特厚煤层充分采动覆岩下沉规律研究

大同矿区特厚煤层临空工作面开采过程中强矿压显现问题较开采首采工作面时严重。为研究特厚煤层充分采动条件下的覆岩运移规律,采用采动覆岩内部岩移无线远程监测系统、钻孔电视窥视技术,对同忻煤矿8202工作面覆岩下沉位移变化进行了监测与分析,结果表明:特厚煤层大空间开采早期,覆岩会超前工作面出现自上而下的岩层变形破坏现象,之后才发生自下而上正常的层组破断下沉运移;采场覆岩变形破坏呈现阶段性台阶跃升的变化特征,与关键层所处位置具有一致的对应关系,表明关键层在岩层运动中起主控作用;充分采动条件下覆岩运动出现联动下沉现象。通过物理模拟试验进一步研究了充分采动时覆岩全地层联动下沉的本质,结果表明在主关键层初次破断前,各关键层的分组分层运动趋势较明显,当主关键层初次破断后,受各关键层周期破断长度及上下岩层复合破断规律的影响,覆岩下沉运移更易呈现全地层联动现象。     

无煤柱切顶留巷覆岩破坏特征及微震实测研究

为进一步研究无煤柱切顶留巷技术开采后的覆岩破坏规律,以柠条塔煤矿S1201-Ⅱ工作面为工程背景,采用物理相似模拟与数值模拟的研究手段,结合现场微震监测技术建立了微震波形数据库,研究了随工作面持续开采,无煤柱切顶留巷不同阶段的覆岩采动裂隙演化及应力空间展布特征,得出了工作面覆岩周期性破断规律。研究结果表明：工作面发生初次来压时的覆岩裂隙发育高度为57.6 m,切顶前中部裂隙带发育高度为95.5～96.1 m,裂采比为23.8～24.0,边缘侧裂隙发育高度为105.9～106.4 m,裂采比为26.4～26.6。切顶后工作面两侧裂隙带最终发育高度为104.3～105.2 m,裂采比为26.1～26.3,工作面中部裂隙带由于上覆岩层的不断压实弥合,最终发育高度为94.3～95.2 m,裂采比为23.6～23.8。当巷道分别处于掘进、切缝阶段,顶板位移基本没有产生改变;当其进入顶板下沉、切顶成巷阶段,顶板位移不断增大。切顶卸压完成后,巷道侧支承压力峰值增大,表明切缝之后的工作面跨度进一步增大,倾向支承压力不断增大;工作面顶板卸压效果显著,顶板产生大范围应力释放现象。在该工作面布置了微震监测系统...     

综放仰采工作面覆岩移动规律及支架工作阻力确定

综放仰采工作面覆岩运移规律与水平开采工作面有较大差别,顶板垮落频繁,为工作面支架的稳定带来了极大的考验。现有对综放仰采工作面安全开采的研究主要集中在仰采角度变化对覆岩运移规律的影响上,对顶底板受力特征缺乏系统的研究。针对以上问题,以瑞隆矿8102综放仰采工作面为背景,采用UDEC数值模拟软件分析了综放仰采工作面不同推进距离下覆岩运移规律及顶板破断特征:在仰斜开采中,受倾角和开采方式的影响,底煤应力最为集中,工作面具有明显的初次来压和周期来压特征,与近水平煤层综放工作面相比,周期来压步距明显减小,上覆岩层峰值强度相对较低,顶板不易形成结构,来压较频繁,矿压显现较剧烈;8102工作面直接顶初次垮落步距为25m,基本顶初次来压步距为40m,周期来压步距为10～15m。利用顶板-支架力学关系确定支架工作阻力的计算方法较为繁琐,很多方法应用于工程现场不具有实用性,对比了目前几种常用支架工作阻力计算方法的优缺点及实用性,并根据8102工作面实际工况确定了动载荷计算法为最适合的支架工作阻力计算方法,具有计算结果精确且参数容易选取的特点,确定了该工作面的支架最大工作阻力为6 359kN/架,工作阻力大于7 066kN的支架即可满足该工作面支撑要求。工程应用结果证明了利用动载荷计算法计算8102工作面支架工作阻力的正确性。     

