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。     

黄玉川煤矿沉陷区公路快速修复与治理

公路建设提高了矿区及周边地市的出行速度与出行质量,对于受采煤沉陷影响的公路治理,常采用封路且标准化路面重建、局部封路标准化修复、快凝材料快速修复、预制板机械吊装快速修复等方法进行道路的重建或修复;该类工艺存在或因修复路段过长而增加建设费用,或因无法适应地表剧烈移动变形、或无法避免工作面二次采动影响、或造价高、或封闭且重建道路周期长等特点,不适用于煤矿采煤沉陷区。为解决路面移动变形大、范围广、多次扰动的采煤沉陷损坏问题,以黄玉川煤矿西青线公路为背景,首先对工作面开采后地表移动变形进行计算分析,基于路面与地表的移动变形数值差异,结合当地路面移动变形损害阈值、路面抗采动能力等,建立了西青线路面移动变形与地表移动变形的关系方程;其次依据路面损坏分区判别准则对西青线路面损坏进行了分区;然后开展了各分区的路面快速维修技术工艺研究与实践。研究及工程应用表明：结合地表与路面的移动变形关系方程,将路面损坏分为一般裂缝区与非连续型裂缝区;轻微变形裂缝区域路面采用灌封处理,剧烈变形非连续型裂缝区域采用六角形混凝土砖及其附属工艺进行路面快速修复处理,地表移动变形稳定后再进行标准沥青路面的重铺。     

神东矿区超大工作面开采沉陷参数取值研究

神东矿区超大工作面开采对环境影响剧烈。针对超大工作面开采地表沉陷参数精确取值的问题,根据研究区地质采矿条件设计了4个因素、5个水平正交数值模拟试验方法,研究工作面参数对沉陷参数的影响规律,并给出适合现场条件的概率积分法预测参数。采用有限差分数值模型并结合由正交设计得到的25个模拟试验方案,计算模型地表的移动变形数据和沉陷参数,包括下沉系数、水平移动系数和走向边界角。用方差分析法提取对沉陷参数影响显著的工作面参数,发现下沉系数受工作面倾向长度影响显著,水平移动系数受采厚和工作面推进距离影响显著,边界角受采厚影响显著。对正交试验结果进行最小二乘拟合,得到了由工作面参数计算下沉系数、水平移动系数的公式。在研究区地质采矿条件下,这两个系数应分别取0.532、0.266,输入沉陷预测软件计算的结果与实测数据吻合良好。研究可为类似条件下矿区超大工作面地表沉陷预计参数精确取值提供参考。     

相邻工作面开采地表动态沉陷规律

为研究同煤层老采空区影响下的相邻工作面开采地表移动变形规律,在陕北榆神矿区金鸡滩煤矿建立了GNSS连续变形监测系统,通过对连续监测数据的分析处理,并结合FLAC~(3D)数值模拟,揭示了同煤层相邻工作面重复开采条件下的动态非对称性沉陷规律。研究表明:①受同煤层老采空区影响,相邻工作面在重复开采条件下,工作面中心两侧相同距离监测点的下沉值、下沉速度、水平位移及移动变形持续时间等并不相同,表现出极不对称性;②已破坏的老采空区岩层对重复开采响应快速,其移动变形更加敏感、剧烈,稳定时间较长;③数值模拟分析体现出,相邻工作面开采条件下地表下沉系数增大了5%,倾向方向地表移动变形影响范围增大了35.7%,走向主断面并未经过工作面中心,而是偏向老采空区一侧30 m,老采空区塑性破坏区高度增大了21.4%。分析结果对于相邻工作面重复采动条件下的地表移动变形预计、矿区土地复垦及矿区地面建筑物保护具有一定的参考价值。     

东胜煤田典型煤矿开采沉陷变形破坏研究

针对鄂尔多斯市东胜煤田煤矿开采沉陷引起的地表变形、破坏等问题，基于采动地表移动规律，结合东胜煤田典型煤矿岩移观测台账，采用非线性函数拟合法对采动引发的地表变形规律进行拟合；应用概率积分法进行对比验证，分析得出东胜煤田地表最大下沉速度与采矿条件之间的关系；应用极差和方差进行分析得出各影响因素中最大显著因素。以上研究成果以期为矿井工作面优化设计、采动损害程度评价预测以及采煤沉陷区的生态修复等提供基础参考和科学依据。     

