地表动态沉陷变形的三个阶段与规律

文中将地表动态沉陷变形发展变化的全过程划分为下沉发展、充分下沉和下沉衰减三个阶段，分别分析了这三个阶段地表沉陷变形的发展变化规律。     

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。     

动态地表沉陷变形对施工期建筑物的影响

施工期抗采动砖混建筑物的强度和刚度均达不到设计值，在动态地表沉陷变形作用下会过早产生破坏，本文分析了地基荷载变化、构件强度与养护期的关系，不同施工阶段的结构刚度、地表下沉速度的影响，给出了可受采动影响的临界养护期，易受采动危险性（施工阶段）和允许的采动变形值。     

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。     

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。     

高构造应力下充填采矿引起的地表变形规律

为了揭示高构造应力复杂环境下充填采矿诱发的地表变形规律及内在机理,以金川二矿区为工程背景,借助数值计算、现场监测及理论分析等手段,对二矿区地表沉降变形规律的时空演化过程进行研究。结果表明：构造应力环境下充填采矿引起的地表垂直变形经历了萌芽、分化及发展阶段,地表由起初的整体沉陷变形逐渐演化为一个下沉变形区域和一个上升变形区域,且后续矿体回采,将进一步促进地表位移上升区域的发育,但下沉变形逐步趋于稳定,这与自重应力型矿山地表沉陷特征存在本质的区别。水平构造应力、围岩的力学性质、充填体等的共同作用则是产生地表上升变形的内在动力。     

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%。     

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。     

深部厚煤层条带开采地表沉陷规律模拟研究

通过对条带开采地表沉陷影响因素中开采几何尺寸的模拟,分析比较了不同采深地表沉陷特征。得出了在不同采深地表最大下沉量与采出率的回归公式,在采深较大的情况下,随着采出率的增大,地表最大下沉量的增幅有减小的趋势。另外,地表最大水平拉伸变形与采出率符合多项式函数关系,随着采出率的增加,采深较大时地表最大水平拉伸变形增加的幅度较小。     

大柳塔煤矿地表沉陷移动变形规律研究

以大柳塔矿为工程背景,综合运用数值模拟方法、现场资料数据分析,对大柳塔矿地表移动沉陷进行了规律研究。结果表明:由于工作面推进速度的提高,使得煤层上覆岩层的各个层次下沉的速度均得到不同程度的加快,从而使得上覆岩层的相对悬空时间减少,所以导致了地表移动变形的集中;通过对工作面地表现场的实际测量和分析得出了地表下沉的最大速度是430 mm/d,因为地表下沉的速度大,所以从开始下沉到达到下沉的最大值所用时间较短,并且下沉量大,走向观测线上的点Z10的最大下沉量为3.959 m,并且由于下沉地区中心位置的下沉量较大,而且采区四周的下沉量在较小的范围内快速降低,下沉地区的边界十分收敛,从而导致了下沉地区的边缘非常陡峭;地表从开始下沉到接近最大下沉量所用不到6个月的时间,而且稳定时间较长,最后下沉100 mm接近10个月的时间才能达到稳定。     

采动区地表变形对砌体结构的影响研究

为研究采动区地表变形对砌体结构的影响规律,结合实际工程,利用有限元软件ABAQUS对某煤矿3105工作面1号宿舍楼进行模拟,分析砌体结构在地表变形作用下的应力状态、受力机理及易损部位,为采动区砌体结构抗变形加固提供依据。结果表明:倾斜变形对砌体结构影响最小,曲率变形影响最大。曲率变形作用下,结构损伤较严重且主要集中在结构中部和两端;地表水平拉伸变形对砌体结构影响大于压缩变形,两者对底层墙体影响显著,对上层墙体影响较小。     

地表下沉衰减函数与塌陷区稳定性分析

根据地表下沉的3个阶段,分析了地表下沉速度的主要影响因素;以Knothe时间函数为基础,导出了适用于衰退期及其之后的下沉衰减函数,并提出下沉衰减函数中参数的确定方法.针对兖州矿区典型塌陷区不同的地质开采条件和现场实测资料,求出了典型塌陷区的下沉衰减函数和残余下沉量;最后提出了塌陷区稳定性评价指标和塌陷区稳定性分类方法,将塌陷区分为非稳定型、相对稳定型和稳定型,并对塌陷区进行了稳定性评价.     

