近地表急倾斜厚矿体地表移动规律及影响因素的敏感性分析

利用FLAC~(3D)有限元分析软件,根据开采深度、矿体倾角、矿体厚度三因素设计L16(45)正交试验方案模型。极差和方差分析结果表明:对水平最大位移和移动范围的影响程度,开采深度矿体倾角矿体厚度;对垂直最大位移的影响程度,矿体倾角开采深度矿体厚度;地表水平位移呈"山峰—山谷"型曲线,山谷段随着倾角的增加逐渐向下盘方向移动。下沉曲线为漏斗型曲线,开采深度增加到某一深度后,靠近矿体中心附近的岩体会发生隆起。随着矿体倾角的增加,影响地表出现移动盆地的矿体开采深度也相应增加,即矿体倾角越小,越容易在地表形成移动盆地。形成的边界角随着开采深度的增加而减小,逐渐稳定于50°左右,矿体的倾角越大,边界角趋于稳定的速度越快。     

构造应力环境下倾角对急倾斜矿体开采岩移规律的影响

为了研究构造应力环境下矿体倾角对急倾斜矿体开采岩移规律的影响,基于离散单元法3DEC,分析了构造应力(σh/σν=1.5)环境下,矿体倾角分别为50°,60°,70°,80°,90°时开采引起的地表与围岩移动变形规律。结果表明:既有条件下,地表最大沉降量随倾角的增大而减小,下盘地表最大水平移动量随倾角的增大而增大,上盘地表的最大水平移动量随倾角的增大而减小;随着矿体倾角增大,上盘围岩最大移动变形量和采动影响范围减小,而下盘围岩最大移动变形量和采动影响范围则增大。     

某金属矿地下开采地表沉降影响分析

针对某金属矿向深部开采过程中遇到的地表沉降问题，通过建立该矿山全生命周期内矿体数值模型，研究随开采深度的增加，地表沉降对建(构)筑物和上覆岩层稳定性的影响。采用Midas数值模拟方法模拟矿体逐步开挖后，对地表沉降变形进行分析。研究结果表明，当矿体开采到-800 m中段时，在地表形成了近似圆形的沉降盆地，地表建(构)筑物的最大地表沉降量为16.77 mm，最大水平位移为-7.33 mm，地表最大倾斜为-0.041 mm/m，最大曲率为0.036×10^-3 mm/m²，最大水平变形为-0.052 mm/m。地表沉降及变形值均不超过“三下”采矿规范限值，并且矿山采用充填采矿有效控制了井下采动对岩体的移动，地表及建(构)筑物不会出现明显的沉陷问题，对于该矿深部开采对地表沉降影响分析有一定的参考价值。     

多次重复开采对围岩稳定及地表变形的影响

以马城铁矿为工程背景,采用PHASE 2D有限元软件建立数值模型,研究多次重复开采影响下的覆岩移动规律及地表破坏范围。研究结果表明:开挖初期,矿体周围围岩最先进入屈服状态。开挖结束后,矿体左上方地表处呈现倒立的三角形塑性区且浅部矿体上方的位移破坏范围直通地表;矿体开挖后在地面形成一个盆地。随着开挖厚度的增大,地表下沉量也逐渐增大。由于矿体具有一定的倾角,且上、下采区同时开采,因此地表下沉曲线并不对称。     

河流下伏采空区地表沉降规律及处治技术研究

以西石门铁矿为工程背景,采用物探、监测、数值计算等方法,开展河流下伏采空区地表沉降规律研究,提出采用“补偿法”的技术措施治理河床不均匀沉降。主要研究结论如下：采用可控源音频大地电磁法可将研究区域划分为沉陷区、危险区和低电阻异常区,其中,低电阻异常区为采空区或矿体的表现;水平挤压构造应力致使地表形成椭圆形沉陷盆地,其存在增加了地表移动盆地的范围;水平挤压构造应力降低了开采最大沉降量,但使累计沉降量呈现出“突发式”增长模式;“补偿法”永久治理措施中,防渗加固主体结构包括刚性防水层、柔性防水层及抗冲刷层,可随河床沉陷而下沉,最终填平矿体开采造成的地表不均匀沉陷。     

