正断层存在的地表沉陷特殊性规律研究

工作面周边存在较大断层时,一般采用留设断层保护煤柱法,使覆岩移动不直接影响到断层。为分析受正断层影响的地表移动变形规律,通过工作面开采前后地表裂缝与房屋墙体裂缝损坏的现场调查,发现位于常规沉陷影响边界之外至断层露头范围内仍有平行于断层走向的地表裂缝及墙体裂缝性损害;应用FLAC3D模拟研究了正断层影响下的上盘煤层开采时地表沉陷特征及断层带应力变化特征。结果表明：受开采扰动影响的断层带附近原始构造应力得到释放并产生一定变形,反映至地表为非对称性的偏态下沉;建筑物下伏岩层有较大断层时,应在边界角法或沉陷预计法留设地面建筑保护煤柱的基础上,考虑留设合理宽度的断层安全煤柱;同时提出断层带周边的应力变化可作为断层受开采沉陷影响与否的判定依据。     

正断层存在的地表沉陷特殊性规律研究

工作面周边存在较大断层时,一般采用留设断层保护煤柱法,使覆岩移动不直接影响到断层。为分析受正断层影响的地表移动变形规律,通过工作面开采前后地表裂缝与房屋墙体裂缝损坏的现场调查,发现位于常规沉陷影响边界之外至断层露头范围内仍有平行于断层走向的地表裂缝及墙体裂缝性损害;应用FLAC~(3D)模拟研究了正断层影响下的上盘煤层开采时地表沉陷特征及断层带应力变化特征。结果表明：受开采扰动影响的断层带附近原始构造应力得到释放并产生一定变形,反映至地表为非对称性的偏态下沉;建筑物下伏岩层有较大断层时,应在边界角法或沉陷预计法留设地面建筑保护煤柱的基础上,考虑留设合理宽度的断层安全煤柱;同时提出断层带周边的应力变化可作为断层受开采沉陷影响与否的判定依据。     

赵庄二号井3~#煤层断层防水煤柱留设分析

运用FLAC~(3D)软件对赵庄二号井的DF5断层的防水煤柱进行了数值模拟研究。通过留设不同宽度的保护煤柱,分析煤系煤层周围及断层附近塑性区及最小主应力变化情况,得出了断层煤柱的合理留设宽度,3~#煤层临近断层开采时,留设60 m的防水煤柱是可靠的。     

次生断层影响下底板断层保护煤柱留设数值模拟研究

为了解决次生断层影响下断层保护煤柱留设的问题,运用数值模拟软件FLAC3D对不同倾角和主、次断层间距情况下断层保护煤柱留设宽度进行模拟分析,得出不同条件下的断层保护煤柱宽度留设。研究结果表明,主断层附近存在底板次生断层的情况下,底板连续性较差,在采动影响下底板易发生破坏,底板破坏区域容易和主断层连通,需留设较宽的保护煤柱;在断层倾角一定的情况下,在某一主、次断层间距内,次生断层对断层保护煤柱留设有较大影响,超出此距离后,次生断层对断层保护煤柱留设宽度影响较小,断层倾角越大,此距离越小。     

综放回采巷道断层防水煤柱留设优化研究

针对综放回采巷道留设较大断层防水煤柱严重影响工作面生产系统布置,降低煤炭采出率的问题进行了断层防水煤柱留设优化研究。以义桥煤矿YF20-3断层防水煤柱留设优化为研究实例,采用钻探、巷探确定断层即不含水也不导水;通过理论计算,得到断层煤柱的最小留设宽度为47 m;采用灰色关联分析法和LMBP神经网络建立综合集成评价模型对断层煤柱的可靠性进行评价,当煤柱宽度不小于10 m时安全可靠;利用FLAC3D软件分析了断层煤柱在工作面推进过程中的应力及破坏规律,对评价模型的评价结果进行了验证。最终确定YF20-3断层煤柱的留设宽度优化为10 m。在13下04工作面开采过程中断层煤柱没有发生大规模破坏,顺槽运行良好。     

