薄煤层超高水充填开采与地表沉陷研究

充填开采是建筑物下压煤的开采方法之一。为研究超高水充填开采对建筑物的采动影响程度,评价超高水充填效果,以吕沟煤矿超高水充填工作面为例,建立地表移动观测站对地表沉陷进行观测。采用概率积分法预计地表移动和变形值等,分析超高水充填开采对建筑物的影响。研究表明:超高水充填后地表下沉值较小,工作面推进270 m时,地表最大下沉值为43 mm;地表村庄建筑物损害级别在Ⅰ级以内。超高水充填开采能大幅减小地表移动和变形值,降低建筑物损害等级,保障地表建筑物的安全使用。     

厚松散层高强度开采岩层与地表移动模拟

为研究厚松散层高强度开采引起的岩层与地表移动,对霍宝干河矿某工作面的覆岩破坏及地表沉降进行三维数值模拟,得到该高强度开采工作面在不同推进距离时采空区上覆岩层的塑性区和垂直位移分布云图。对覆岩破坏特征及地表沉降进行了综合分析。用概率积分法和现场实测值验证数值模拟的有效性。结果表明:3种方法得到的地表沉降值接近;覆岩破坏发育过程可划分为4个阶段:起始阶段、缓增阶段、突增阶段和终止阶段;覆岩破坏边界呈正八字形,厚松散层移动边界呈倒八字形,最终呈现出"类沙漏"形岩体与地表移动边界。     

特厚煤层重复采动条件下断层滑移对冲击地压的影响

为探究重复采动条件下断层滑移特征及其与冲击地压的关系,以老虎台矿83003综放工作面为研究对象,采用数值计算、现场监测和理论分析多种方法进行研究。采用UDEC数值模拟软件和预应力锚索的工作阻力监测,对重复采动条件下断层运动特征以及断层运动与冲击地压或矿震关系进行分析。研究表明,重复采动使断层活化,83003综放工作面开采后F25断层上盘的滑移量达到5~8 m;锚索工作阻力突变值大于5 k N时,将在33 h内发生能量较大(大于106J)的矿震,对冲击地压的发生具有预警作用。覆岩破坏、断层滑移、断层应力场和采动应力场耦合作用是83003综放工作面冲击地压频繁发生的根源。     

某矿村庄下煤柱开采方案研究

为了充分开采村庄下的煤炭资源和缓解矿区采掘接替紧张的矛盾以及延长矿井服务年限,同时又能最大限度地减小地下开采对地表建筑物损害。结合某矿特定的地质采矿条件,根据岩层与地表移动机理,对该矿区地表移动变形的影响因素和工作面推进速度与地表变形的关系进行了分析,得出了该矿13264工作面最佳的推进速度为3.0m/d。应用村庄下压煤开采技术的理论和方法,对该矿区村庄下保护煤柱后期开采方案进行了优化分析,指出:13266工作面顺序开采并能够在较短的时间内开采停止,则顺序开采对地表建筑物的损害程度要小;13264工作面开采通过该矿区村庄以后,下一个工作面通过的时间相隔时间较长,则跳采方式对地表建筑物的损害程度要小。     

村庄下条带开采留设煤柱充填回采安全性研究

为探究充填回采条带留设煤柱的安全可行性,首先,提出条带开采留设煤柱充填回采方案,通过理论计算充填体荷载及强度,分析充填体的稳定性;其次,根据条带开采后岩层移动情况确定预计参数,采用概率积分法计算充填回采后地表移动与变形,结合建筑物损坏等级评定标准,分析地表建筑受损情况,验证充填回采条带煤柱的适用性;最后,以佛店村庄下充填回采条带煤柱为实例进行分析。结果表明:条带充填体荷载22. 3 MPa,充填体强度31. 3 MPa,充填体安全系数1. 41,可使地表保持长期稳定。采用充填回采方案可将地表移动变形控制在Ⅱ级变形范围内,使地表建筑的正常使用不受影响。     

