采煤区覆岩与地表沉陷控制技术研究及展望

煤矿开采引起覆岩及地表沉陷的控制理论与技术研究是涉及全球性灾害学科的研究内容之一。笔者通过对采动覆岩破坏特征的分析,提出了覆岩破坏与移动的“竖四带”的分区模式;并在评述传统控制技术及效果的基础上,介绍了覆岩与地表沉陷控制的新技术——离层注浆技术的原理、特点及应用前景     

采煤区覆岩与地表沉降控制技术研究及展望

煤矿开采引起覆岩及地表沉陷的控制理论与技术研究是涉及全球性灾害学科的研究内容之一。笔者通过对采动覆岩破坏特征的分析,提出了覆岩破坏与移动的“竖四带”的分区模式;并在评述传统控制技术及效果的基础上,介绍了覆岩与地表沉陷控制的新技术－离层注浆技术的原理、特点及应用前景。     

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。     

水下开采覆岩破坏及导水特征研究

采用离散元程序对天祝煤矿多工作面水下开采后覆岩应力变化、地层移动破坏、导水裂隙带发育和演化随开采过程的规律进行研究,揭示了不同时期地表水系与地下开采间的相互影响。指出3229工作面开采时金沙河水沿裂隙道水带汇集与采区上方围岩,虽不会直接威胁采区生产安全,但随着采掘区向金沙河底靠近,潜在突水危险逐渐加剧,特别是对33201工作面的开采构成直接威胁,必须提前对金沙河水采取必要防渗措施以防止突水事故的发生。     

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。     

基于钻孔数据煤矿开采地表沉陷预计

开采沉陷引起的环境损害评价是环评工作中的重要内容,现有预计软件基本不适应在大面积环评工作中开展沉陷预计工作。针对现有问题,以矿区钻孔数据为基础,基于Delaunay三角形剖分算法建立了煤层开采地表沉陷预计模型。通过设计对比试验,验证了新建模型预计结果较传统的预计方法更加符合实际地表沉陷情况,预计结果的可靠性较高。将该模型运用到工程实例中,可以节省人力资源,使煤矿生态环评从原来以定性分析、半定量预计为主的状况,提高到以定量预测为主的高度,更好地为矿区生态环境保服务。     

煤层开采诱发地表裂缝成因数值模拟

为了通过分析地表裂缝的成因来研究采空区上覆火成岩非连续性破坏,根据现场数据和概率积分法确定了研究的岩土体范围,使用FLAC3D进行建模。布置6条监测线进行地表沉降监测,并与模拟得到的地表裂缝出现位置的变形数据进行对比,模拟得到了岩体塑性区的分布。结果表明,造成地表裂缝的主要原因是采空区上覆岩层中存在产状不均匀的火成岩,且位于松散层下方。采空区影响向上发展至火成岩底部造成火成岩边缘区域局部悬空。当采空区面积足够大时,火成岩上部拉应力超过其抗拉强度,进而发生断裂,松散层陷落导致地表裂缝。     

高强度开采地表裂缝分布特征及形成机理分析

高强度开采引起的地表裂缝严重破坏矿区生态环境,对矿井的安全生产造成很大隐患。为了掌握高强度开采地表裂缝形成机理,以神东矿区地质采矿条件为基础,通过现场监测和理论分析方法,得到了地表裂缝分布规律及变形参数,分析了矿山高强度开采产生的非连续变形发育分布特征与地质采矿条件之间关系。研究表明:在高强度开采条件下,动态拉伸型地表裂缝随工作面推进而周期性地超前出现,超前距为15m,超前角为83°,裂缝密度1m左右,宽度1~3cm。台阶型裂缝总是出现在开采工作面边界的上下方、停采线上方和开切眼附近,裂缝落差20~40cm,间距8~11m,滞后距为4.2m,滞后角为86°。同时指出上覆厚风积沙松散层特性使地表裂缝具有一定的自动修复功能。     

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。     

减缓地表沉降的覆岩离层注浆新技术的研究

较系统地介绍了覆岩离层产生的力学机理 ,分析了适合离层注浆控制地表沉降的地质采矿条件 ,探讨了充填物在离层空间的力学机理及离层充填注浆设备及注浆系统 ,并对离层注浆的应用效果确定了评价指标     

关于综放开采技术安全问题的几点认识

本文从放顶煤开采的一次采高大、上覆岩层的活动范围大、破碎顶煤的存在等基本特征出发,论述了关于放顶煤开采中瓦斯、顶板和冲击地压等安全问题.放顶煤开采对有些安全问题可以缓解,比如工作面的瓦斯突出.但是也可能诱发一些安全问题,如坚硬顶板对支架的冲击、采空区垮落岩石的撞击与摩擦诱发瓦斯事故等.在放顶煤大面积推广应用的同时,更应重视其相应的安全问题的系统研究与解决.     

