下沉量5 255 mm,最大水平移动值2 680 mm,最大下沉速度为187.4 mm/d,单一煤层开采最大下沉系数为0.63,斜交重复采动最大下沉系数为0.84,活跃期约55 d,期间下沉量占总下沉量97%,最大下沉速度滞后距为74 m,最大下沉速度滞后角67°。上述结果验证了浅埋煤层高强度开采时,地表下沉剧烈、活动周期短、重复采动时,地表下沉量与地质采矿因素成正比,沟谷地形高强度开采地表变形具有速度快、塌陷大、损害重的特征。     

厚松散层下采煤地表沉陷特征研究

为掌握地表沉陷的一般变形规律,需研究厚松散层下采煤地表沉陷终态变形特征和地表沉陷动态变形特征,对云驾岭矿三采区开展了系统的地表沉陷监测,分析研究了地表沉陷终态移动变形特征及角量参数求取,地表下沉速度,地表下沉速度滞后和地表移动延续时间。研究结果表明:地表沉陷范围广,充分采动角为:走向左70°、走向右61°、走向边界角57°、下山边界角81°、走向移动角67°,下沉速度快,下沉活跃阶段仅为15 d,占整个地表移动时间的6%,最大下沉速度滞后距分别为146 m和143 m,衰退阶段下沉量小,但周期较长,上述结果验证了厚松散层下重复采动时,地表下沉与采动程度呈正比,活跃期的下沉周期短,衰退阶段周期长等特征。     

强采动地表双向主断面动态运移及特征边界反演

煤炭井下开采引发的地表沉陷导致地表建筑物产生不同程度的损害,准确刻画地表移动变形特征是井下保护煤柱留设以及采动损害评价的重要依据。基于采动地表沉陷的现场实测数据及理论分析,研究了大柳塔矿井大采高条件下采动地表双向主断面运移规律,对地表沉陷特征边界进行了反演。研究结果表明：倾向主断面方向的最大下沉值为-3 589 mm,倾斜正值的最大值为50.4 mm/m,曲率正值的最大值为1.18 m^-1,位于574.976 m处,曲率负值的最小值为-1.4 m^-1,位于524.936 m处。随着工作面逐渐向前推进,走向主断面采动地表下沉曲线呈现出典型的动态演化特征,地表下沉曲线由V型转变为U型,最大下沉值为-3 959 mm,倾斜正值的最大值为55.7 mm/m,位于700.013 m处,曲率正值最大值为1.59 m^-1,位于700.013 m处。地表下沉系数为0.61,水平移动系数为0.32,主要影响半径为71.1 m,主要影响角正切为2.88,超前影响角为53°,最大下沉速度滞后角为70°。通过实测及反演地表移动与变形的真实情况,...     

煤矿开采沉陷移动变形预测

为了预测评价开采沉陷对矿区环境的影响,正确选择环境保护措施,必须对开采沉陷引起的地表下沉、倾斜、曲率、水平变形等移动变形值、地表移动持续的时间和最大下沉速度、开采沉陷的范围、冒落带和导水裂隙带的高度以及采动过程中地表移动变形等进行预测,本文将介绍几种预测方法.     

巨厚白垩系砂岩下地表移动规律观测研究

针对彬长矿区开采煤层覆岩上段厚黄土层、厚洛河组砂岩的特殊条件,在亭南煤矿进行了地表移动观测。观测数据分析表明,洛河组砂岩对地表移动变形起着控制作用,在极不充分开采条件下,地表移动很小,下沉率仅为0.046,地表变形微弱,不会对地表建筑设施造成损坏;在接近充分采动条件下,地表移动增幅较大,变形明显,下沉率达到0.22,但远未达到最大下沉值;非充分采动沉陷范围与充分采动基本一致,黄土层的移动角大小取决于黄土层厚度和坡度。     

首采工作面地表沉陷变形特征

以金鸡滩煤矿首采工作面1206工作面地表实测数据为例,分析了地表沉陷、变形特征,研究了厚松散层首采工作面地表沉陷规律。结果表明:首采工作面地表下沉变形量较小,最大下沉值3 059mm、最大水平移动值1 536mm、最大水平变形值40mm/m。     