巨厚松散层下煤层开采薄基岩变形及矿压显现研究

以赵固一矿12051综采工作面为研究对象,采用UDEC数值模拟软件对巨厚松散层条件下煤层开采薄基岩变形及矿压显现进行了研究。结果表明:(1)工作面初次来压步距为55 m,周期来压步距为15m;开采后上覆薄基岩出现垮落带和裂隙带,垮落带高度为12.4 m,垮采比为3.54,裂隙带高度为36.7m,裂采比为10.48。(2)随着工作面推进距离的不断增加,工作面前方支承压力影响区范围、支承压力峰值和塑性区范围均增加;当基本顶初次来压后,工作面前方支承压力处于稳定状态,主要表现为最大应力集中系数和塑性区范围基本保持不变。研究结果可为类似地质条件下综采工作面围岩控制提供依据。     

综放开采覆岩导水裂隙带高度研究

为了对某工作面3煤层综放开采后的顶板水害防治提供理论依据,分别采用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中的经验公式预计、数值模拟和井下仰孔分段注水法实测3种方法对回采工作面的覆岩导水裂隙带高度进行了研究,所得经验公式预计值为51.1,59.0m,数值模拟计算值为63.5m,实测值为65.4m;综合比较分析得出该地质条件下开采覆岩导水裂隙带高度为63.5~65.4m,山西组砂岩含水层位于导水裂隙带范围内,属于直接充水含水层,但裂隙带未波及石盒子组砂岩含水层与新近系松散含水层,正常综放开采不会对工作面涌水产生直接影响。     

综采工作面上覆岩层位移特征相似模拟

以淮南矿业集团谢桥矿1232(1)综采工作面为工程背景,采用相似模拟实验方法,研究了煤层开采过程中上覆岩层位移特征。结果表明:①随着综采工作面不断推进,垮落角基本保持不变,垮落带和断裂带高度逐渐增大,上覆岩层受采动影响不断增大。②上覆岩层垂直位移峰值基本位于采空区中部,向两端逐渐减小,上覆岩层垂直位移曲线基本上呈对称分布;随着综采工作面推进距离增大,垂直位移峰值不断增大;随着距煤层距离的增大,上覆岩层垂直位移不断减小。     

基于关键层理论的采空区覆岩断裂带有效抽采层位研究

采空区覆岩断裂带有效抽采层位是布置高位抽采钻孔治理邻近层和采空区瓦斯的基础。基于关键层理论,建立了断裂带有效抽采层位数学模型,确定了有效抽采层位上下边界：有效抽采层位的下边界为采空区垮落带之上的第1层关键层,上边界为采空区上覆岩层高度为10倍采高以下的第1层关键层,有效抽采层位包含下边界岩层,不包含上边界岩层。根据断裂带有效抽采层位数学模型计算得出段王煤矿8+9号煤层断裂带有效抽采层位为煤层顶板上方12.6 m处的中砂岩到39.3 m处的4号煤;根据采空区覆岩断裂带钻孔窥视结果,得出工作面断裂角约为62°,破断断裂带高度范围为煤层顶板上方11.5～40.5 m区域。在段王煤矿进行高位钻孔抽采试验,得出实际的断裂带有效抽采层位为煤层顶板上方13.9 m处的中砂岩到37.4 m处的砂质泥岩。钻孔窥视分析和高位钻孔抽采试验结果均验证了断裂带有效抽采层位数学模型的准确性,研究成果可为高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井的高位抽采工程设计提供理论依据。     

