不同井下开采方向下采动边坡稳定性的研究

在井采状态下边坡覆岩将发生不可逆转的破坏,从而致使边坡稳定性降低,对矿山安全生产形成潜在的危险。采用数值模拟和相似模拟对不同井采方向下边坡变形破坏和稳定性进行研究,结果表明:在数值模拟条件下,向坡开采明显优于背坡开采,向坡开采长度及最大沉降值分别为220m和2m,背坡开采长度及最大沉降值分别为160 m和2.6m;在相似模拟条件下,向坡开采左垮落角为64°,右垮落角为55°,背坡开采下分别为63°和56°,向坡开采和背坡开采周期性跨落步距分别为25cm(50m)和30cm(60m);在相似模拟条件下,从井采工作面推进距离来看,向坡开采沉降总小于背坡开采,最大沉降值分别为23.8mm(4.76m)和39.6mm(7.92m)。     

峰丛地貌浅埋煤层重复开采地表变形规律试验

为了揭示峰丛地貌下浅埋煤层重复开采诱发工作面覆岩破断运移、峰丛移动变形规律,以贵州典型峰丛地貌为工程背景,借助相似模拟、UDEC数值模拟及理论分析等手段,对工作面覆岩运动及地表移动演化规律进行研究。结果表明:随着煤层开采,山峰坡体左右两侧先后出现裂缝,随工作面的推进,裂缝逐渐缩小;重复开采对峰体左右两侧岩体结构破坏较小,而对内部岩体结构破坏较为严重;煤层开采结束后,采用UDEC模型分析峰体垂直应力以及垂直位移发展情况,发现垂直应力主要集中在峰体中央部分,垂直位移数值较大的区域同样为峰体中央部分;同时,在煤层开采结束后,相似模拟模型与UDEC模型均出现了一定程度的下沉情况,下沉量最大区域为峰丛山峰部分。     

基于不同开采方向的边坡稳定性对比分析

以安太堡露天矿边帮煤的回收来对不同采掘方向下边坡的稳定性进行分析对比,来确定最佳的开采方向,研究手段通过相似模拟实验来进行。结果表明:顺坡开采下,初次来压步距为步距45 cm(90 m),逆坡开采初次来压步距为来压步距40 cm(80 m);当采掘终止之后,顺坡最终工作面采掘长度280 cm(580 m),逆坡工作面最终采掘长度265 cm(530 m),顺坡开采对于煤炭回收率和坡体稳定性明显优于逆坡开采;采掘终止之后,顺坡最大水平位移和垂直位移为0.93 cm(1.86 m)和2.36 cm(4.72 m),逆坡最大水平和垂直位移为1.01 cm(2.02 m)和4.43 cm(8.86 m)。     

急倾斜矿体充填法开采的地表沉陷特性研究

建筑物下开采资源时,必须对开采引起的地表沉陷及其对建筑物的影响进行评价,确保建筑物的安全。针对赵平房铁矿矿体的急倾斜特性,结合空场嗣后充填采矿方法,运用有限元分析软件进行数值模拟分析,获得了矿体开采、充填后地表的移动变形规律,以地表倾斜、曲率和水平变形为评价指标,研究了地表的沉陷特性。数值模拟结果显示,两步骤开采引起的地表竖直方向最大位移为0.37 m,倾斜、曲率和水平变形最大值分别为0.794 mm/m、0.0096mm/m2、0.710 mm/m,其值均远低于我国建筑物的保护等级标准。结果表明,赵平房铁矿矿体的充填开采对地表建筑物沉降安全的影响不明显。     

条带开采矸石充填控制变形的数值模拟研究

针对煤矸石地表堆积对人类生存环境带来的威胁与危害,依据绿色开采中条带充填控制开采沉陷的思路,采用大型数值模拟软件FLAC,研究了条带开采矸石井下充填控制变形作用,对比分析了有充填和无充填条件下的煤柱垂直位移、水平位移以及地表下沉量,得出了一系列有价值的结论。结果表明,实施条带充填开采可减小煤柱变形,有效控制上覆岩层变形和地表下沉。     

特厚煤层充填开采地表移动变形研究

利用FLAC~(3D)数值模拟软件建立了充填开采工艺方案的数值模型,将"垂直变形、水平变形、倾斜值和曲率"作为分析地表移动变形的4个指标,并且把模拟结果与相关规程进行对比,研究认为:增子坊矿似膏体巷式充填开采对增子坊村建筑物的最大影响均在二级影响标准内,影响区域均在距村庄50 m之外,范围很小,特厚煤层充填开采对地表变形控制效果显著。     

不同倾角采动边坡移动变形特征及稳定性分析

为了研究采动对不同倾角的坡体稳定性影响,基于FLAC3D数值模拟,分析了不同倾角的采动坡体位移变形情况。运用强度折减法计算出煤层开挖前后不同倾角的坡体安全系数,并对坡体稳定性进行了分析。研究表明:坡体倾角越大,受采动影响及位移越大,不同倾角下最大垂直位移均集中在坡脚处,最大水平位移随坡体倾角增大向坡顶转移;坡体倾角越大,安全系数越低。煤层开采后,最大安全系数为30°坡体时的1.22,最小安全系数为75°坡体时的0.73。;坡体倾角大于60°时,采动坡体处于易失稳状态,应采取必要的边坡防治措施。     

