基于Matlab的矿区地表移动与变形计算方法研究

运用开采沉陷理论、概率积分法、Knothe时间函数和坐标转换理论,基于Matlab编程语言对煤矿采空区地表移动变形值计算方法进行了探讨,主要得到了以下几个方面的成果:采空区上方地表移动与变形计算;预计时刻地表下沉与变形动态值预计;地表下沉等值面图和三维可视化效果图的自动绘制;采空区上方地表任意方向下沉与变形剖面图绘制;地表移动变形分布规律分析。本文的程序运行成果与矿区数字地形图一起作为G IS的输入数据进行矿区地表历史DEM的反演,对生产矿井开采技术可行性分析、地下保护煤柱设计以及矿区生态环境损害评价分析将起到至关重要的作用。     

新增荷载对采空区影响的相似材料模拟实验研究

以相似材料模型为基础,对老采空区上方进行多次分级加压,采用XJTUDP系统进行观测处理,得到了不同荷载下地表的变形规律以及相同荷载作用下不同岩层的变形规律,并通过回归分析得出了老采空区在新增荷载作用下地表下沉的预计公式,能够为老采空区上方新建建筑物的评价和治理提供一定的依据。     

新增荷载对采空区影响的相似材料模拟实验研究

以相似材料模型为基础,对老采空区上方进行多次分级加压,采用XJTUDP系统进行观测处理,得到了不同荷载下地表的变形规律以及相同荷载作用下不同岩层的变形规律,并通过回归分析得出了老采空区在新增荷载作用下地表下沉的预计公式,能够为老采空区上方新建建筑物的评价和治理提供一定的依据。     

采空区上方地表建筑物地基稳定性时空效应分析

由于地下矿体的开采,导致采空区上方地表及其附近出现沉陷变形,为防止损坏地面建筑物,需要对建筑物的地基进行稳定性评价。以玻璃工业园建筑工程地基稳定性的研究为例,利用采空区沉陷的时间效应、三带理论对采空区上方及附近地基的稳定性进行定性评价;应用概率积分法对采空区的沉陷变形及影响范围进行了定量评价,并对采空区上方建设建筑物提出了相应的安全保护措施。     

FLAC在老采空区地基稳定性评价中的应用研究

以皖北某矿老采空区上方地基稳定性评价为例,研究了应用FLAC进行老采空区地基稳定性评价的过程与方法。研究表明,使用FLAC模拟老采空区地表移动和变形必须对岩层参数进行修正。模拟计算结果显示,老采空区地表残余移动变形与一般开采条件下主断面地表移动和变形具有相同的分布规律,在载荷作用下,地表移动和变形的大小范围均增大,该区域地表残余移动变形不会影响新建建筑物的安全使用。     

兖州矿区采煤塌陷区建筑物地基稳定性评价

煤矿开采造成的地表塌陷使工业建设用地、农业耕地保护之间的矛盾日益加剧。充分开发和利用采煤沉陷区,可解决建设用地紧张的现状。通过研究老采空区残留空洞和空隙分布规律、建立老采空区残余移动和变形预测模型,对老采空区地基稳定性评价、老采空区上方进行住宅建设拟采取的地基处理措施研究等都具有重要的理论和实际意义。     

采空区上方地基稳定性评价

 摘 要 为获得有效的老采空区地基稳定性评价方法,以淮北金岩、相南小区为例,根据收集的地质资料,应用概率积分法对采空区的沉陷变形及影响范围进行了定量评价;在结合建筑物荷载影响深度与老采空区冒落裂缝带发育高度相对位置关系的研究的基础上,对采空区上方地基的稳定性进行了定性评价,论证了在该小区建设建筑物的可行性;对采空区上方建筑物提出了相应的安全保护措施,为该小区建设提供了技术依据。     

渑栾高速采空区路段建设场地稳定性评价研究

针对老采空区上方建设场地在稳定性评价方面存在模糊性和复杂性的不足,基于三角模糊层次分析法与云模型,对渑栾高速采空区路段建设场地进行了稳定性评价研究。首先,顾及水文地质条件、开采技术条件、场地变形特征和外界扰动四方面因素,建立了老采空区上方建设场地稳定性综合评价模型;其次,考虑到评价过程的复杂性与不确定性,提出三角模糊函数的层次分析法用于确定各评价指标的权重;最后,采用云模型将研究区域各影响因素的评语集转换为云模型的数字特征,再结合评价指标的权重可以得出研究区域的稳定性等级。将研究成果应用于渑栾高速采空区路段建设场地的稳定性评价,结果表明：该区域路段建设场地主要呈稳定和基本稳定状态,据此提出了适用于渑栾高速采空区路段的路基、路面处治对策。     