深部“三面”孤岛工作面采动覆岩变形特征研究

为研究左、右、上三面均存在老采空区的深部"三面"孤岛工作面回采过程中覆岩变形破坏特征,以某煤矿120502工作面为研究对象,利用FLAC~(3D)模拟软件对回采过程中覆岩应力、位移和塑性区变形特征进行了系统的数值研究。结果表明:左、右、上三面均存在老采空区的"三面"孤岛工作面在回采过程中主要受上部老采空区扰动,倾向上左侧煤柱应力集中程度较高,走向上工作面前方的垂直应力先降低后不断升高,应力集中系数不断增大;垂直位移的方向由向下转变为向上,向下的垂直位移峰值不断增大,但向上的垂直位移峰值保持稳定;塑性区的破坏范围呈现"马鞍形",逐渐扩大与临近3个老采空区塑性区相互贯通,且顶板上方岩体处于拉压应力区,采空区围岩裂隙发育更为充分;临近老采空区和卸压煤体内的瓦斯均向开采层采空区流动,应重点加强该工作面采空区内的瓦斯抽采工作。     

近距离煤层群综采工作面瓦斯治理优选措施

相对于单一煤层或其他煤层群开采,近距离煤层群在开采过程中邻近层受到开采层应力影响更为剧烈,瓦斯更容易通过发育的裂隙涌入开采层,造成开采层工作面瓦斯积聚。现有的针对近距离煤层群的瓦斯治理研究主要侧重于单一措施参数的确定及效果分析,没有深入研究瓦斯治理措施在时间、空间层面之间的联系,对综合瓦斯治理措施的优选组合、具体参数的确定依据及措施采取后的效果分析不够深入。针对上述问题,以阳煤一矿81403综采工作面为研究对象,通过数值模拟方式分析了近距离煤层群条件下开采应力分布及演化过程,研究了上覆岩层破坏及裂隙发育变化规律,得到了81403综采工作面瓦斯主要来源为煤层解吸瓦斯、上邻近层卸压瓦斯、采空区瓦斯等,针对不同瓦斯涌出源头和特点,优先采取顺层预抽+高抽巷+高位钻孔+采空区埋管的瓦斯抽采措施,即在开采前充分预抽减少煤层解析瓦斯量,通过高位钻孔、高抽巷处理邻近层瓦斯涌入,采用埋管治理上隅角瓦斯局部聚集,在时间和空间上形成综合的治理体系,从而达到瓦斯治理目的。实际应用结果表明,工作面回采期间瓦斯抽采率达到了89.9%,回风巷及上隅角瓦斯体积分数保持在1%以下,保证了工作面的安全回采。     

开采厚度对沿空掘巷围岩稳定性的影响分析

目前大多煤矿根据平均开采厚度来确定煤柱宽度,进而指导沿空掘巷,然而煤层在形成过程中受各种因素影响,存在同一煤层厚度变化较大的情况。针对综放工作面煤层开采厚度变化大,导致沿空掘巷围岩变形差异大及破坏机理复杂等问题,采用FLAC 3D软件建立巷道模型,分析平均开采厚度下的围岩变形和破坏规律,并确定合理的煤柱宽度:平均开采厚度为18 m时,在实体煤帮侧,煤体内支承压力峰值与煤柱宽度呈正相关,且煤柱宽度大于8 m后,支承压力增长幅度变缓,因此合理的煤柱宽度应为8 m。在煤柱宽度确定的情况下,研究开采厚度对沿空掘巷围岩稳定性的影响,结果表明:煤柱宽度为8 m时,随着开采厚度的增加,顶板剪破坏面积增大,覆岩变形范围与顶板下沉量增大,但两帮剪破坏面积和两帮移近量减小;当煤层开采厚度小于18 m时,煤柱内支承压力峰值与煤层开采厚度呈负相关;当煤层开采厚度大于18 m时,煤柱内支承压力峰值与煤层开采厚度呈正相关,但增长幅度较小。根据数值模拟结果得出结论:开采厚度的增大对沿空巷道两帮的围岩控制有一定益处,但对顶板维护不利,对开采厚度较大的部位应及时补加锚杆进行强化支护。现场实际应用验证了本文研究的可靠性和有效性。     

非等间隔灰色模型在矿区沉陷预测中的应用

针对目前采用灰色模型预测矿区沉陷时只针对1个点,缺乏工作面整体下沉预测及其精度研究的问题,以工作面走向线和倾向线地表观测站的下沉量为研究对象,以相邻监测时间间隔为权建立非等间隔灰色模型,预测下一时刻观测站的下沉量,进而得出下一时刻走向线和倾向线下沉曲线;采用概率积分法求参的方法验证工作面整体沉陷预测精度,采用预测值与实际值求参时所得结果相差不大,验证了采用非等间隔灰色模型预测矿区整体沉陷的可行性。     