基于岩层移动理论的急倾斜煤层采后地表移动变形规律研究

为了探究急倾斜煤层开采对地表沉陷的影响,以及进一步保护地表构(建)筑物,采用理论分析和数值模拟计算方法对急倾斜煤层开采后地表沉陷规律进行了系统研究。利用新修正后的概率积分法进行开采区域二重积分,得到了急倾斜煤层采空区上方地表沉陷的理论计算公式,对急倾斜煤层倾角及埋深对地表沉陷影响进行了分析,同时通过FLAC软件对急倾斜煤层上覆岩层的运移规律进行了数值模拟分析。结果表明:(1)对于急倾斜煤层,当倾角相对较小时,地表最大沉降量较大,且地表下沉曲线呈现非对称特性,随着煤层倾角增大,地表最大下沉量逐渐减小,下沉曲线由非对称性逐渐向对称性转化,当倾角为90°时,下沉曲线完全对称。(2)当急倾斜煤层采深较小时,地表最大沉降值较大,但影响范围较小。随着煤层采深增大,地表沉降值逐渐减小,但影响范围增大。     

基于概率积分法的济宁某矿地表位移规律研究

采空区上方地表移动变形将严重影响附近建(构)筑物的安全。为分析地表移动变形引起建(构)筑物的破坏类型,明确地表沉降、倾斜、曲率对建(构)筑物的影响,基于概率积分法,以济宁北部某矿3307工作面为例,结合地表实测位移结果与FLAC3D数值模拟,分析了地表移动变形规律,并对地表建(构)筑物进行了安全性分析。研究表明:(1)随着工作面推进,地表下沉量逐渐增大,当采空区长度达到2倍的影响半径时,地表盆地最低位置开始触底,此时下沉量达到最大值。随着工作面继续推进,地表盆地尺寸不断扩大,最大下沉值不再增大。(2)开采深度对地表盆地形状具有重要影响,当开采深度较小时,地表盆地近似为开采工作面形状,随着开采深度增大,地表盆地逐渐趋近于椭圆形。(3)对3307工作面地表变形规律进行分析,将实测结果与理论计算结果进行了对比,两者误差小于5%,证明了理论计算结果的合理性。     

覆岩岩性对地表移动变形的影响

通过覆岩岩性与开采影响传播方向关系的研究，得出了倾斜煤层在三下开采时，覆岩越软，对地表最大下沉值影响赵大；煤层倾角越大，地表最大下沉值的变化越大的重要结论。并在开采时预计地表最大下沉的位置和量值，正确选择最大下沉角，以及预示开采后顶板的运移方向，预防顶板冒落和安全生产较大。图２，表２，参７。     

缓倾斜矿体开采地表沉降模拟

为最大限度地开采地下矿体并保护地表构筑物的安全,以基本空场法开采的某个缓倾斜多金属矿床为工程实际,运用FLAC3D建立三维模型,结合后处理软件TECPLOT进行地表沉降规律模拟研究,并根据模拟结果绘制地表沉降曲线图。研究结果表明：沉降等值线基本遵循塌沉形态分布;采空区上方地表下沉最大,同一方向上越远离中心下沉值越小。地表最大沉降位移为120.9 mm,地表村庄除杨家村最大沉降值为24 mm处于危险圈定范围内,其他地表构筑物均处于开采损害范围之外;模拟沉降计算结果为地下矿体开采和地表村庄构筑物影响研究提供一定的理论依据,具有重要的现实意义。     

横向重复采动对煤矿区地表沉陷影响的数值模拟

采用FLAC3D软件对非充分采动和充分采动两类模型分别做数值模拟,试验结果表明:在非充分采动条件下,横向重复开采加大了地表最大下沉量,加剧了地表沉陷,改变了下沉盆地的范围;充分采动条件下,横向重复采动不会增加地表最大下沉量,与初次开采相比下沉系数不变,仅改变下沉盆地的范围和形状。     

节理倾角对采煤沉陷影响的数值实验研究

根据陕西某矿区主采煤层覆岩结构及其物理力学性质资料,采用FLAC3D软件中的遍布节理模型研究了覆岩中节理倾角对地表最大下沉值的影响。结果表明:当水平覆岩中有节理发育时,地表最大下沉点偏移沉陷盆地的几何对称点,偏移方向因倾角不同而发生变化;节理改变了最大主应力的分布状况,拉、压应力随着节理倾角的变化出现沿节理面或垂直节理面分布的特征;低角度节理和高角度节理对地表下沉有较大的影响。     

最大下沉角计算的神经网络模型研究

最大下沉角是确定地表移动盆地走向主断面位置的关键性参数,关系到地表移动和变形预计的精度.系统分析了影响最大下沉角的地质采矿因素,根据国内大量的地表移动观测资料,建立了最大下沉角计算的神经网络模型.该模型与遗传算法相结合,克服了单一神经网络易陷入局部最优和收敛速度慢等缺点.研究表明,用基于遗传算法的神经网络来计算地表移动盆地的最大下沉角,其结果更加真实、可靠.     