老采空区上方建筑物稳定性分析及抗变形设计

为实现煤炭资源的就地深加工,朝川煤化工工业园建设在朝川矿一井和二井之间的老采空区上方,结合建设区域的采空区特点,分析了老采空区残余变形的预计方法,对老采空区上方建筑物的稳定性进行了评价,对整个建筑群进行了合理布局.针对建设区域变形特点,探讨了残余变形超限的建筑物抗变形设计的方法并成功应用于实践.监测结果表明,位于老采空区残余变形影响区域的抗变形建筑物保持了稳定,项目建设达到了预期目标.     

浅部老采空区地表建设可行性评价

针对浅部老采空区地表建设可行性问题,提出3个方面主要评价:老采空区覆岩是否已垮落压实;若未完全垮落,其稳定性如何,若失稳,地表是否会产生非连续变形;地表残余沉降与变形量值。研究并推导了荷载影响下浅部老采空区残留煤柱失稳和残留空洞覆岩整体失稳的判别公式;研究了残留空洞上覆岩层逐层破断向上发展的条件,推导了地表发生非连续变形的判别公式;指出浅部老采空区地表残余移动变形可采用残余变形系数法或等效厚度法进行计算。最终,根据不同采煤方法结合采取的措施给出了浅部老采空区地表建设可行性评价指标和准则。工程实例证明了评价方法的合理性和浅部老采空区地表建设的可行性。     

徐州某高层建筑场地采空区地表残余变形分析

 地表残余变形研究是煤矿新近采空区能否作为高层建筑用地的重要依据。本文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。研究结果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。     

煤矿开采对马家石畔沟大桥影响研究

针对马家石畔沟大桥受开采影响情况,从地表移动变形及地基基础稳定性两方面进行分析。根据大桥移动变形的观测数据,结合大桥结构及开采区地质开采条件,分析给出了采空区地表移动变形规律。在此基础上,结合大桥受损现状分析,应用概率积分预计模拟方法,模拟预计了开采地表剩余移动变形对大桥的影响程度,确定了开采对大桥影响程度在I级范围内。针对大桥的地基稳定性,运用传统分析与FLAC3D的结合,确定了大桥下伏采空区处于基本稳定状态,研究结果可作为桥梁的后期修复的依据。     

切顶卸压技术在工作面终采线的研究及应用

各矿工作面终采线虽已按规定留设60 m以上保护煤柱,但工作面回采后附近巷道仍会受到采空区压力影响,从而有不同程度的变形受损,需对其进行修复。为减少采空区压力对附近巷道的影响,采用切顶卸压技术切断采空区顶板的应力传递,避免采空区压力破坏附近大巷,经济效益和安全效益显著。     

开采深度对沿空掘巷围岩变形规律的影响

为研究开采深度对沿空掘巷围岩变形规律的影响,运用FLAC3D数值计算,建立了沿空掘巷数值计算模型,从巷道围岩应力分布、巷道围岩塑性区分布和巷道围岩表面位移分布3个方面分析了不同开采深度下沿空掘巷围岩变形规律,并成功指导了工程实践。     

开采沉陷影响下高速公路变形破坏的试验研究

通过相似模型试验模拟,研究了煤矿开采沉陷影响下高速公路路基与路面的变形破坏规律,试验表明：路基随地表发生连续、渐变、有规律的变形,其内部发育的裂缝随工作面的推进逐渐闭合压实;路面破坏前与路基之间存在空区,路面内部有竖向裂缝发育。得出了路面与路基且与地表沉陷变形不一致的结论。并提出路面基层出现断裂是高速公路受开采沉陷影响发生破坏的标志,利用线弹性断裂力学理论推导出高速公路发生断裂破坏判据的力学计算式,解释了开采沉陷影响下高速公路变形破坏的机理。     

Stability assessment of the freeway over the gob of coalmine

The freeway passes over the gob area of the Zaibo coalmine or its neighborhood when it is built. It is a noticeable problem that the construction of freeway and the underground coal mining interact, especially the deformation and destruction of the gob area of the coalmine influence the long-term stability of the freeway. In the paper, based on the actual data of the exploration about the gob area of Zaibo coalmine and the built project of the freeway, the variety rule of the coal beds below the freeway was studied by using of FEM during the process of coal mining. The statuses of the stresses and strains, the varieties of the plastic area were simulated in the whole rock mass. The characters of stresses and deformation of the gob area of the coalmine were analyzed and evaluated after the freeway built. The long-term stability of the gob area was predicted. The deformation of the gob area under the freeway has not been finished, and the relative measures must be taken.     