断裂构造复杂区探查与灾害防治技术研究

根据某煤矿23上631工作面实际地质条件为基础,运用地面瞬变电磁和三维地震等先进的物探综合探查技术手段,查明影响工作面安全开采的隐蔽致灾地质因素,并结合FLAC3D数值模拟软件,针对工作面回采期间断层防水煤柱留设问题进行分析。通过留设不同宽度的保护煤柱,分析断层的应力变化、位移变化及塑性破坏情况,得出断层煤柱的合理留设宽度。为工作面安全开采提供可靠的技术支持和保障,确保实现工作面的安全开采。     

蒋庄煤矿断层附近煤层开采防水煤柱留设分析

针对煤矿开采中因断层活化造成工作面突水的问题,根据蒋庄煤矿已有的水文地质资料,分析了3上煤层开采时,断层带以及上部土层的变形与破坏情况,并运用FLAC建立平面应变模型,模拟了留设不同断层宽度煤柱时断层受水威协的程度.通过分析得出总结:蒋庄煤矿临近断层开采时,断层落差小于40 m时留设20 m防水煤柱,落差大于40 m时留设30 m防水煤柱是可靠的.     

断层保护煤柱留设方法研究

本文通过分析肥城矿区开采实践中出现的断层影响事例,研究断层对开采沉陷规律的影响,给出了遇到有断层情况下的保护煤柱留设方法,即选用具体地质条件下开采引起的地表移动变形边界角作为留设保护煤柱的主要参数,当条件允许时,也可选用边界角与移动角的平均值来设计保护煤柱。     

断裂带岩体工程地质力学特征及其对断层防水煤柱留设的影响

对F₃，F₄断层带水文地质、工程地质特征进行了系统测试研究，并结合钻探、物探资料，对F₃，F₄断层进行了导水和含水性分析，得出了F₃，F₄断层为不导水、不含水断层.分别利用相似材料模拟和数值模拟技术对F₃，F₄断层间块段不同水平留设断层防水煤柱开采进行了模拟，得出了不同地质条件下煤层顶、底板的采动效应；根据F₃，F₄断层带水文地质、工程地质特征及模拟结果，对F₃，F₄断层防水煤柱进行了重新留设，减小煤柱压煤量23万t.     

五沟煤矿采动断层稳定性控制技术研究

针对断层活化引起的突水问题,采用FLAC3D数值模拟软件,以五沟煤矿为背景,研究了在断层不同落差、水压及煤柱留设宽度下断层的活化规律。研究结果表明,断层落差及水压越大,断层活化越显著;煤柱留设宽度越大,断层活化越弱。选择粘土水泥浆材料对F2断层进行注浆加固,结合注浆加固现场实测数据分析,得出结论:五沟煤矿1033工作面留设防突煤柱宽度为36 m时,既对F2断层活化影响小,又符合安全和经济要求。     

峰峰矿区正断层活化造成地表异常沉陷影响因素研究

为了研究断层活化造成地表异常沉陷影响因素,建立了断层活化力学模型,并根据峰峰矿区地质条件利用数值模拟研究了断层倾角、煤层厚度、工作面推进长度、断层保护煤柱宽度、断层带充填物强度对地表沉陷的影响。研究结果表明：断层倾角越大,断层露头处地表下沉台阶落差越大,地表最大下沉值越大|煤层厚度越大,地表下沉值越大,断层露头处地表下沉台阶落差越大|工作面推进长度越大,地表下沉值越大,断层露头处地表下沉台阶落差越大,当工作面推进长度使地表下沉达到充分采动时,断层露头处地表下沉台阶不再增大|断层带充填物强度对地表沉陷影响不大。研究结果对分析断层影响下的地表沉陷规律具有一定借鉴作用。     