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。     

超高水材料跳采充填采煤法地表沉陷规律

为了研究超高水材料跳采充填采煤法地表变形规律及地表沉陷控制效果,以某矿区地表沉降观测数据为基础,研究了充填开采各阶段的地表变形规律;采用关键层理论,并结合FLAC 3D数值模拟实验,研究了跳采过程中的关键层破断及地表沉降之间的时空关系,分析了影响地表沉陷的主要因素,评价了地表沉陷控制效果。研究表明,采用该方法在平均埋深340 m,采厚为4 m的近水平煤层开采时,地表最大下沉值为1 174 mm,下沉系数为0.29,减沉率约为62.8%,采出率为89.2%,且下沉盆地范围明显减小。分析可知,充填可大大减小地表下沉量,跳采可控制下沉盆地的形态,有效的保护了地表重要的建（构）筑物。     

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。     

地表沉降与矿体倾角相关性研究

为了对比分析矿体上下盘地表沉降规律,评价矿体下盘岩体的稳定性,利用有限元分析软件ANSYS,建立有较高仿真度的三维数值分析模型,并对模型进行相关参数的赋值。模型中矿体倾角从0°至80°以间隔5°增加,计算了多个矿体倾角不同的工况。根据每个模型的计算结果,运用MATLAB对矿体倾角和地表最大沉降值进行最小二乘法4次方拟合,得出以倾角为变量的4次方多项式和最大沉降值随倾角的变化曲线图。研究结果表明,矿体上盘地表最大沉降值随着矿体倾角的增大而减小,矿体下盘地表最大沉降值随矿体倾角增大整体呈增大趋势。     

褶皱构造对采煤沉陷控制作用的数值模拟

用Flac^3D软件对采煤沉陷控制作用分别进行了数值模拟,得出了开采背斜构造煤层可对地表移动变形起缓解作用,其最大下沉值的量值与背斜翼间角正相关,下沉盆地的影响范围与之负相关;开采向斜构造煤层可对地表移动起加剧作用,其最大下沉值的量值与向斜翼间角负相关,下沉盆地的影响范围与之正相关的结论.     

毛乌素沙漠区煤层开采地表移动变形规律研究

我国西部矿区生态脆弱,煤炭资源开采引起的地表移动变形是破坏生态环境的重要因素。为了研究毛乌素沙漠矿区采煤引起的地表移动变形规律,在某矿首采面上方建立了地表移动观测站,利用球心空间拟合RTK测量技术进行了地表移动变形定期监测。通过对实测数据进行分析,得到了以下结论：①地表移动过程是连续渐变的,地表移动盆地边界角为58°,移动角为63°,裂缝角为79°;②地表下沉速度快,实测最大下沉速为110 mm/d,最大下沉速度系数为3.14,明显大于我国东部矿区类似深厚比条件下中厚煤层综采的下沉速度;③地表楔形裂缝发育,主要位于采区边界和工作面前方,拐角处呈现弧形状态;④地表移动分布规律基本符合概率积分法模型,利用遗传算法反演得到了概率积分法模型参数。上述研究成果将为类似矿区合理留设各类保护煤柱、地表沉陷预测以及设计“三下”采煤方案提供参考。     

利用随机森林回归模型预计水平移动系数

水平移动系数b是开采沉陷预计的重要参数之一,对于精确确定开采沉陷地表影响范围具有决定性作用。为精确有效地计算b值,进而提高开采沉陷的预计精度,首先详细分析了R语言特点及随机森林(Random forest,RF)算法的基本原理及实现流程;然后,详细探讨了影响b值的地质采矿因素,并确定了5个基本变量,即开采厚度、煤层倾角、开采深度、工作面斜长、覆岩评价系数;最后,结合R语言构建了一种RF回归模型并用于预计b值。用于训练和测试RF回归模型的样本来源于我国一些主要矿区的典型地表移动观测站实测资料,试验结果表明:利用基于R语言编程的RF回归模型预计的b值与实测值的最大相对误差仅为4.559%;相对于BP神经网络、支持向量机(Support vector machine,SVM),RF回归模型在预计精度和模型稳定性等方面优势较明显,且该模型具有较强的泛化能力,可基本满足实际工程需要,为高精度预计b值提供了一种有效方法。