基于TerraSAR-X数据监测矿区地表沉陷

采用TerraSAR-X数据,运用GAMMA软件进行D-INSAR二轨法数据处理,获得某矿区工作面地表下沉数据,绘制出相应的下沉盆地,对比实测数据,研究得出:矿区D-INSAR监测下沉值曲线与水准实测下沉值曲线在走势上一致,得到了两者差值和点位距离地表最大下沉点距离之间的变化规律;尝试性的给出了改正公式;改正效果满足地表形变监测的需要。     

基于PS-InSAR监测的石油开采地表下沉模型反演

石油开采造成油层压实,引起地表下沉,导致地表移动变形,对地面设施产生损害影响。石油开采引起的地表下沉比较缓慢,应用常规的大地测量监测技术无法实现大区域动态监测。为了准确掌握某油田的地表下沉的发展过程,本文采用33景升轨Sentinel-1A数据,运用PS-InSAR技术对油田进行地表下沉监测,获取了该区域2017年3月至2019年11月的地面下沉场,分析了该区域在监测时间段内的下沉演化情况,该油田下沉面积达29.5km2,监测时间段内该采油厂最大下沉速率为-210.9mm/a,最大累积下沉量达-585.6mm;根据地表下沉理论,应用参数反分析的方法,建立了基于弹性薄板理论的地表下沉与变形计算模型。根据反演模型计算,截至2019年11月,该油田地表最大倾斜为0.47mm/m,最大水平拉伸为0.42mm/m,最大压缩变形分别为-0.34mm/m,计算结果为评价该区域开采损害风险评估提供了依据。     

厚表土采矿工程非采动环境效应

通过水动力学，土力学及井筒热效应分析，论述了我国一些煤矿近年来发生的井筒破裂及地面沉降形成机理。井筒破裂并非单一因素造成的。而是在特定的地质环境中，由于采矿工上起地质环境及力学机制产生的综合环境效应。研究区深部土体失水压缩变形与渗透变形所产生的地面沉降，与浅部土失水压缩变形所产生的地面沉降具有不同的形成机理，主压轴层不在浅部粘土类土层，而在底含的砂、砂砾石类土层中，而深部粘土地不失水压缩变夺主压轴     

厚松散层开采条件下地表沉陷数值模拟分析

在厚松散层开采条件下,地表移动变形有自身的特点和变形规律。根据巨厚松散层下矿区的地质采矿条件,采用FLAC3D程序数值模拟软件,得到了100~350m不同厚松散层厚度条件下岩层垂直位移云图及地表下沉曲线。探讨了地表最大下沉值W、下沉系数q与松散层厚度之间的关系,分析了厚松散层开采条件下地表移动变形的特殊规律,并从岩层与地表移动变形机理方面进行了解释,进而得到了特定矿区厚松散层开采条件下沉陷规律。     

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．     

条带充填开采充填率对地表移动影响因素研究

解决“三下”压煤问题的关键是地表沉陷的控制技术。条带充填技术的发展提供了一种经济有效的地表沉陷控制技术,本文采用数值模拟的方法研究了厚松散层下条带充填开采充填率对地表移动变形的影响因素及其规律。结果表明随着充填率的增加,主断面地表移动变形的下沉值、倾斜值(绝对值)、曲率值、水平变形值逐渐减小;当充填率由64.5%~69%时,地表最大下沉值、倾斜值极大值呈显著减小趋势,曲率极大值的减小幅度有所降低,水平变形极大值的减小幅度先减小后变大。     

毛乌素沙漠区煤层开采地表移动变形规律研究

我国西部矿区生态脆弱,煤炭资源开采引起的地表移动变形是破坏生态环境的重要因素。为了研究毛乌素沙漠矿区采煤引起的地表移动变形规律,在某矿首采面上方建立了地表移动观测站,利用球心空间拟合RTK测量技术进行了地表移动变形定期监测。通过对实测数据进行分析,得到了以下结论：①地表移动过程是连续渐变的,地表移动盆地边界角为58°,移动角为63°,裂缝角为79°;②地表下沉速度快,实测最大下沉速为110 mm/d,最大下沉速度系数为3.14,明显大于我国东部矿区类似深厚比条件下中厚煤层综采的下沉速度;③地表楔形裂缝发育,主要位于采区边界和工作面前方,拐角处呈现弧形状态;④地表移动分布规律基本符合概率积分法模型,利用遗传算法反演得到了概率积分法模型参数。上述研究成果将为类似矿区合理留设各类保护煤柱、地表沉陷预测以及设计“三下”采煤方案提供参考。