黄河流域浅埋深煤层开采冒落沉陷特征及治理复垦技术研究

为深入研究分析浅埋深煤层开采覆岩冒落破坏特征、顶板来压强度及其与后续地表移动和塌陷的内生机制,以黄河流域鄂尔多斯薛家湾宝通煤矿浅埋煤层工作面为研究背景,通过对现场顶板灾害来压特征实测分析、覆岩破坏与地表沉降发育机理相似模拟实验研究以及概率积分计算和物探补勘等方法,全面地揭示了浅埋煤层开采顶板来压显现强度高、顶板来压周期不明显,顶板冒落充分及采空区地表沉降滞后、塌陷范围显著的特征,同时建立了土地破坏分级指标,实现了不同等级土地破坏面积划分,并对特殊悬空区域提出了治理工程技术方案和开采沉陷影响区的工程复垦技术方案,对相似矿井的相关研究具有较好的借鉴意义。     

黄土沟谷区浅埋煤层开采斜坡变形破坏机理

为了分析浅埋煤层开采条件下黄土沟谷两侧斜坡的变形破坏机理,基于隆安煤矿深岩沟区域煤层开采地质条件,采用三维数值模拟计算以及理论分析相结合的研究方法,研究了煤层开采后上覆岩土体的应力分布规律、两侧坡体位移分布规律、变形破坏特征以及失稳破坏过程等。结果表明：沟谷两侧斜坡位移以竖直方向为主,水平方向位移均指向采空区中心。斜坡根据变形特征可分为4个变形区：采空区上方一定高度范围内的覆岩冒落塌陷区|采空区中部的松散土体弯曲沉陷区|松散土体弯曲沉陷区和地表移动边界之间的拉裂-倾倒区|地表移动边界之外的未影响区。斜坡的失稳破坏过程可以分为4个阶段：中部沉陷—两侧及后缘拉裂—剪切变形—失稳破坏。研究成果可以为黄土沟谷区域地质灾害评价、采动边坡变形破坏预测以及地表保护提供借鉴。     

采动作用下浅埋岩溶洞塌陷的数值模拟研究

基于坪湖矿的塌陷情况,运用UDEC模拟软件对采动作用下浅埋岩溶洞塌陷的过程进行模拟。结果表明,在采动作用下浅埋岩溶洞塌陷的大致过程分为:溶洞的潜伏阶段、溶洞顶板垮落形成开口溶洞阶段、土洞不断发育阶段、地表塌陷阶段;溶洞顶板破坏的原因是由于水平应力的急剧减少造成的。模拟结果为采动作用下岩溶塌陷机理提供了分析依据,对于岩溶地区的生态保护有重要意义。     

坚硬顶板塌陷机理探讨

大同"两硬"浅埋深煤层开采地表塌陷具有整体一次性切冒特征,其特点是具有明显的滞后性和突发性,塌陷过程时间短、破坏性大、难以预测预防。通过对覆岩活动的力学分析,得出坚硬顶板塌陷原因,在采空区部分煤柱丧失承载能力后,上部覆岩将围岩应力转移到周边仍具有一定承载力的尚未完全失效的煤柱上,使相邻煤柱破坏,产生"多米诺骨牌"连锁破坏效应,造成顶板塌陷。     

浅埋大采高综采工作面矿压显现特征及顶板灾害机理分析

依托纳林庙二号井浅埋大采高综采矿井生产运营实践,在分析该矿工作面地质、技术条件的基础上,总结了6215等工作面采场围岩矿压显现及地表塌陷特征和“6.30”顶板事故造成的设备损坏等的情况,综合运用浅埋煤层长壁开采理论,从浅埋煤层上覆厚土层破坏结构、岩土层动态载荷传递效应中分析了6215工作面发生顶板灾害机理,给出了诱发工...     

浅埋煤层房采采空区隐患分析与治理技术

在现场调研与踏勘、勘查与治理方案编制工作的基础上,分析了浅埋煤层房采采空区主要存在资源安全隐患、井下安全生产隐患、地表建(构)筑物安全隐患、生态和社会安全隐患等4大类安全隐患,研究了浅埋房采采空区露天剥离治理技术、采空区注浆治理技术、未塌陷采空区顶板崩落治理技术、采空区残留煤柱充填回收技术等4种治理技术的优缺点和适用条件。     

浅埋煤层房采采空区隐患分析与治理技术

在现场调研与踏勘、勘查与治理方案编制工作的基础上,分析了浅埋煤层房采采空区主要存在资源安全隐患、井下安全生产隐患、地表建(构)筑物安全隐患、生态和社会安全隐患等4大类安全隐患,研究了浅埋房采采空区露天剥离治理技术、采空区注浆治理技术、未塌陷采空区顶板崩落治理技术、采空区残留煤柱充填回收技术等4种治理技术的优缺点和适用条件。     