开采沉陷中不同断层活化模式研究

当工作面上覆岩层中含有断层时,地表下沉规律与不含断层时具有显著差别。为了研究开采沉陷中断层活化机理,通过理论推导将开采沉陷中断层活化分为"断层面产生离层空间"、"煤柱压缩"两种断层活化模式并分别利用数值模拟和现场实例进行了验证。研究结果表明:①采动将造成断层面产生离层空间,离层空间以下沉系数等于1传递给松散层造成断层露头处地表产生台阶下沉,影响断层离层空间的主要因素有工作面推进长度、基岩厚度、保护煤柱宽度、煤层厚度、断层倾角、断层是否含水、断层带岩体内摩擦角及黏聚力等;②断层面离层空间随着工作面推进长度的增加而增加,当工作面推进一定长度时不再变化;断层面离层空间随着基岩厚度的增加而线性增加;断层面离层空间随着保护煤柱宽度增加而减小;断层面离层空间随煤层厚度增加而线性增加;断层面离层空间随断层倾角增大而增加;断层带岩体原生水的存在对断层面离层空间产生具有促进作用;断层面离层空间随断层带岩体黏聚力和内摩擦角的增加而减小;③工作面主要影响角和断层倾角的大小关系控制"断层面产生离层空间"模式断层活化,当断层倾角大于主要影响角并与主要影响角在基岩内相交时,断层将活化;④当断层倾角小于主要影响角时,工作面超前支承压力影响范围控制"煤柱压缩"模式断层活化,当工作面超前支承压力接触断层时,断层将活化。     

村庄等建筑物保护煤柱内巷道布置的沉陷影响研究

我国村庄等建筑物下压煤情况非常常见,为减少巷道的掘进长度、保证采区规划的方正与规整性、尽早出煤获得经济效益,许多矿井将开拓或准备巷道布置在村庄等建筑物的保护煤柱内。为解决村庄等建筑物保护煤柱内巷道布置的地面沉陷预计问题,提出将概率密度函数法用于建(构)筑物保护煤柱内巷道布置的地表沉陷预计中,同时对保护煤柱内巷道布置完全垮塌后地表下沉率、拐点偏移距等参数选取问题进行了探讨,并借助Matlab程序平台对巷道布置的地表移动变形进行了研究。研究及工程应用表明,概率密度函数法及极不充分采动条件下的巷道布置地表沉陷参数选取体系适用于村庄等建筑物保护煤柱内巷道布置的地表沉陷预计工作|结合砖混结构房屋建筑的极限拉伸变形值研究成果,得到保护煤柱内三条巷道布置的地表最大沉陷值约为双巷布置的1.24倍。     

受断层影响多煤层条带开采地表移动规律研究

利用FLAC数值模拟软件,系统研究了不同断层倾角,不同断层带宽度和上下煤柱不同空间位置关系时受断层影响的地表移动规律,研究结果表明:当存在断层时,先开采上盘与先开采下盘的开采顺序不同地表移动是存在差异的,这种差异与断层倾角、断层带宽度、上下煤柱对齐程度有关。     

基于FLAC3D的条带开采煤柱稳定性分析

为研究不同采出率开采条件下条带开采煤柱的稳定性及对地表的影响,采用了FLAC3D和Tecplot数值模拟软件,对不同采留宽条带煤柱的竖直应力分布和地表最大下沉值进行研究。结果表明:随着采出率的增加,煤柱单位面积所支撑的压力成线性增大;在煤柱的边缘形成应力的集中区,其应力等值线的形状呈马鞍形—平台形—拱形的变化,平台形可以看成煤柱从稳定向失稳过度的标志和临界点;根据模拟计算结果,建立了地表最大下沉值与条带开采回采率之间的关系式及最大竖直应力与采出率之间的关系式,为今后相关计算提供了科学依据。     

采动影响下断层面离层空间产生及其对开采空间传递作用分析

当工作面上覆岩层中含有断层时,地表下沉规律与不含断层时具有显著差别。为了研究断层对开采空间传递的作用,利用空间守恒,通过理论推导发现工作面开采会使断层面产生离层空间,断层对开采空间传递具有增大效应并利用数值模拟进行了验证。研究结果表明:增大的开采沉陷空间主要来自于断层面离层空间;关键层下部软弱岩层在断层面的离层空间主要来自于采空区垮落岩石的再次压缩;关键层及上部岩层在断层面的离层空间主要来自于关键层与下部软弱岩层之间离层空间的减小;影响断层面离层空间大小的因素主要有工作面推进长度、基岩厚度、保护煤柱宽度、煤层厚度、断层倾角等,并且断层倾角与主要影响角的大小关系决定了断层面离层空间的产生。     