黄土沟壑区采动滑坡变形规律分析

针对矿区开采引起黄土沟壑区滑坡、地裂缝等自然灾害发生的问题,基于韩家湾煤矿采矿地质条件,整理了矿区地表观测点的监测数据,地表监测结果显示,工作面从开采到停止总体经历启动期、活跃期、衰退期,开采初始阶段,矿区地表移动变形不明显;当12106工作面推进距离介于13 m与109 m之间时,地表移动变形产生剧烈变化,且最大下沉量可达1 963 mm,容易引起滑坡灾害发生。同时选取了韩家湾煤矿坡体岩土物理力学参数,运用FLAC~(3D)软件模拟矿区在不同边坡角度情况下地表滑坡灾害形成机理,工作面开采导致上覆岩层结构被破坏,下沉盆地整体向中心偏移,坡体受到拉伸和压缩变形产生塑性破坏。研究结果表明,当边坡倾角大于60°时,坡体位移不均匀,位移大的部位岩层失去支撑,导致滑坡灾害发生;当坡角小于30°时,基岩面形成滑动面发育至地表,滑坡灾害发生可能性较小。     

不同采高下S形滑面对边坡的影响

为了研究顺坡下行开采对边坡稳定性的影响,基于开采沉陷理论,采用UDEC数值软件研究采动对滑面的影响,并利用变滑面试验台模拟不同采高(0.8、1.2、1.8、2.4 m)下滑面变形对坡体稳定性的影响。结果表明:顺坡下行开采使上部滑面成S型挠曲,坡体出现不同程度的裂缝;且随着开采高度的增加,滑面挠曲程度增大,坡体内部裂缝加宽,坡体整体稳定性急剧降低。     

不均匀上覆荷载对露天矿采空区沉陷的影响规律研究

为了研究不均匀上覆载荷对露天矿采空区沉陷的影响规律,基于开采沉陷理论与技术,建立采空区沉陷模型,通过Rhino-FLAC~(3D)建模进行数值模拟,分析了排土场堆载过程中产生的不均匀载荷对采空区、不同外排土场形状对采空区的地表沉陷过程中的应力分布形态及变形规律,总结分析了露天矿排土场下覆采空区沉陷的影响规律。研究结果表明:随着排土场连续堆载高度加大,采空区上覆不均匀载荷随之增大,地表下沉位移量不断增大,竖直方向的压应力随埋深增加到最大值后递减为零后变为拉剪应力;采空区水平距离排土场300 m以上,排土场的堆载对采空区变形影响较小;采空区最顶部未堆载排弃物,地表沉降量约为采空区顶板累计沉降量的2倍;方形排土场下的地表下沉位移量比圆形排土场的大,2种排土场结构下的采空区长度上的下沉位移曲线呈V型对称,应力位移曲线呈M型,圆形排土场对下伏岩层中采空区变形影响更小,更有利于露天矿排土场的稳定性。     

端帮压煤井工开采下采高对坡体稳定性的影响研究

为探究端帮压煤井工开采采高对边坡稳定性的影响,本文通过FLAC3D数值模拟软件,探究采高对临界状态下坡体水平位移、潜在滑移面以及边坡安全系数的影响。结果表明:坡体中最大水平位移均出现在4号煤层与坡面相交处,随着采高的增加坡面监测点的水平位移均有小幅下降;坡体中出现两条潜在滑移面,一条滑面从坡脚处起始后贯穿至,另一条从4号煤层与坡面相交处起始后贯穿至坡顶;边坡安全系数随采高的增加而呈线性规律降低。采高为6m时,边坡安全系数依然大于1.2的中长期边坡稳定性要求,边坡处于稳定状态。因此,该矿可在边坡稳定性要求满足的条件下将9号煤层全部采出。     

断层对工作面开采影响数值模拟研究

为了安全高效地采出煤炭资源，采用FLAC^3D数值模拟手段，研究了采动条件对断层的影响，分析了工作面采动断层活化特征进行，然后建立数值模型，对断层尖灭部位两盘沿垂直断面和断层面的位移动态变化规律进行了研究。研究得出:在垂直断面层面上，随着工作面的推进，断层两盘垂直断层并没有发生明显的位移；在断层面上，断层两盘沿断层面发生了一定程度的滑动，最大位移达3 m。     