煤田露头火区引起的地表塌陷形式及基岩破坏分析

为了得到煤田露头火区地表塌陷和上覆岩层破坏机理,通过火区实地考察结合理论分析的方法,揭示了地表塌陷的实质是火区上覆岩层的移动,且分为连续变形破坏和非连续变形破坏,将火区上覆岩层的破坏形式归纳为弯曲变形、移动垮落、岩体滑动、滑落充填、基岩滑移,并划分了煤田露头火区的"三带",其高度的确定可依据采空区"三带"的计算方法进行判定。运用弹性力学方法分析得出了火区上下盘岩体的应力分量表达式,以及最大剪应力作用面的方位变化规律。     

榆神府矿区双煤层开采覆岩破坏及地面沉降特征研究北大核心

为研究双煤层开采条件下浅埋煤层覆岩破坏特征及地表沉降规律,以榆神府矿区典型浅埋煤层地质条件为基础,采用数值模拟方法,分析了6种不同工况下双煤层开采时覆岩破坏与地表沉降特征,并用物理相似模拟实验加以验证。结果表明:浅埋煤层覆岩破坏方式为全厚切落,留煤柱开采时隔水层中采动破坏呈现“泥盖效应”,不留煤柱开采时采空区两侧形成离层裂隙发育区,裂隙沿采空区两侧上方呈约45°发展;煤层开采时地表呈台阶式下沉,随着工作面推进,地表沉降中心不断前移,隔水层重量对地面沉降的影响逐渐减小,煤层厚度与地表沉降值呈正相关性;煤层开采过程中存在应力集中现象,上覆岩层中垂直应力沿煤层开采方向依次出现应力集中区、应力卸压区和应力集中区。     

大埋深条件下地表沉陷规律相似模拟研究

以山西河东煤田北部某大埋深煤矿为研究对象,采用相似材料模拟实验,分析了受采动影响的采场上覆岩层移动变形规律以及地表移动变形规律.结果表明,采动结束后的上覆岩层依次形成垮落带、裂隙带、弯沉带;采空区上方地表形成一个比采空区大得多的下沉盆地,并从地表移动的力学过程及工程技术问题的需要出发,地表移动及变形采用下沉、水平移动、倾斜、曲率、水平变形来描述下沉盆地的动力学状态.     

房采采空区失稳机理数值模拟

为认清浅埋房采采空区的失稳机理,分析了采空区的失稳形式,并采用数值模拟方法对采空区失稳机理进行了研究,结果表明:浅埋房采采空区的各种上覆地层结构中厚表土层薄基岩型分布范围广、危害性最大。当采空区煤房宽度都较小时,煤柱首先发生破坏失稳,采空区顶板尚能保持稳定,但煤柱破坏后不能对顶板产生支撑力,当采空区达到一定的悬顶面积后将会导致切冒型垮落。依据数值模拟结果,提出了相应的采空区治理方案。     

浅埋薄基岩煤层覆岩应力效应及变形破坏分析

研究浅埋薄基岩煤层开采后在采空区上方形成的导水裂隙带范围对保水开采具有重要意义。基于煤层开采后地表移动和岩体内部移动的内在联系,采用随机介质方法,将地表移动的基本参数应用于岩体内部移动规律的研究中,建立了上覆岩层移动变形力学模型,推导了煤层开采后采空区上方岩层内的位移、应变和应力的数学表达式,分析了上覆岩层变形破坏的影响因素和破坏力学机理。在此基础上,给出了浅埋薄基岩煤层开采覆岩隔水层的破坏判据,为浅埋薄基岩煤层保水开采提供理论依据。     

浅埋近水平煤层采场覆岩压力拱结构特性及演化机制分析

通过分析浅埋近水平煤层开采覆岩结构及破坏的特点,在压力拱和关键层理论的基础上建立了浅埋近水平煤层采场覆岩压力拱结构模型;认为该压力拱结构在工作面长度和推进方向上具有左右对称特征,压力拱发育至关键层后若关键层破断则基于破断位置重新起拱,若不破断则拱顶位于关键层附近,该压力拱结构模型能较好描述浅埋近水平煤层开采覆岩破坏形态。基于上述模型,分析了压力拱结构层和覆岩破坏区演化的突发性和阶段性特点,推导出了结构层压力拱轴线方程和覆岩破坏范围计算判据,分析了压力拱的极限变形量,给出关键层破断对压力拱发育影响的分析计算方法;通过对大柳塔矿52505工作面采场覆岩数值及理论分析,关键层破断后没有形成完整压力拱结构,导致地表出现塌陷。     