基于应力与位移分析的地表沉陷区圈定

地表沉陷区是判定地表建(构)筑物稳定性的重要依据，一般认为沉陷区内地表的下沉值较大，不利于建(构)筑物稳定。充分采动时通常在垂直和平行矿体走向的主断面上，从采空区边界按照查手册确定的地表移动角向地表绘出矿体两侧的地表临界变形点，再连接这些临界变形点形成地表移动区。不充分采动或充填法采矿时还没有地表移动区的圈定方法，只能沿用充分采动的圈定方法，导致圈定的范围过大或评价结论不可靠。基于房柱式留矿法对地表滑坡影响的理论分析和数值模拟，得出不充分采动时绘制地表移动区的启示，并结合充填采矿的地压规律研究，探讨了充填采矿的地表移动区绘制方法。结果表明：充填采矿时应根据主断面开采的应力与位移分析确定地表沉陷区绘制的参考面及地表移动角；附近几乎受拉或地压与原岩应力区别很大的位移等值线与水平面所成的角应为地表移动角，否则，根据附近不受拉或处于原岩应力状态的位移等值线确定的移动角偏小，圈定的地表沉陷区过大；主断面内位移变化明显的平面应为参考面，如矿柱稠密或充填法采矿时最顶部采场的顶板。     

基于渗流-损伤耦合分析的煤层底板突水过程的数值模拟

根据杨村煤矿17煤的水文地质条件,应用岩石破裂过程渗流与损伤耦合作用分析系统(F-RFPA2D),建立了薄煤层底板采动破坏的数值模型,模拟了采动条件下底板的破断失稳、裂隙扩展和突水过程,探讨了底板突水的机理,并对底板的易发生突水部位进行了预测.结果表明,当回采工作面推进到26.8 m时,在隔水层的两个约束端产生拉剪破坏区.该破坏区和12灰贯通形成突水通道.突水后通道处的位移、流量都发生突变增加,并形成连锁反应,使12灰到13灰及其之间的隔水层依次发生破坏,最大破坏深度达13 m,但未勾通和14灰、奥灰之间的水力联系,在底板没有断层的地段不会发生突水.两个工作面采前和采后压水试验结果表明,采动后底板破坏深度在9.96～12.35 m,同数值模拟结果相吻合.     

采动底板力学特征及其对回采巷道稳定性影响

应用理论分析、计算机模拟和现场实测,分析了采动底板应力传播规律及其对底板巷道稳定性影响规律。研究表明:煤壁前方应力增高区附近底板压应力分布呈现"球根"状,随着埋深的增加,垂直应力先增加后减小,剪应力浅部采场边界高度集中,是引起层状底板剪切滑移的根本原因。张集矿1113(1)工作面回采过程,活化了已回采稳定的两工作面层间似连续-非连续-散体结构,导致非连续结构的剪切滑移失稳,和散体冲破相互咬合摩擦力的移动,引起了1113(1)工作面轨道巷广距离失稳。相邻采区开采顺序由上下煤层间隔同采调整为上下煤层顺序开采后,巷道表面位移显著降低,技术经济效益显著。研究成果可为煤层群开采采区设计、底板巷道稳定性控制提供理论基础。     

断层带边界岩体采动应力特征相似材料模拟研究

为了研究断层带边界岩体的采动应力特征,以龙东煤矿F张断层两侧岩体地层为原型,建立了断层带相似材料模型,对煤柱缩小过程中,近断层带煤层底板采动应力特征及断层带两侧岩体应力变化规律进行了跟踪监测。研究结果表明:随着工作面的推进,超前支撑应力在煤层底板下30m处,反应最为明显;当煤柱宽度减小至30m时,底板集中应力达到最大值为127.64kPa,应力集中系数2.8;煤柱宽度20m时,煤层底板深部近断层带附近开始明显卸压,同时断层带两侧应力变化出现明显差异,显示出断层带对应力传递的影响,上下盘表现出不同的采动特征,容易造成断层的"活化",研究结果可为断层煤柱的合理留设和巷道布置提供依据和参考。     

破碎带宽度对断层活化及煤柱留设的影响研究

为研究不同宽度的断层破碎带对防水煤柱留设的影响,通过对断层活化进行力学分析,得出断层活化的必要条件是断层带内岩石的黏结系数小于等于临界值Cmax,且断层带所受法向应力与剪切应力是影响该临界值的主要因素。利用数值模拟软件,建立不同破碎带宽度的数值模型,对断层活化及煤柱留设进行模拟。结果表明:当工作面距断层60 m内时,由于黏结系数临界值Cmax的迅速减小,断层活化危险性显著提高,且断层破碎带宽度越大,断层越容易发生活化;通过分析采场塑性区分布图,得出煤柱临界尺寸随破碎带宽度的增加而呈线性增长的规律。研究结果对断层合理留设煤柱具有重要的参考价值。     