留底煤掘进双巷布置大采高工作面巷间煤柱尺寸优化研究

确定巷间煤柱合理尺寸是保证留底煤掘进双巷布置大采高工作面安全、高产与高效的关键所在。以某矿122106大采高工作面沿底掘进胶运巷和辅运巷之间的护巷煤柱为工程背景,对工作面生产地质条件展开现场调研,同时原位测试巷道围岩地质力学参数。基于上述原始数据理论,估算出煤柱极限强度与合理的煤柱宽度范围,通过数值试验研究手段,分析初步选定宽度煤柱条件下,二次回采阶段巷道围岩及煤柱内部应力、位移和塑性破坏特征。结果表明:煤柱的极限强度为50.48 MPa,合理的煤柱宽度为19.24~29.28 m。煤柱宽度20 m时,煤柱内塑性区是2个独立的区域;当煤柱宽度达到一定程度后,接续面回采对上个工作面侧煤柱应力影响较小,主要是对本侧煤柱影响较大;靠近煤柱侧顶板和帮部变形较大,垂直位移最大值集中在巷道肩角位置,顶板出现不均匀下沉;煤柱核区内垂直应力均小于其极限强度,能保证稳定;煤柱最大垂直应力集中在两侧,靠近采空区的位置,煤柱中部存在较明显的应力下降区域。     

高陡山体下煤层重复采动诱发岩质斜坡变形破坏过程分析

为研究高陡山体下煤层重复采动诱发岩质斜坡变形破坏过程,采用离散元数值模拟的方法,建立了高陡地形条件下煤层采动数值计算模型,从水平位移云图和纵向位移云图来分析煤层重复采动诱发岩质斜坡变形的渐进破坏过程。得出高陡山体下重复采动诱发坡体崩塌经历了3个阶段,即煤层初始变形阶段、重复采动导致坡体不均匀沉陷开裂阶段,坡体整体失稳垮塌阶段;同时得出坡体的不均匀变形引起整个坡体不同位置产生不同形式的破坏,坡表的最终失稳形式有滑坡和崩塌2种,主要由坡体的原始地形坡度和地层岩性决定。     

建筑物下开采方案优化研究

采用理论分析、数值模拟等方法，对某矿区南翼村庄下条带开采方案设计和地表沉陷规律进行了研究；在不同的开采条件下，采用概率积分法对各条带开采方案进行地表沉陷预计。研究结果确定了矿区南翼村庄下15号煤仅开采顶分层，采高为3 m，条带布置方案为采70 m留90 m煤柱。采用该方案后，地表最大下沉量为206 mm，倾斜为-1.47~1.29 mm/m，水平变形-0.4~1.0 mm/m，均小于建筑物Ⅰ级损坏标准，开采方案是安全可靠的。     

下煤层充填开采充实率设计的数值模拟

多煤层开采时,下煤层充填开采效果会直接影响地表移动变形值。充实率越高,地表缓沉效果越明显,但其开采成本也越高。基于此矛盾点,利用FLAC3D数值模拟软件,系统地研究了某矿区下煤层不同充实率方案时地表移动变形值的变化规律。实验结果表明：①随着充实率的提高,地表移动变形值是呈负指数函数减小的,直至趋于某值后不再变化;②在充实率为80%时,地表最大下沉值为750 mm、最大倾斜变形值为1.5 mm/m、最大水平移动值为1.4 mm/m,均满足规程要求。不仅能保证地面建（构）筑物的安全,还能达到最优的经济效益。研究成果对于指导下煤层充填开采具有十分重要的理论和现实意义。     

条带充填开采充填率对地表移动影响因素研究

解决“三下”压煤问题的关键是地表沉陷的控制技术。条带充填技术的发展提供了一种经济有效的地表沉陷控制技术,本文采用数值模拟的方法研究了厚松散层下条带充填开采充填率对地表移动变形的影响因素及其规律。结果表明随着充填率的增加,主断面地表移动变形的下沉值、倾斜值(绝对值)、曲率值、水平变形值逐渐减小;当充填率由64.5%~69%时,地表最大下沉值、倾斜值极大值呈显著减小趋势,曲率极大值的减小幅度有所降低,水平变形极大值的减小幅度先减小后变大。     

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。     

极分散深部矿体开采对地表及建构筑物的影响分析

地下矿山大规模开采会对周围岩体造成扰动,会出现围岩的变形、开裂或者移动,逐渐对地表及其建构筑物造成威胁。以张家岭整合矿区深部大规模开采对地表及其建构筑物的稳定性影响为研究背景,通过辨识得到张家岭整合矿区影响范围内主要建构筑物的保护等级,进而分析影响地表变形的主要因素,结合实际工程地质条件,采用数值模拟方法,利用3Dmine-FLAC_3^D联合建模分析方法,对张家岭整合矿区深部矿体一期及二期开采后,地表变形及地表构建筑物稳定性进行分析。计算结果表明：一期开采地表移动变形较小,随着二期开采的展开,地表最大竖直位移及最大水平位移逐步增大,其中地表最大沉降为10mm;分析在深部开采结束后, G206国道、尾矿库、竖井、村落、诸河流的地表倾斜、地表曲率及地表水平变形值均满足相关规范要求,因此得出张家岭矿区地下开采对该区域的地表变形影响较弱。