矿山开采沉陷可视化系统设计开发及岩移参数求取

依据矿山开采沉陷相关理论,以概率积分法数学模型为基础、运用基于实测数据求参原理与方法,结合相关软件设计开发了矿山开采沉陷可视化系统。为研究矿区地表移动变形分布及岩移参数求取提供了技术支持。结合系统应用实例,利用地表观测数据拟合求参,对该矿其他工作面及类似地质条件矿区开采沉陷预计提供借鉴作用。     

岩层与地表移动控制技术的研究现状及展望

岩层与地表移动控制技术是矿山开采沉陷学的主要研究方向 ,其目的是研究合适的采矿方法和相关技术 ,尽可能地减少岩层和地表移动 ,保护地表建筑物的安全。在综合分析大量文献的基础上 ,从部分开采方法、充填开采方法、覆岩离层注浆和协调开采方法等几个方面对目前岩层与地表移动控制技术的研究现状进行了论述。展望了我国岩层与地表移动控制技术的发展趋势。     

国外矿山开采沉陷预计技术研究及应用概述

地表移动和变形的预计是根据已知的地质和开采条件,在矿山开采之前对地表可能产生的移动和变形进行估算,准确的预计对尽量减少开采过程中由采动造成的地表损害具有重要意义。简要介绍了一些国外关于地表沉陷预计的方法及其优缺点,并通过两个实例进行了比较。通过对不同方法的思路及使用的数学模型进行初步的探讨与分析,得出各方法在开采沉陷预计中的优缺点,并对矿山沉陷预计方法的发展提出了建议。     

地下铁矿扩界开采地表影响范围预测

矿山开采活动形成的地下空区往往会对地表造成一定的影响,为确保矿山的安全生产并提供地表影响范围计算的科学依据,现根据某铁矿采用下向胶结充填法采矿需进行扩界开采的工程实际,将该矿的地表影响范围运用概率积分法进行预测。在已知该矿9条勘探线矿体形状的基础上,根据图件可得矿体的埋深、倾角、产状等基础资料,对于较薄矿体以及尖灭部位需做适当的处理,提供更为客观正确的计算数据。以地表沉陷数值的大小为参考标准运用概率积分法计算出地表移动边界和需监测范围,并计算倾斜、曲率和水平应变判断地表建筑物是否位于安全区。可得矿区周边房屋均处于安全区内和地表移动边界之外,扩界开采对地表影响较小,为同类工程提供参考和建议。     

基于沉陷预计的岩盐矿区土地损毁研究

以封闭溶腔环境和非封闭溶腔环境下的岩盐矿区为研究对象,采用概率积分法,在修正沉陷预计参数的基础上,分析不同溶腔环境下岩盐矿区的地表移动变形和土地损毁结果。封闭溶腔环境下沉陷预计参数的修正引入等价采高模型和水砂充填开采模型,非封闭溶腔环境下沉陷预计参数的修正引入等价采高模型。结果表明,不同溶腔环境下的预计结果的最大值存在显著差别,地表移动变形结果值取决于溶腔封闭性。在封闭溶腔环境下,岩盐矿区的下沉、倾斜、水平变形、水平移动和曲率的最大值分别为400 mm、0.35 mm/m、0.55 mm/m、180 mm和0.001 1 mm/m2,损毁范围内的农用地均属于轻度损毁;在非封闭溶腔环境下,岩盐矿区的下沉、倾斜变形、水平变形、水平移动和曲率的最大值分别为6 500 mm、0.6 mm/m、9.5 mm/m、2 800 mm和0.02 mm/m2,损毁范围内的农用地受轻度、中度和重度损毁的面积分别为1 095.70 hm2、148.44 hm2和107.78 hm2。通过对比,封闭溶腔环境下岩盐矿区的地表移动变形结果小于非封闭溶腔环境下的地表移动变形结果,在非封闭溶腔环境下岩盐开采可能造成大范围的土地损毁,岩盐矿区土地损毁预防措施要解决的核心问题是保障溶腔的完整性和封闭性。     