临近断层特厚煤层分层开采冲击地压发生机制

为了研究临近断层分层开采的冲击地压发生机制,以老虎台矿特厚煤层开采为研究背景,采用地质动力区划方法、数值模拟和现场监测方法对井田的地质动力环境、临近断层开采的围岩应力分布规律和断层滑移特征及其与冲击地压的关系进行了研究。采用地质动力区划方法,将老虎台井田断裂构造划分为5级,通过地震和矿震分布情况,确定老虎台矿地质构造活跃,处于较高的应力环境;采用FLAC3D数值模拟和锚索应力监测方法,分析断层围岩应力演化规律和断层滑移规律,在断层和开采共同作用下工作面断层侧超前支承压力急剧升高。结果表明,地质动力环境为冲击地压的发生创造了外界环境条件,断层和采动的耦合作用是冲击地压诱发的主要原因。     

薄基岩厚松散含水层下综放开采安全性研究

为研究薄基岩厚松散层含水层下综放开采的安全性,通过对赵家寨煤矿12采区东翼松散层地质特征分析,将其分为"一隔三含",并揭露其厚度和结构分布特征对煤炭开采的影响。采用经验公式计算不同采高下导水裂隙带高度,并建立UDEC数值模型模拟分析开采过程中上覆岩层变形破坏规律。基于导水裂隙带高度经验公式计算、数值模拟结果和相关实测资料,并结合12采区东翼的地质特征,引入"导水裂隙带高度调整系数n"概念,提出并验证该区域的导水裂隙带高度计算公式。结果表明,12采区东翼大部分区域可疏干新近系下部含水层后开采,研究内容可减小防水煤岩柱高度,提高煤炭采出率。     

村庄下倾斜煤层条带开采方法研究

针对我国"三下"(建筑物下、水体下、铁路下)压煤条带开采的实际情况,根据国内外有关条带开采的实践经验和技术要求,采用极限强度理论和压力拱理论对村庄下倾斜煤层条带开采进行了分开采深度设计,计算得出了条带开采的采出宽度和保留宽度;应用条带开采地表移动参数的模糊优化理论对概率积分法预计参数进行了选取,按照不同的开采深度,对村庄范围内的地表移动和变形值进行预计;根据预计的结果,对计算得出的条带开采尺寸进行检验和优化。研究表明,村庄下分采深条带开采尺寸设计和分采深地表沉陷预计,不仅可以提高地下煤炭资源的采出率,实现村庄在不搬迁情况下安全开采,也可最大限度地减小地下开采对地表建筑物的损害。     

煤层底板卸荷扰动断裂机制宏细观研究

基于断裂力学和重整化群理论,采用综合研究方法,从宏细观角度对开采扰动底板损伤岩层动态失稳机理进行了研究。结果表明,煤层回采后,底板岩层存在高应力束组成的主应力拱,最大主应力大小决定裂纹的起裂与扩展,裂纹的生长路径受控于最大主应力的方向。采场高支承压力引起岩层原始裂纹起裂,宏观上表现为底板岩层的预先剪切随机破坏;近场区域最大主应力场部分偏转,引起底板岩层中垂直应力显著降低、浅部水平应力急剧增加和斜向采空区方向产生高剪应力,迫使裂隙在原有扩展长度基础上进一步生长;工作面继续推进,采空区内底板岩层水平方向上压缩和竖向膨胀引起岩层拉破坏,当底板岩层损伤发展到临近损伤值时,极小范围的扰动被强烈放大,底板岩层由随机破坏转为"雪崩"式宏观断裂。     