采动岩层全空间“类双曲面”立体移动模型

基于大量现场调研及岩层移动内外“类双曲线”移动模型分析,本文对哈拉沟煤矿厚松散岩层煤层开挖展开了物理相似模型试验,验证了内外“类双曲线”整体移动模型的有效性;将其推广到三维空间,提出采动岩层全空间“类双曲面”立体移动模型。该模型包含“类单叶”、“类双叶”两类双曲面,能近似描述不同岩性条件下全空间采动岩层立体移动与地表沉陷特征。“类单叶双曲面”模型为空间岩层水平移动边界模型,隐含于厚松散层覆岩内部;“类双叶双曲面”模型为空间地表沉降与覆岩裂隙拱、冒落拱垂向移动边界模型,均在主关键层近似关于“原点”对称,具体表现为采掘扰动下地表沉陷及采场围岩拱形垮落等外部形态。通过理论分析、相似模型试验及3DEC数值模拟,本文建立并验证了厚松散层近水平煤层开采条件下空间采动岩层立体移动与地表沉陷“类双曲面”模型。同时,分析了共渐近锥面“类双曲面”模型的构成条件、影响因素及整体运移规律。研究结果表明：在薄基岩厚松散层近水平煤层开采条件下,“类双曲面”理论模型与3DEC模拟结果吻合较好,表明采动空间覆岩运移和地表沉降呈“类双曲面”特征。     

煤矿水体下安全开采可行性分析

针对山东某煤矿地表塌陷积水坑下开采3#煤问题,分析了煤矿开采引起的地表塌陷量;采用"双端堵水器"技术,实测了3#煤开采"两带"发育高度,与经验公式预计、UDEC模拟值比较,确定导水裂隙带高度为47.75 m,3#煤开采安全防水煤岩柱高度为70 m;并利用FLAC软件,模拟了不同落差的断层在不同煤柱宽度时受水威协程度。结果表明,该煤矿可以在积水区下进行安全开采。     

巨厚松散层下深部宽条带开采地表移动规律

为了研究巨厚松散层下深部宽条带开采时松散层厚度变化与地表移动规律及下沉系数的关系,根据某矿具体的地质采矿条件,采用FLAC3D数值模拟软件,分别建立了巨厚松散层下深部宽条带开采数值模型,模拟给出了不同松散层厚度时的地表下沉、水平移动等值线图及其最大值,回归分析得出了相应函数关系式,并分析其原因.研究表明,1) 巨厚松散层下深部宽条带开采地表不易形成波浪型下沉盆地.2) 地表下沉系数q条随松散层厚度h 占采深H 比例的增大以线性关系增大,表达式为:q条＝0.162(h/H)+0.085.3)原因为:松散层的采动程度不同于基岩,为有流变性的松散介质.通过实例验证,结论可以满足工程要求.     

程潮铁矿联合开采隔离矿柱合理厚度研究

程潮铁矿矿体随开采水平下降而逐渐西移, 导致选厂下保安矿柱的矿量逐渐增加。为了保护地表选厂同时尽可能回收矿石资源, 程潮铁矿采用充填法回收保安矿柱和无底柱分段崩落法开采塌陷坑下矿体联合开采回收-430~-500 m阶段矿体。为了防止两种采矿方法交界处的采矿活动相互影响, 采用数值模拟方法, 选取15 m、20 m和25 m厚度的隔离矿柱分别建立了联合开采数值模型模拟开采, 得到联合开采后地表沉降以及充填采场的安全系数, 并对其进行比较。结果表明, 隔离矿柱厚度为20 m时, 选厂地表监测点的沉降值较小, 充填采场安全系数较高, 能够满足选厂和充填采场安全性要求, 同时矿柱压矿量少, 经济效益较优。研究结果能够为矿山的实际生产提供一定的指导。