PS-InSAR监测矿区建筑物及道路动态沉降安全分析*

针对矿山井下开采引发的地表沉降,提出1种结合时序相干系数阈值、振幅离差指数阈值和强度信息阈值的三重阈值法PS点识别方法的PS-InSAR技术。基于哨兵1号A星（Sentinel-1A）的雷达图像,依据三重阈值法识别到淮北市郊一煤矿311工作面采区内重要建筑物和道路的PS点,分别分析开采沉陷阶段的地表沉降活跃期（2018年7月14日—2019年9月7日）和该工作面停采2个月后地表沉陷衰退期（2019年9月7日—2021年1月23日）的动态沉降速率、沉降大小。研究结果表明:三重阈值法能筛选出更有效的PS点,可提高PS点识别与PS-InSAR技术监测精度,说明利用三重阈值法识别PS点的PS-InSAR技术监测矿区建筑物及道路安全具有可行性。     

厚煤层高强度开采对地表响应的特征与机理

厚煤层高强度开采造成的地表破坏和对环境的影响比传统法开采更严重。以厚煤层高强度开采区域为研究对象,采用现场监测、理论分析等方法对地表裂缝、移动变形角值参数、持续时间及概率积分法参数等进行研究,分析了开采对地表响应的机理。结果表明,厚煤层高强度开采条件下,地表非连续变形特征明显,地表裂缝以拉伸、剪切裂缝为主,工作面上方部分裂缝与工作面贯通引发溃沙、突水及漏风问题影响安全生产。在地表移动变形参数方面,裂缝角、下沉系数及水平移动系数偏大。     

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。     

缓倾斜矿体崩落法开采地表移动规律研究

为研究缓倾斜矿体崩落法开采地表移动规律,在程潮铁矿西区埋设监测点进行监测,并得到地表移动变形实测数据。本文通过FLAC三维数值模拟计算,对矿区水平开采引起的地表塌陷与错动机理进行系统研究,并对不同开采阶段的岩层移动特征进行分析。通过模拟计算后可得不同开采阶段典型部位岩体的移动角范围,其结果为预测不同开采阶段地表移动规律提供参考。     

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。     

井工开采影响下的露天矿边坡沉陷规律研究

许多露天煤矿通过井工开采回收了边坡下的煤炭资源,但也不同程度地加剧了露天矿边坡的失稳和沉陷问题。其引起的岩层移动及地表下沉是一个复杂的物理、力学变化过程,本文以安家岭露天煤矿及其一号井工矿作为研究背景,首先分析了该矿山采空区的塌陷现状、特点、成因机制以及对露天煤矿生产带来的影响;并应用概率积分法与FLAC数值模拟方法对采空区塌陷进行模拟和预测分析,研究了露井共采作用下边坡变形及破坏机理,揭示了井工采动影响下,露天矿台阶式边坡特有的变形形态、应力分布特征、形成机理与采动沉陷规律。本文研究结论对于同类露井共采的矿山有着重要的借鉴意义。     

工作面回采诱发多断层活化对地表建筑物的影响分析

为了研究工作面回采诱发多断层活化对附近村庄内民房的影响,结合杨河煤矿地质采矿条件及裴沟村的地理位置,通过现场调查民房破坏情况划分了建筑物的采动损坏等级,证明了利用岩层边界角计算由断层活化引起的采动影响范围的不合理性;分析村庄内的地表移动破坏特征确定了断层活化的事实;运用FLAC3D数值模拟揭示了断层活化地表移动变形的特点;综合以上研究,提出了由断层活化造成民房损害的鉴定方法。结果表明:多断层活化具有多米诺骨牌效应,工作面回采产生的破坏,在断层之间依次传递,扩大了开采沉降的范围,增加了受损民房的数目;断层活化的地表倾斜值并非随着远离采空区边界逐渐减小,而是先减小,后增大,造成部分民房破坏加剧;提出以地表移动破坏特征判断断层是否活化、数值模拟确定采动影响范围、民房损害等级划分确定民房受损数目的鉴定方法。     