煤矿开采地表沉陷预测及其防治研究

以陕西某矿4号开采煤层为研究对象,通过地质条件分析和地表移动变形现场观测,得出非充分采动条件下对地表的沉降规律,并通过FLAC^3D模拟进行验证。研究结果表明,仅有1个工作面开采时,地表下沉量很小,沉降系数为0.028,没有对地表的建筑物造成破坏;当2个工作面交替回采时,地表的沉降变形明显增大,沉降系数达到了0.15,属于非充分采动范围,不对地表建筑物造成破坏。开采工作面数量的增多不会增大地表的移动范围,使得地表下沉量和下沉速度显著增大,主要是受坚硬顶板的控制。当采深大于1.5 m以后,地表进入充分采动状态,地表建筑物将遭到破坏。研究结果阐明了煤矿工作面开采后的地表沉陷规律,也为相似地质条件矿井的地表沉降防治提供了参考。     

风沙区井工煤炭开采对土地生态的影响及修复

能源“金三角”地区已成为我国能源开发的主战场,该区域大都位于风沙区,煤炭开采对该区域生态影响直接关系到矿业和区域的可持续发展.本文基于多年的监测并结合前人研究成果,系统探讨了该区域煤炭开采对土地生态的影响和修复方法.研究表明:土地生态的监测方法是揭示煤炭开采对土地生态影响的关键,以井下开采信息为先导的多源信息采集与处理以及定位、动态和长期的监测方法更具有说服力;煤炭开采对风沙区土地生态具有一定影响,主要表现在地表形变、裂缝、土壤水分、土壤理化特性和植物生长的影响,这些影响除沉陷盆地边缘裂缝外,都能在较短时间内由于自修复和自然修复而逐渐消除;该区域的生态修复应采用分区修复模式,即均匀沉陷区的自然封闭修复和非均匀沉陷区的植物修复为主、工程修复为辅的人工诱导修复模式;同时要尽可能采用超大工作面和边沉陷边充填裂缝的边开采边修复模式,从源头减轻土地生态损伤和及时修复.     

补连塔矿复杂条件下大采高开采地表沉陷实测

为研究补连塔矿浅埋深近距离煤层不同条件下(长壁采空区、煤柱区和旺采区下),大采高支架一次采全高工作面开采的地表移动规律,采用建立地表移动观测站对补连塔煤矿32301工作面地表沉陷进行了实测分析,结果表明:补连塔矿32301大采高支架一次采全高工作面开采引起的长壁采空区、煤柱区地表移动特征分区明显;长壁采空区的最大下沉速度比煤柱区大,最大下沉速度滞后距比煤柱区小.长壁采空区和煤柱区的下沉系数分别为0.78和0.51;长壁采空区的最大下沉速度为490 mm/d,最大下沉速度滞后距为61 m;煤柱区的最大下沉速度为234 mm/d,最大下沉速度滞后距为80 m.     

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...     

浅埋深厚煤层高强度开采地表沉陷规律研究

以西部神东矿区大柳塔煤矿为工程背景，选取典型的浅埋深高强度开采工作面52307工作面为研究对象，设立地表岩移观测站，并结合RTK观测技术与三维激光扫描技术进行实时监测，基于关键层理论和CISPM综合地表沉陷预计模型软件，综合分析在浅埋深高强度开采条件影响下，地表移动变形特征、地表岩移角值参数变化以及地裂缝发育等问题。研究结果表明：在工作面从开切眼向前推进过程中，地表下沉值在开切眼位置较小，之后突然迅速增大，下沉曲线急剧变陡，当达到最大下沉值时，下沉速度开始变缓；地表移动变形主要集中在工作面中部，工作面四周下沉变形较小，地表移动影响范围较小；大柳塔矿区地表岩移角值参数偏大，基岩移动角和边界角分别达到了87.7°和84.1°。开采引起的地裂缝整体呈“C”字型主要分布在工作面中部；随着工作面的不断推进，地裂缝从开切眼位置开始继续向回风巷一侧缓慢延伸、发育并逐渐闭合，最终形成连续包围“漏斗”型形状；地裂缝总是滞后于工作面出现，地裂缝滞后距与工作面推进速度呈线性增大的关系。根据地表沉陷规律及地裂缝发育分析结果得出，在浅埋深厚煤层高强度开采条件下，由于工作面开采强度大、推进速度快、关键层结构单一且...     