高水材料短壁机械化充填开采地表沉陷规律研究

为了研究高水材料短壁机械化充填采煤法的地表沉陷规律及地表沉陷控制效果,以某矿区试验工作面地表沉陷数据为基础,研究了短壁机械化充填开采的地表移动与变形规律,分析了影响地表沉陷的主要因素,评价了地表沉陷控制效果。结果表明,短壁机械化充填开采地表沉降变常规开采的一次沉降为分阶段的缓慢沉降,采用该方法在埋深230m,采高2.5m的近水平煤层充填开采时,地表最大下沉值、下沉速度分别为180mm与2.4mm/d,相比综采垮落法地表下沉值与下沉速度分别减小92%与96.3%,且下沉盆地范围明显减小,地表移动与变形值控制在《"三下"采煤规程》规定的I级范围以内,满足地表一般建(构)筑物的保护要求。     

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。     

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.     

采动地表沉陷全过程预计方法与存在问题分析

精确、可靠的开采沉陷预计结果既是井下工作面优化设计、采动损害程度评价的重要依据，也是土地复垦、生态重建设计和老采空区地表再利用稳定性评价的基础。随着实践认识的提高，开采沉陷的研究热点也逐渐从传统的移动稳定的终态预计转向采动地表移动变形的动态预计；当连续6个月累计下沉不超过30 mm时，则认为传统的采动地表移动已经停止，但随着冒落破碎岩石的压实压密导致的缓慢残余下沉仍将持续，且残余下沉的预计也逐渐引起了研究者的重视。基于采动地表移动规律，将采动地表沉陷移动全过程划分为2个阶段：第1个阶段是包括初始期、活跃期和衰退期的地表动态移动变形期；第2个阶段为衰退期结束后的残余下沉期。针对第1个阶段，分析了现有预计方法的优缺点，提出了基于时间函数与概率积分法结合的开采沉陷动态过程预计方法和时空基准，明确指出了只考虑时间而不考虑开采过程进行动态预计、对比验证的错误，强调了终态预计只是动态预计的一个特例，且该动态预计只适用于滞后下沉而不适用于残余下沉的预计。针对第2个阶段，顾及冒落破碎岩石压实压密引起的残余下沉量小，基于衰退期下沉与残余下沉的连续性、残余下沉线性衰减性，给出了给定地质采矿条件下地表残余下...     

基于SBAS-InSAR技术的矿区开采损害鉴定研究

为了实现矿区开采沉陷损害的高效可靠鉴定,以山西东坡煤矿开采井田为研究对象,利用合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术监测分析了该区域矿区开采所引起的地表形变,同时基于概率积分模型预计了该矿区开采移动变形情况,随后利用边界角确定了开采边界,结合实地调查最终确定该井田开采是否会对矿区附近某村庄产生损害影响。结果表明：分析矿区在2007年1月至2019年4月期间InSAR形变监测结果以及预计的地表移动变形发现,该村庄始终处于由边界角确定的开采损害边界以外,同时结合实地调查发现建构筑物未有采动损害迹象。     

山区采动地表数字地面模型及应用

衡量矿山地下开采引起地表移动的变形参量包括下沉、水平移动、倾斜、水平变形和曲率,根据其具有显著的空间特征,首次提出了山区采动地表数字地面模型种类,并应用山区开采沉陷预计绘制了地表移动变形等值线,结合矿区地表建筑物损坏的临界变形值,提出应用数字化形式对地表建筑物损坏等级及损坏范围的判定方法,以此为矿区地面建筑物的预先防护提供决策。     

浅埋煤层采动地表移动变形规律及电塔塔基稳定性研究

陕北矿区地表存在大量的高压电塔，煤层采动引起的地表移动变形，对高压输电线路安全造成威胁。基于概率积分地表移动变形预计理论，采用理论分析、理论计算和现场实测等研究方法，对浅埋煤层采动地表移动变形规律及电塔塔基稳定性展开研究。研究结果表明：(1)拟合了基采比J_C和基载比J_Z的概率积分参数计算式，地表下沉和水平移动均与基载比和基采比呈负相关，沉陷盆地的影响范围和拐点距离均与基载比呈正相关；(2)建立了采动高压电塔移动变形计算式，电塔塔身的倾斜变形量取决于地表倾斜变形和塔高，电塔基础的水平变形量取决于地表水平变形、电塔根开、基础性质和土体性质；(3)陕北锦界煤矿31104工作面开采过程中，电塔Z219预计产生的最大倾斜变形量为92 mm,小于450 mm,最大水平变形量为4.15 mm,小于4.55 mm,稳定性较高，倾斜变形理论预计值与实测值平均偏差为5.69%。     