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。     

急倾斜水平分层综放开采矿压显现规律

水平分层综放开采技术能够实现急倾斜厚煤层的安全高效回采。急倾斜开采工作面上覆岩层运动规律和采场矿压显现规律与缓倾斜煤层开采有显著区别。为了进一步研究急倾斜水平分层综放开采的矿压显现规律,本文以大台井-10水平3#、5#合并煤层放顶煤工作面为实验研究内容,提出-10水平石炭纪急倾斜近距离煤层联合开采的方案,应用相似试验和数值研究采用联合放顶煤开采条件下,3#、5#煤层在开采过程中的放煤规律、矿压显现情况、以及围岩等破坏的一般规律,揭示了第一分层和第二分时岩层垮落状态及应力分布特征,本文研究成果提高了煤炭的回采率,保证了安全条件下的高效开采,对指导合理支护参数的确定和现场工程实践具有一定的指导意义。     

钻井水溶开采地面沉降的机理分析与控制对策措施研究

本文通过对某矿钻井水溶开采的溶腔稳定性、覆岩稳定性和地表移动变形分析计算,探讨了该矿产生溶腔失稳和地面沉降的机理,并提出了控制溶腔失稳和地面沉降的对策措施,对钻井水溶开采矿山有一定的借鉴价值。     

综放条件下垮落直接顶“两带”分布高度研究

通过相似模拟实验和理论分析,对直接顶不规则垮落和规则垮落两带分布形成的原因及其分布高度进行了深入的分析研究。研究认为,在综放条件下,散体状态的直接顶在渐进流动过程中的某一时刻形成的＂散体拱＂结构构成了不规则垮落带和规则垮落带的分界线,是垮落直接顶呈＂两带＂分布的原因。不规则垮落带分布的研究是＂两带＂分布研究的关键,其分布的高度取决于拱的高度和煤层厚度,其中拱的高度又是重要影响因素。文章对垮落直接顶＂两带＂分布高度的研究,对于深化综放采场煤岩流动规律的研究具有重要意义。     

金属矿山地表沉陷的可拓评价预警

针对金属矿山地表沉陷灾害的预警问题,应用可拓学理论,建立基于物元和关联函数的矿山沉陷评价预警模型。选取沉陷密度、沉陷面积率、断层密度、覆层强度指标、深厚比、下沉系数6个预警指标,划分4级预警模式。根据各指标特征建立关联函数并计算关联度,结合德尔菲-层次分析法确定指标权重。选取我国4个典型金属矿山开展模型验证,获得各矿山地表沉陷的预警等级,与矿山实际情况对比分析认为评价结果具有较好的可信度。该方法操作简单,结果直观,为金属矿山的地表沉陷预警提供了新的思路。     

综放俯采支架选型及坚硬顶板垮落规律研究

坚硬顶板垮落对采场液压支架具有一定的冲击作用。为了研究河北冀中能源股份有限公司葛泉矿东井1197工作面综放俯采大青灰岩顶板垮落规律和控制,对综放俯采四柱支架进行了力学分析,结果表明：四柱支架后柱容易处于受拉状态,不利于综放俯采的顶板控制,两柱支架更为合适。利用YTJ20型岩层探测记录仪对大青灰岩顶板的节理裂隙情况进行了观测,观测结果显示：顶板裂隙比较发育。现场实测的采场液压支架工作阻力表明,选用的ZF3200/26/16两柱支撑掩护式支架合适。且大青灰岩比较坚硬,但能随采随冒,悬顶几乎不存在,无需进行顶板处理。     

破碎岩体流变特性及其应用研究

受采动应力和水-岩耦合作用,松散含水层下薄基岩煤层采场易发生出水压架致灾事故,而巷采充填方法是解决此类问题的有效途径之一。为了研究巷道充填后上覆岩层的运移规律,首先采用流变仪对充填岩体进行了流变力学试验,其次采用FLAC模拟软件建立了巷采充填的数值计算模型,分析了充填开采时煤柱与充填体的应力、位移变化规律及基岩面的运移规律。研究表明:破碎岩体的压实过程由三部分组成:颗粒的重排、颗粒的破碎和孔隙的填充、颗粒的压缩变形;蠕变状态下,当时间t≥1天,轴向位移基本趋于稳定,破碎岩体达到了一定的强度;随着充填体变形模量的增加,充填体能够有效抑制高位承载岩层的下沉量,从而减小工作面发生压架突水灾害的几率