唐山市马家沟矿开采沉陷损坏特征研究

开采沉陷损坏特征研究对于矿区沉降机理分析和生态修复利用至关重要。以唐山市马家沟矿区为例,根据该区域煤炭开采和矾土矿资源赋存特征,结合现场勘测与调查资料,分析了矿区开采沉陷变形损坏 特征。结果表明：急倾斜煤层开采在下山方向地表易形成台阶状非连续变形地裂缝,处于裂缝处的建（构）筑物破坏严重,位于裂缝以外的建（构）筑物破坏轻微,说明开采沉陷在裂缝处发生集中变形;根据物探勘 测,原采动过程中形成的地裂缝随着开采沉陷的稳定绝大部分闭合密实,但个别裂缝仍存在;在急倾斜煤层露头区域,不仅在开采过程中地表出现抽冒塌陷现象,而且开采沉陷稳定若干年后仍可能出现抽冒塌陷现象 。上述分析可为闭坑后的马家沟矿区采空区专项勘察及塌陷土地建设提供基础数据和设计依据,同时对国内类似矿区开采沉陷规律研究及矿区景观生态修复也有一定的参考意义。     

我国采动地裂缝形成机理研究进展

煤矿区采动地裂缝可对岩土工程的稳定及土地生态安全造成严重威胁,研究其形成机理有助于实现矿区资源与环境协调开发。根据采动地裂缝的力学成因进行分类,系统梳理了不同类型采动地裂缝形成机理研究进展,分析了采动地裂缝的影响因素与研究方法,讨论了相关的关键科学问题。分析认为,岩层破断与表土层形变过程尤其是基岩与松散层接触面的应力-应变机制、动态地裂缝多周期形成机理、顾及多因素耦合影响效应的力学模型构建、多技术手段的综合运用、深部开采与生态脆弱矿区高强度开采以及煤炭开采新技术引起的地裂缝形成机理等将是未来研究的难点与发展趋势。     

浅埋煤层群开采的区段煤柱应力与地表裂缝耦合控制研究

为了探索浅埋煤层群开采减缓煤柱集中压力并实现地表均匀沉降和地表裂缝耦合控制,通过物理模拟和数值计算揭示了煤层群开采中不同区段煤柱错距的间隔岩层破断规律、煤柱集中应力分布规律、覆岩和地表裂缝发育规律及地表沉降规律,掌握了不同区段煤柱错距与煤柱应力集中及覆岩裂隙演化的关系。研究得出,根据煤层间岩层的破断规律,确定合理的上下煤层区段煤柱错距,可避免上下煤层区段煤柱间的集中应力叠加和煤柱支承影响区的岩层非均匀沉降,实现煤层群开采的应力和裂缝耦合控制。建立了浅埋煤层群开采的煤柱群集中应力和地裂缝控制模型,得出了避开煤柱集中应力和实现地表均匀沉降的耦合判据,揭示了减缓煤柱群集中应力和实现地表均匀沉降的机理。     

我国采煤沉陷地土壤质量研究进展

煤炭开采引起地表沉陷,使地表变形、坡度加大,土壤侵蚀加重,对土地资源造成了严重破坏,导致土壤质量下降。基于此,分析了采煤沉陷对土地破坏的特征,对有关采煤沉陷地土壤质量变化研究成果进行了综述,包括土壤物理性质变化、化学性质变化以及生物性质变化的研究,总结了其变化规律;探讨了采煤沉陷地土壤质量研究中的不足。最后综合目前研究的进展以及存在的问题,提出了今后采煤沉陷地土壤质量研究的重点和方向。     