厚松散层浅埋煤层大工作面开采沉陷模型研究

首先基于西部矿区大规模高强度开采特点,分析了大工作面开采后形成的地表沉陷区特征,并根据地表沉陷区最终的移动变形特点将其分为3类:三向移动变形区(1-4区)、双向移动变形区(5-8区)及单向移动区(9区)。基于关键层理论并考虑松散层移动特点和基岩破断特征,建立了充分采动条件下的地表沉陷区全断面预测模型。在此基础上,根据地表移动变形特点求出了大工作面超充分开采后地表沉陷区全断面的分区预测模型,结合实例以走向主断面移动变形为例,以地表最大下沉值、地表沉陷边界至拐点的水平距离为指标,将实测值和预测值对比,结果显示两指标的误差分别为8.5%和8.7%,在一定程度上表明了预测模型的合理性。运用该理论可以更精准的研究大工作面超充分开采形成的地表沉陷区域,为分区预测、分区研究、分区治理修复开采引起的地表生态损伤奠定了一定的理论基础。     

跳采充填采煤法在村庄下采煤的应用

为了解放村庄下煤炭资源,综合条带法、充填法、跳采法的技术优点,提出采用超高水材料作为充填物,并将工作面划分成若干条带进行跳采充填。以邯郸矿区某矿为例,研究了地表移动变形规律。观测结果表明:采用该方法在平均埋深340m,采高为4m的近水平煤层开采时,地表最大下沉值为1174mm,减沉率约为61.5%,最大倾斜变形为10.6mm/m,最大曲率变形为-0.28mm/m2,采出率为89.2%,且下沉盆地范围明显减小;如果调整跳采顺序,使得地表最大变形区域人为可控,有效地保护了地表重要的建(构)筑物。该方法用于控制地表沉陷效果明显,为"三下"采煤工作提供了一种行之有效的新方法。     

超高水材料跳采充填采煤法地表沉陷规律

为了研究超高水材料跳采充填采煤法地表变形规律及地表沉陷控制效果,以某矿区地表沉降观测数据为基础,研究了充填开采各阶段的地表变形规律;采用关键层理论,并结合FLAC 3D数值模拟实验,研究了跳采过程中的关键层破断及地表沉降之间的时空关系,分析了影响地表沉陷的主要因素,评价了地表沉陷控制效果。研究表明,采用该方法在平均埋深340 m,采厚为4 m的近水平煤层开采时,地表最大下沉值为1 174 mm,下沉系数为0.29,减沉率约为62.8%,采出率为89.2%,且下沉盆地范围明显减小。分析可知,充填可大大减小地表下沉量,跳采可控制下沉盆地的形态,有效的保护了地表重要的建（构）筑物。     

深埋煤层采动山区地表移动规律实测研究

为研究深埋中厚煤层采动山区地表移动规律,在韩城矿区某综放工作面上方建立了地表移动观测站,通过分析地表移动变形实测数据,得出工作面开采引起的倾向非充分采动地表移动盆地变形值较大,对此采用概率积分法对数据进行了拟合并求取相关参数,研究结果为韩城矿区后续工作面开采沉陷的预计和保护煤柱留设提供了参考依据。     

厚黄土层下采动地表沉陷规律研究

为研究辛置煤矿厚黄土层下采动地表沉陷规律,采用现场实测、理论分析和UDEC~(2D)离散元数值模拟相结合的方法,分析了地表沉陷的基本特征,构建了基于坐标变换的倾向地表下沉和水平移动拟合函数模型,确定了地表沉陷的角量参数和预计参数,论证了数值模拟力学参数的可靠性,并进一步讨论了地质采矿条件对地表下沉率和最大下沉角的影响。研究表明:①该矿前期条带开采地表下沉量很小,间隔煤柱回收后地表沉陷量显著增大,实测地表最大下沉量为1 537 mm,最大下沉角为79°,下沉系数为0.74;②采动程度与地表下沉率服从Boltzmann函数关系,与最大下沉角服从负指数函数关系;③黄基比与地表下沉率和最大下沉角的关系可用双指数函数进行表达。