基于数值模拟的岩溶区地表沉降应用控制研究

针对贵州岩溶区某矿由于开采扰动诱发覆岩移动及地表沉降问题,运用理论分析并结合RFPA-Strata数值模拟等方法,对1503工作面诱发地表沉降进行应用控制研究。通过对5#煤层的开挖分析其采场覆岩移动破坏过程,得出1503工作面的冒落高度为17m,裂隙带高度为44m,与理论计算的结果相差不大;通过对5#煤层开挖诱发地表及内部覆岩移动规律分析,得出地表下沉量最大值处于采空区中心线附近,地表最大垂直位移值约142mm,水平位移最大值为18.2mm。结合现场实际和工程经验,提出了对应的控制治理措施,为类似矿山的安全生产提供了参考依据。     

地下采矿引起山体滑坡发展过程数值模拟研究

为了研究地下采矿引起山体滑坡发展过程,以某金属矿山地下开采引起的山体滑坡为研究背景,模拟了井下矿体的开采过程,重现了山体变形滑坡,并由数值模拟结果预测了今后山体滑坡发展过程。结果表明: 竖直方向和水平方向位移表明山体目前处于滑坡阶段,与矿山现场实际情况相符,验证了数值模拟结果的可靠性; 随着矿体开采水平向深部发展,竖直方向位移逐渐增大,在整个地表竖直方向位移发展过程中存在3个突变点; 地表产生滑坡至地表塌陷过程有4个发展阶段,分别为岩层变形初期、地表出现滑坡、地表出现陷落孔洞和地表塌陷; 采用充填体材料对开采后的采空区进行充填后,能有效控制上覆岩层变形,预防了岩层变形,进一步控制了地表滑坡的形成与发展。研究成果可为矿山安全生产提供参考。     

红泥坡铜矿采场覆岩变形破坏规律试验研究

为探讨红泥坡铜矿采场上覆岩层变形破坏、岩层冒落演化规律,采用相似模拟试验开展了相关研究。研究结果显示:在空场条件下,当开采至第三分段时,采场直接顶板发生冒落,冒落高度达8～10m,上覆岩层位移0.1～0.3m,若继续开采,采空区冒落高度达29m左右,上覆岩层最大位移达到0.6m;当矿体开采第一分段时,上覆岩层应力状态变化已发展至近地表覆盖层的局部区域,开采第二分段时,地下采动作用对近地表覆盖层应力场的影响范围逐渐增大且覆盖层呈现出不均匀的变形状态,若继续开采,上覆岩层应力场将受到明显影响,研究结果对矿山生产规划及岩层控制具有理论指导意义。     

综放开采下厚表土层移动规律研究

为研究厚表土层在综放开采条件下的移动规律,在长治矿区高河矿W1303工作面建立了地表岩移测站。通过对实测数据的分析得出了最大下沉点位于采空区上部Z29,Z30,Z32测点,并得出了一系列上覆岩层的移动角参数。通过理论分析,得出在综放开采条件下上覆岩层的移动变形表现形式分为前期和后期两种。同时得出影响上覆岩层移动的主要因素有上覆岩层岩性、关键层的位置及作用、开采尺寸、工作面推进速度及顶板管理情况等。并结合FLAC3D数值模拟软件分别模拟了表土层厚度为140、190、240 m在回采过程中的地表移动规律,得出了表土层厚度为190 m与实际地表层厚度为189.43 m的移动规律相符。因此针对厚表土层在综放开采条件下的岩层移动规律的研究可为长治矿区矿井建设提供一定的参考价值。     

某村庄建筑物下条带开采设计及数值模拟分析

为安全开采某村庄建筑物下煤炭资源,根据该矿山地质条件和建筑物下煤炭开采要求,依据压力拱理论和三向应力法煤柱设计理论进行计算,得到28号煤层条带开采宽度和保留煤柱宽度,理论计算采出率46.2%,煤柱的安全系数1.89,可以承受上覆岩层施加的载荷,达到设计要求标准。根据理论计算结果和地质参数建立数值模型。模拟结果表明:地表下沉相对均匀,形成一个采空区中部凹陷的盆地,地面最大斜变形i=0.017mm/m,曲率K=-0.15×10-7/m,地表变形控制在Ⅰ级范围内,建筑物轻微损坏。通过模拟验证了该条带开采方案可以有效控制地表沉降和变形,降低开采对建筑损坏。     

基于FLAC~(3D)对不同采序下采空区变形规律的研究

以北埠煤矿为工程依托,对不同开采顺序下采空区上覆地层变形规律展开分析,并得到结论:(1)开采煤层总数相同,采空区的影响范围与煤层开采顺序无关,且不同开采顺序引起的地表最大变形位置相同;(2)通过模拟不同开采顺序条件下上覆岩层的变形情况,可以得到多煤层的最佳开采顺序为由中间层至上下层;(3)首采煤层一定时,二采煤层上覆岩层越薄,采空区引起的地表沉降值越大。     

长治矿区综放工作面上覆岩层移动规律

针对上覆岩层的移动规律,对高河矿地表最大下沉值的实测点Z29#、Z30#、Z32#数据进行了分析,得出最大下沉速度、沉降初始期、活跃期、衰退期与开采深度、工作面宽度,推进速度的关系。采用FLAC3D分别对宽度为155 m和255 m的工作面进行了数值模拟,分析了不同工作面宽度上覆岩层的应力分布和位移变化。得出上覆岩层的移动是由于回采造成围岩应力重新分布以及岩层中的节理,层理,软弱结构面在应力重新分布过程中发生变形、破坏和失稳的结论。     

近距离煤层开采覆岩运移规律诱发地表沉降分析

为对近距离煤层开采顶板覆岩运移规律及覆岩破坏诱发地表沉降进行分析，采用物理及数值模拟实验，以某煤矿近距离煤层开采为例进行论证。研究结果表明：开采过程中煤层上方原岩应力发生扰动，使能量得到释放，从而诱发覆岩发生持续变形现象，变形破坏的覆岩区域呈下沉抛物线状；近距离煤层开采过程中，因上方垮落覆岩作用，导致上下煤层之间的岩层发生断裂，从而引发上下采空区发生贯通现象，能量释放区形成泄压叠加区，此时对地表沉降的诱发效应最为明显和直观；上煤层开采覆岩变形破坏形态比下煤层更为直观，下煤层因上下煤层双重复合效应覆岩沉降现象比上煤层开采更为剧烈且对地表沉降诱发效应更大，数值模拟地表沉降值为3.7 m,相似模拟地表沉降值为5.6 m,理论计算地表沉降值为5.279 m,整体差值较小，可以相互验证。     

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。     

高速公路压覆矿体开采地表变形预测

为分析研究高速公路压覆矿体开采对高速公路的影响,采用概率积分法理论计算预测地表移动变形值,并利用3DMine、Midas、FLAC^3D等软件,对盘龙铅锌矿矿区高速公路的压覆矿体开采造成的地表移动变形进行数值模拟研究,综合分析理论计算与数值模拟结果,从而判断压覆矿体开采是否会使高速公路发生破坏。研究表明:地表发生最大沉降位移处位于6~10线开采中心正上方;数值模拟与理论计算得出的地表最大倾斜值、最大曲率值、最大水平变形值均满足规程要求,高速公路未发生破坏。