风沙区采煤扰动下土壤养分含量的演变特征

为揭示超大工作面开采过程中采煤沉陷对土壤养分影响的演变特征,并为矿区生态自修复研究提供理论参考。选择大柳塔矿某综采工作面,分别对开采前、开采过程中、开采结束及地表稳定后这一煤炭开采全周期的对照区及沉陷区进行取样,对比分析土壤养分含量。结果表明:土壤pH值随开采进度呈增大趋势,地表稳定后逐渐降低;有机质、速效磷及全氮随开采程度呈先降后增的趋势;速效钾一直呈增大的趋势,与有机质、全氮及速效磷变化趋势不一致。地表稳定后土壤养分含量与对照区基本趋于一致,表明沉陷区土壤养分具有一定的自修复特征。     

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。     

山西省大同塔山煤矿地质环境问题与治理对策研究

大同塔山煤矿位于大同煤田中东边缘地段,赋矿地层主要为侏罗系大同组,目前已采空;二叠系山西组、石炭系上统太原组,煤层厚73.67～93.40 m,平均厚85.16 m,含煤系数为36%,为主要采煤层。因采煤造成的地质环境问题主要为地面沉陷、地裂缝,边坡崩塌、滑坡等,地形地貌景观破坏,原煤储存、运输等造成的粉尘污染等,影响周边耕地面积约43.97 hm²,约合44 hm²旱地遭受减产损失。矿区通过回填矿山地面塌陷、裂缝等综合治理手段,土地翻耕面积118.42 hm²。通过植被绿化,恢复土地功能。其中,耕地增加54.77 hm²、有林地49.74 hm²、灌木林地3.34 hm²、人工牧草地469.08 hm²,达到了良好的生态、社会效益。     

神木北部采煤塌陷区土壤与植被损害过程及机理分析

通过对神木北部矿区塌陷1,2,5,10 a和未塌陷区植物群落调查和土壤因子的测试,采用因子分析法评价不同塌陷年限下土壤质量和植被群落结构优劣,同时利用冗余和聚类分析研究植物与土壤之间的相互关系及其演变过程,并基于植被—土壤耦合模型判定不同塌陷年限土壤因子与植物群落耦合协调性。结果表明:1采煤塌陷导致土壤质量与植被群落结构退化,随塌陷时间的推移呈自然恢复趋势,但10 a后植物群落结构和土壤因子仍不能恢复至塌陷前水平;2塌陷区土壤有机质、水分和微生物是决定土壤质量和植物群落特征的关键因素,土壤硬度、速效养分和酶类是影响植物群落生产力和多样性的主要因子,而全效养分影响力相对较小;3塌陷区植物群落和土壤质量大体经过退化、改善和初步恢复3个不同的演化阶段;4植被与土壤的耦合协调性塌陷2 a后逐渐恢复,但至塌陷10 a仍未达到未塌陷地良好的耦合协调水平。神木北部矿区采煤对生态环境损害具有一定延续性,且生态系统自修复能力较弱,因此减少采动损害、实行自然与人工修复相结合应作为该区生态环境保护的指导原则。     

综放工作面过运煤公路下开采技术

为了解决公路下安全高效开采技术问题,将工程实践、岩移观测、数值计算、理论分析相结合,对黄土沟壑区开采沉陷特征及公路下开采技术进行了研究。结果表明:由于煤层埋藏浅,第四系冲积层厚度大强度低,覆岩破坏剧烈,导水裂缝带直达地表,综放回采初期在上下顺槽内侧和切眼外侧出现台阶裂缝,裂缝走向与回采边界平行,落差较小;煤层开采达到或超过充分采动后在回采边界岩体沿煤壁整体切落,地表出现大的台阶裂缝;地表台阶裂缝的出现受地形影响比较明显,边坡土体在重力作用和开采沉陷影响下,地表裂缝更加发育;路基下部的厚黄土层可吸收部分开采沉陷变形,对减轻公路破坏发挥了一定作用;可按台阶裂缝角划定公路保护煤柱,煤柱内不放煤,地表及时采取措施可实现公路的安全运行。研究成果为相似地质条件公路下煤矿开采提供了技术参考。