张双楼煤矿应力集中区冲击地压灾害防控实践

目前的爆破卸压防治措施仅针对煤层顶板,对顶板-煤体-底板三协同爆破卸压治理研究较少,特别对坚硬厚层砂岩顶板覆层区域的冲击灾害防治研究更少。针对上述问题,以江苏徐矿能源股份有限公司张双楼煤矿74101工作面为工程背景,从开采布局、煤岩冲击倾向性、砂岩覆层区应力集中程度方面分析了其冲击灾害诱发因素,揭示了煤岩体突然失稳破坏诱发冲击灾害的原因,认为顶板砂岩覆层异常、断层地质构造、底板坚硬细砂岩等地质条件造成局部高应力集中是诱发冲击灾害的主要原因。采用矿震震动波CT反演技术精准探测得到74101工作面强冲击危险区:运输巷侧沿巷道75 m,延伸工作面60 m椭圆形区域;轨道巷侧沿巷道60 m,延伸工作面80 m椭圆形区域。针对划分的高应力集中区,提出了精准的“顶板-煤体-底板”一体化爆破卸压技术,对74101工作面冲击危险区域进行卸压防冲,并采用微震监测手段及现场观测对卸压防冲效果进行评价。结果表明:爆破卸压后,74101工作面厚硬砂岩覆层区矿震日累计能量由1.57×104 J降低至104 J以下,震动频次降低50%,矿震活动呈现低能量、低频次的特征,冲击危险性显著降低,验证了一体化爆破卸压技术适用于张双楼煤矿厚硬砂岩覆层区冲击动力灾害防治。     

2种灰色模型在矿区地表沉陷预计中的适用性

目前矿区地表单点沉陷动态预计方法主要基于传统的水准测量数据,监测方法单一,成本高,观测点易破坏,不能保证地表形变信息的实时性,且采用灰色模型进行地表沉陷预计时只针对单一模型的应用,没有结合模型自身特点分析其适用性。以袁店二矿7221工作面为试验区域,采用合成孔径雷达差分干涉测量技术监测矿区地表沉陷量,分别建立了描述沉陷量与时间关系的GM(1,1)与灰色Verhulst模型进行地表沉陷量预计,实现了矿区地表沉陷监测与动态预计一体化。通过比较、分析GM(1,1)与灰色Verhulst模型对地表沉陷量的拟合及预计结果,得出了2种灰色模型在矿区地表沉陷预计中的适用性:在矿区开采沉陷开始至活跃前期,若地表单点沉陷量曲线呈近似单峰型,则宜采用GM(1,1)进行短期预计;当矿区地表沉陷进入衰退阶段,单点沉陷量曲线呈平底饱和状态,则宜采用灰色Verhulst模型进行中长期预计。     

Surfer8.0在开采沉陷数据可视化表达与制图中的应用

针对常规绘制变形曲线的方法难以有效全面地表达工作面开采沉陷情况的问题,提出基于地表观测站获取的观测数据,利用Surfer8.0软件对矿区开采沉陷观测数据进行可视化表达与制图的方案,介绍了Surfer8.0在变形等值线绘制及数据三维可视化表达中的具体应用方法。对比MapGIS软件制图可知,采用Surfer8.0能够快速而精确地实现对开采沉陷数据的可视化表达与制图,且输出图形更加美观。     

工作面覆岩破坏参数动态监测系统

钻孔冲洗液简易水文观测分析法和钻孔压、注水实验法等传统覆岩破坏参数检测方法难度大、成本高、精度不高。介绍一种利用网络并行电法仪、矿井以太网、地面远程终端组成工作面覆岩破坏参数动态监测系统。给出了详细的系统组成结构和井下采集部分的布设方式。系统可随采掘工作推进记录覆岩破坏的动态发育过程。以应用实测数据为基础,分析给出了覆岩破坏参数,对矿井安全生产具有重要的指导意义。     