煤矿开采地表沉陷盆地边界的再认识

为了研究厚松散层条件下煤矿开采沉陷盆地边界的界定及其影响因素，基于现场实测资料和误差传播定律，建立了厚含水松散层条件下地表沉陷监测点点位中误差函数模型；以辛置煤矿五采区为工程背景，采用UDEC离散元数值分析方法，揭示了采动程度与边界角之间的协同作用关系。研究结果表明:不同国家对沉陷盆地边界的界定并不统一，厚含水松散层条件下，沉陷盆地边缘15 mm的水平移动点可作为沉陷盆地的边界，对于特级保护对象，建议以2 mm下沉点作为沉陷盆地的边界。随着采动程度的增加，沉陷盆地上、下山边界角呈现先缓慢减小再逐渐增加的趋势，二者服从Lorentz函数模型，相关度分别为0.88和0.99，该函数模型能够表达研究区域采动程度与边界角之间的内在联系。     

大型水体下顶水安全开采的可行性研究

在大型水体下顶水采煤,一方面要确保煤矿井下安全生产,同时要保护地表水资源不被破坏。基于峰峰矿区小屯矿的地质采矿条件,在分析与评价上覆岩层结构的基础上,选取水体下11个计算特征点,探讨上覆岩层破坏高度、防水安全煤岩柱及安全煤岩柱最小富余尺寸,绘制各类等值线图。采用概率积分法,从下沉、倾斜、水平变形和裂缝深度等方面,研究分析顶水开采后水体底部所受的采动影响。结果表明,在特定的地质采矿条件下,各工作面开采以后,上覆岩层中导水裂隙带发育的最大标高与基岩顶部之间具有较厚的岩柱,导水裂隙带不会波及到地表水体,水体底部的地表移动变形较小,不会影响到矿井安全生产,在大型水体下顶水采煤是安全可行的。     

7.0 m采高综采面回采巷道变形破坏规律研究

针对神东矿区大柳塔煤矿采用7.0 m采高综采面回采5-2煤三盘区时回采巷道出现不同程度的变形破坏现象,采用现场实测的方法对52304及52303工作面回风顺槽之间的区段煤柱进行了巷道变形及应力变化规律的监测,并运用FLAC3D数值模拟软件对不同埋深条件下两工作面之间区段煤柱的应力分布规律进行了模拟,最后总结分析了回采巷道变形破坏的机理,并得出采空区段煤柱的失稳是造成回采巷道变形破坏的根本原因。从而为巷道的合理布置及相应控制对策的提出提供基础数据,以保证矿井安全高效的生产。     

常村煤矿S6-8工作面岩层运动的连续-非连续方法模拟

为了细致地模拟煤矿开采中复杂的岩层运动现象，探讨开采速度的影响，采用自主开发的连续-非连续方法，通过引入应力跌落和准静力计算模式，以常村煤矿S6-8工作面为背景建立数值模型，模拟采动诱发采场上覆岩层的变形-开裂-运动过程。结果表明:本方法可较为细致地模拟煤矿开采中一系列复杂现象，例如，采场上覆岩层的弯曲变形、下沉、开裂、离层和层间错动、直接顶的周期垮落、工作面煤壁上方岩层近似平行展布的倾斜穿层裂缝、若干破断岩块形成的近似等腰梯形结构和采空区局部闭合；开采速度越快，直接顶初次垮距越大，这是由于采场上覆岩层向下运动不充分，直接顶垮落主要受自身和开采卸荷的影响。     

高等级公路采动变形破坏数值模拟研究

以南屯矿区及其上方的邹济公路为背景,采用FLAC~(3D)软件,对采动影响下的高等级公路破坏机理和破坏过程进行了研究。研究表明:高等级公路采动变形经历先"上凸"后"下凹"过程,且破坏程度随着公路级别的降低而增加。应尽量使公路位于采空区正上方,且延伸方向和工作面推进的方向一致;若公路位于采空区一侧时,路面向采空区一侧整体滑移和倾斜;若公路延伸方向与工作面推进方向垂直,应注意采空区公路两端的上凸变形;应避免公路与采空区斜交。在相同地质采矿条件下,随着深厚比的增加,路面破坏程度减小,且在一定范围内,路面最大下沉值与深厚比存在非线性关系。研究成果为邹济公路下开采方案和公路维修治理提供必要的理论和技术支持。     

绿色开采创新理念与矿区可持续发展

根据矿区的环境现状,提出了一种煤矿开采的创新理念--绿色开采.针对目前煤炭开采过程中的固体废弃物、污水、有毒有害气体、矿区地表下沉等诸多污染问题,论述了绿色开采的具体措施,旨在构建和谐矿区,实现矿区的可持续发展.