缓倾煤层采空区滑坡形成机制数值模拟研究

以贵州都匀马达岭滑坡为例,采用离散元方法,研究了缓倾煤层采空区滑坡的变形发展过程,提出了该类矿区滑坡防治建议。研究结果表明:采空区顶板塌陷导致上覆岩层弯曲-沉陷,地表产生沉降变形,同时采空区边界部位产生倾倒式拉裂,在地表形成深大拉裂;采空区上部岩体沉陷变形导致坡脚部位岩层往坡外剪切滑移;中部滑面沿变形后倾向坡外的层面和陡倾节理组合形成阶梯状滑面。滑坡形成机制可概括为由采空区顶板变形引发的阶梯状蠕滑—拉裂—剪切滑移式滑坡。缓倾煤层采空区滑坡的防治应从防止采空区顶板塌陷入手,通过回填矸石或加强顶板的永久支护来防治采空区上覆坡体的变形。     

采空区覆岩及地表变形规律相似模拟研究

以河东煤田北部某矿8~#煤层为研究对象,利用相似模拟的方法对采空区覆岩破坏规律和采动引起的地表沉降变形规律进行了研究。研究结果表明:随着开挖的不断进行,采空区覆岩呈周期性的离层-断裂-垮落破坏特征;随着推进距离的增大,垮落长度和高度在不断增大;开采结束后,采空区上覆岩层变形不断趋于稳定,离层不断被压实。     

浅埋煤层水体下控水采煤防治水技术

为解放浅埋煤层受上覆含水层及地表河流等水体威胁煤炭资源,以沁水煤田平定昔阳矿区运裕井田为试验区,通过覆岩破坏规律的研究,以及防水安全煤岩柱、防砂安全煤岩柱及安全采厚计算,对不同控水采煤方案对比分析,开展了浅埋煤层水体下控水采煤防治水技术研究。结论表明:运裕井田15#煤层回采后顶板覆岩裂采比为18、冒采比为11,限厚开采是一种有效的控水采煤方案。     

铁矿充填剩余空区地表建筑建设适宜性评价方法

为了评价张马屯铁矿采空区充填剩余空区地表建设的适宜性,通过现场实测、理论分析和经验类比相结合的研究方法,分析了小片采空区、连片采空区和上下两层采空区3种不同类型充填剩余空区的顶板 稳定性,划分了地表不同程度残余变形区域,研究了建筑物载荷影响深度与覆岩破坏高度的相对关系,分析了地表监测点沉降特征,评价了建筑建设适宜性,并提出了建设场地安全保障措施。研究表明：张马屯铁矿 剩余空区顶板稳定,不会发生大面积塌陷,建设场地地表75.8%区域内建筑受到I级轻微损坏变形,15.6%区域内建筑受到Ⅱ级轻度损坏变形,危险程度较低,地表新增360 kPa建筑荷载对剩余空区稳定性无影响,地表 整体沉降较小,剩余空区稳定性较好,建设场地进行工程建设（建筑高度36 m以下）的适宜性较好。     

基于空区与塌陷区关联分析的露天开采安全评价

通过对罗恩延长部塌陷坑实地调查分析，对采空区原来地下开采技术资料进行整理并开展了补充探测工作，基本掌握了罗恩延长部塌陷坑和采空区的形态。在此基础上，重点对罗恩延长部地下硫化矿开采后空区赋存条件下的上覆岩层移动变形范围进行了整体分析，通过分析空区上部岩层移动变形范围与地表实际塌陷范围的相关性，表明地下采空区上覆围岩已出现不同程度的沉降变形，且采空区顶板岩体及上端部围岩均出现过不同程度的垮塌，加之上覆岩体松散破碎，垮塌岩体能够实现对原有采空区的有效充填。研究表明：该区域存在大范围采空区的概率极小，在地表氧化矿开采过程中通过对关键区域采取必要的超前探测等安全保障措施后即可进行正常开采。     

昭通铅锌矿采空区稳定性FLAC3D数值模拟研究

昭通铅锌矿古采空区达60多万m3,空区形态复杂.由于古采空区未得到处理且矿区民采泛滥,矿区主矿体I号矿带空区多次发生垮塌,并引发地表塌陷、山体开裂和井下采场垮塌等现象.采用FLAC如快速拉格朗日差分分析方法对采空区稳定性进行了数值模拟,数值模拟结果表明,采空区顶板发生向下位移,围岩位移剧烈,引起地表变形大;采空区顶板处出现明显的竖直应力集中和水平应立集中,采空区周围塑性区延伸至地表.     

采空滑坡成因机制分析

在现场地质调查的基础上,对滑坡变形破坏特征和发育过程进行了分析,结果表明:滑坡失稳破坏系地下采空诱发,进而对地下采空诱发地表斜坡失稳机制进行了探讨。地下采空导致整个上覆坡体变形沉陷并发生地表浅部滑动破坏,其变形过程可以归结为4个阶段,即煤层开采、后缘拉张、坡体剪切、滑坡发生。