Persistent Scatterers Interferometry detects and measures ground subsidence in Lisbon

Results from the application of Persistent Scatterers Interferometry in Lisbon Metropolitan Area revealed two previously unknown subsiding urban areas: one (Laranjeiras) is located in the center of Lisbon; another (Vialonga) is to be found toward the North, in an industrial region crossed by Lisbon's main highway and railway lines. The two subsiding sectors are bordered by sharp velocity gradients, and the subsidence pattern appears partially delimited by mapped geologic faults. Surface geology and urbanization alone are unable to explain the phenomena. In the Vialonga area, the historical record of water pore pressure shows a clear decline of the levels (up to 65 m in 27 years), providing evidence of over-exploitation of groundwater resources. Limited information from wells drilled inside and outside the subsidence area points to a spatial correlation between the subsidence and the water pressure levels, and suggests that faults could be acting as hydraulic barriers in the aquifer system. The surface subsidence detected is probably caused by compaction of a clay-rich Oligocene-aged aquitard, led by over-exploitation of adjacent aquifers. The same Oligocene aquitard layer is present in the Laranjeiras area, immediately bellow a multi-layered sand-clay-limestone Miocene aquifer, but further work is needed to diagnose the possibility of over-exploitation of groundwater here. In this work we were able to independently confirm the PSI results, by comparing autonomous PSI results processed for the same geographical areas, and by comparing PSI with leveling and continuous GPS derived subsidence velocities, whose close match provided further ground validation of the space-borne PSI technique.     

Characterization and causes of land subsidence in Beijing,China

Long-term overexploitation of groundwater is the primary factor causing regional land subsidence in the Beijing plain area, China. Currently, large subsidence funnels exist, one each in southern and northern Beijing. We adopted the multi-temporal interferometric synthetic aperture radar (MT-InSAR) method, incorporating both persistent scatterer (PS) and small baseline (SB) approaches on 47 Envisat Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR) single look complex (SLC) images to map land subsidence in the Beijing plain area. The temporal and spatial variations of land subsidence and its seasonal variation were explained by the MT-InSAR results. Then, the InSAR results were combined with the dynamic monitoring of groundwater level, extensometer measurements, and hydrogeological data; the characterization and causes of land subsidence were analysed with Geographic Information System (GIS) spatial analysis methods. The results show the following. 1) Land subsidence developed rapidly in the Beijing plain area from 2003 to 2010, with obviously uneven settlement; settlement rates exceeded 100 mm year^?1 in some areas. Seasonal variation in settlement rates may be affected by changes in the precipitation rates and the exploitation of groundwater. 2) The contribution of different aquifer systems to land subsidence varies. The variation in the groundwater level in the second confined aquifer, at a depth of 100–180 m, has the greatest impact on land subsidence. 3) The settlement is centred in the lower part of the Wenyu–Chaobai and Yongding alluvial fan areas, where the compressible layer is more than 100 m thick. Meanwhile, land subsidence forms a structural feature with larger differences in the deformation gradient on both sides of faults.     

无人机DEM测点插值算法的矿区沉陷测绘技术

为实现对矿区沉陷深度的精准测量,完善测绘技术的具体实施方案,针对无人机DEM测点插值算法的矿区沉陷测绘技术展开研究;根据DEM测点获取结果,实施分维值测定处理,再以此为基础,确定插值拐点所处区域,实现对无人机DEM测点插值算法应用流程的完善;联合像控点布设原则,定义空中三角区域,并通过推导径向插值基函数的方式,建立矿区沉陷区域的地理模型;在空间坐标系转换条件的基础上,确定矢量数据叠加的处理结果,再结合像片倾角与旋偏角的实际取值,求解测量精度评价指标,完成无人机DEM测点插值算法的矿区沉陷测绘技术实施方法的设计;实验结果表明,上述测绘技术方法作用下,沉陷深度测量结果与矿区真实沉陷深度之间的差值不超过1 m,符合精准测量的应用需求,对于测绘实施方案的完善可以起到一定的促进性影响作用。