采动区建筑物移动变形规律实测研究

为了研究开采影响下的建筑物移动变形规律、指导矿井安全生产,兴隆庄煤矿专门在4326综放工作面上方设立建筑物移动观测站。通过对观测资料的分析研究,获得该区条件下建筑物的移动变形规律,给出建筑物移动变形与地表移动变形之间的单因素系列关系式,并总结了不同长高比条件下建筑物变形与地表变形之间的综合关系式,获得的一些有益成果为矿区建筑物下安全采煤及采动区建筑物保护设计提供了科学依据。     

深部开采煤岩瓦斯动力灾害统一发生机制及监测技术

为研究深部开采冲击地压、煤与瓦斯突出及其复合动力灾害的发生机制,并对其进行有效监测预警,运用事故调研、理论分析、工程实践等方法,分析了我国煤岩瓦斯动力灾害的影响因素,研究了其发生的统一机制和监测技术。结果表明:煤岩瓦斯动力灾害是冲击、突出共性因素和个性因素共同影响下的结果;根据灾害发生过程中能量释放的主体和形式,将煤岩瓦斯动力灾害分为冲击地压、煤与瓦斯突出、冲击-突出型复合动力灾害、突出-冲击型复合动力灾害4种类型;采用多层次统一监测模式,可对深井煤岩瓦斯动力灾害进行全方位连续的统一监测。最后将研究成果应用于煤矿现场实例,效果良好。     

井下有限空间内作业人员噪声危害调查

为研究煤矿井下环境相对封闭、空间相对有限的情况下,噪声对作业人员的影响及危害,通过问卷调查的形式,分别对开滦集团东欢坨及荆各庄2煤矿井下5个不同作业区人员进行了共计200份的噪声危害问卷调查。将问卷调查结果通过SPSS软件进行统计与分析,并将SPSS分析得到的数据用于分析井下噪声对作业人员的影响及危害,归纳出噪声对作业人员的影响因素,并对噪声、影响因素及症状之间建立了井下噪声对作业人员影响的理论关系模型。结果表明:在井下有限空间内,噪声对作业人员的危害最严重的症状是耳鸣,危害最轻的症状是畏惧感;参与调查的多为年龄较大、工龄较长的作业人员,噪声对工龄较长者的危害程度要大于对年龄较大者,且工龄与噪声危害之间存在Pearson相关性系数大于0的正相关关系。     

结合遥感影像的矿山开采沉陷专题信息三维表达

煤矿井下开采引发地表沉陷是一种严重影响生命财产和生产安全的工程形变灾害 ,其形变信息有效表达和精准制图可大大减少矿区变形控制的成本,为矿山安全生产、 保护煤柱留设、塌陷地治理、压煤村庄搬迁、破坏等级判定与损害补偿评估等方面提供 更可靠的技术保障。基于矿山地图、实时卫星遥感影像与开采沉陷变形预计结果等数据 ,采用GIS空间分析和三维可视化技术,对淮北朔里矿区地表移动与变形的下沉（W）、 水平移动（U）、水平变形（ε）、倾斜（i）和曲率（K）等形变类型进行了三维的专 题信息与应用表达,其专题信息能更加直观有效地表达与准确清晰描述开采沉陷的地理 位置、影响范围、受损害地物类型、形变方向与变形量大小等。     

龙门吊移动荷载对地铁车站深基坑变形的影响

青岛地铁苗岭路站是在土岩组合地层下开挖的狭长型换乘车站,深基坑两侧既有建筑物众多且临近基坑,施工中采用龙门吊运输材料。为探究龙门吊移动荷载作用下基坑围护结构和土体的空间变形规律,建立三维有限元数值模型,对比分析了加载前后基坑围护桩侧移变形和坑外地表沉降,并探讨了起吊物与边跨的距离对基坑变形的影响。结果表明:龙门吊移动荷载作用下基坑产生明显的动态响应;围护桩桩体侧移变形比竖向变形响应明显且沿深度有所不同,嵌岩点处侧移响应最明显,土岩交界面处响应最小;受基坑阴角效应的影响,动载作用下角隅处土体沉降变形保持不变,坑外土体最大变形位置由距坑边2 m处转移至基坑边;起吊物的移动在基坑边产生明显的变形动态响应区域,随着起吊物远离边跨,桩周土体的沉降量逐渐减小,动态响应区域向远离坑角方向增大;加强冠梁连接、适当增大阴角处桩间距或减少锚杆施作可以保证基坑的稳定性,经济有效。