不同采高下瓦斯通道卸荷损伤演化及抽采验证

为解决大采高采场及上隅角瓦斯超限问题,基于卸荷岩体力学分析了采高对采空区顶板卸荷及瓦斯通道损伤演化的影响,结合损伤力学建立了损伤因子与卸荷量及渗透率的关系,采用离散元软件计算了不同采高下采空区顶板卸荷及瓦斯通道损伤演化规律,根据卸荷后有效应力与渗透率关系研究了不同采高下瓦斯通道的卸荷损伤范围,提出利用大采高开采形成的优势瓦斯通道在中高位断裂带内采用大直径定向钻孔抽采采空区瓦斯,并验证了瓦斯通道的贯通发育。结果表明:采空区顶板卸荷程度随采高增大非线性增长;采高越大,采空区顶板卸荷量及损伤因子越大,裂隙发育数量越多,采空区顶板渗透率突变点及瓦斯通道发育的高度越大;应用153 mm大直径钻孔抽采流量为96 mm的2～3倍,中高位瓦斯通道区钻孔抽采浓度约为中低位的2. 4倍。     

深部高强锚注切顶自成巷方法与验证

针对深部高应力回采巷道围岩控制难题,以我国最大采深矿井——山东泰安孙村煤矿为工程背景,对传统沿空掘巷、锚杆(索)支护巷道进行监测分析,结果表明:巷道围岩变形量大,破坏范围广,锚杆大部分处于强度劣化区内,难以发挥支护作用,锚索受力大,接近极限破断力。为解决上述问题,系统开展了不同煤柱宽度、地应力大小、顶板围岩强度、切顶高度等影响因素下的数值试验研究,建立了顶板应力释放率、侧向支承压力提升率与围岩变形控制率等定量评价指标,对比分析了多种因素下切顶自成巷与沿空掘巷矿压变化规律与围岩控制机制。基于此,提出了深部高强锚注切顶自成巷方法,利用高强锚注提高巷道顶板完整性,利用顶板预裂切缝切断采空区与巷道顶板之间的应力传递,使巷道处于应力降低区。为进一步验证该方法的合理性,利用自主研发的地质力学模型试验系统,开展了模型试验对比研究,高强锚注切顶自成巷围岩应力比沿空掘巷平均降低20.8%,围岩变形量为后者的45.1%,应力释放与围岩控制效果明显。结合上述研究,提出了相应的工程建议,并在孙村煤矿2215工作面进行了现场应用,监测表明该方法有效控制了巷道围岩变形,实现了无煤柱开采。     

露天转地下开采诱发高边坡滑移机制研究

露天转地下开采过程中边坡稳定问题是矿山安全生产的关键技术和核心难题之一。以工程实例为基础,应用离散元数值模拟,选取合适的力学参数,运用3DEC、Matlab等软件系统,分析了地下开采对高大边坡稳定性的影响机制、滑移特点和后续变形发展趋势。研究结果表明：受露天与地下开采两者的复合采动作用的影响,滑移变形产生了叠加作用,地表的下沉曲线形成多个大小不同的下沉盆地,导致不同区域边坡岩体变形破坏程度也不同。根据数值模拟结果可知：地下采区的不同开采阶段诱发的移动角大小不同,开采厚度不同,上覆岩体的破坏程度也不同。所以,露天转地下开采中,边坡稳定性主要受到采空区处理方式和开采厚度等多重因素的影响;在边坡稳定性评价时,需要结合具体开采情况进行分析和评价。     

矿山采空区建筑安全与施工技术分析

随着我国采煤的大幅度增加,覆岩下沉、倾斜、曲率、移动变形带发育规律研究受到人们的高度重视,也对建筑物、铁路、农田等造成破坏。我们需要合理决定是否继续开采,减少盲目开采地下资源,进而减少采空区塌陷给上部建筑物带来的危害,减少国家和人民的经济损失和精神损失。本文论述了矿山采空区对于地表建筑的影响,通过案例分析了矿山采空区建筑安全与施工技术。