湿陷性黄土覆盖区煤层开采地表裂缝发育规律研究

黄土覆盖区煤层开采在湿陷性影响下地表裂缝发育尤为剧烈。以神木某矿1206工作面为研究背景,将理论分析、理论计算和实验室试验作为研究手段,并结合FLAC~(3D)数值模拟技术,对煤层开采湿陷性黄土地表裂缝产生机理和发育规律展开相关研究。研究结果表明:(1)地表裂缝是由采动水平变形超过土体的极限拉伸变形值造成,基于摩尔-库伦强度理论和开采沉陷预计理论,推导出煤层开采地表裂缝发育深度预计公式;(2)实验室测试结果说明,饱和湿陷性黄土相对天然状态黏聚力衰减71%,内摩擦角减小59%,变形模量降低39%,泊松比增大28%,雨季降水入渗引起的黄土湿陷变形和强度衰减直接导致地表裂缝发育加剧;(3)通过地表裂缝发育深度预计公式,得出黄土地表因受湿陷性影响裂缝发育深度增大77%,与数值模拟和现场实测结果基本相符。研究可为相似地质条件采动地表损害规律研究提供有益参考。     

开采沉陷引起地表土体裂缝极限深度探讨

为了确定煤层高强度开采引起的非连续变形对地面建(构)筑物的破坏程度,对开采引起的地表土体裂缝极限发育深度进行了探讨.首先分析了天然土体内的三向应力状态,结合开采沉陷对土体内应力变化的扰动规律,得到了开采引起的土体中应力分布规律和裂缝发育扩展的原因.结合统一强度理论,提出了理论上较为完备的开采引起的土体裂缝极限发育深度计算方法.与现场实际开挖裂缝深度的比较结果表明,该方法的计算结果具有较高的可信度.     

汝河堤下采煤影响评价及河堤治理

为了安全地开采汝河下煤层,根据平煤集团十三矿己一采区的地质采矿条件,采用概率积分法对11071工作面进行了开采沉陷预计．并根据预计结果分析了开采对汝河堤造成的影响,阐明了开采引起地表和堤防裂缝的发育规律及此区域地表裂缝的极限发育深度确定了裂缝治理范围,并提出了汝河堤治理方案,对汝河下安全开采具有重要意义。     

地下开采引起地表扒缝深度的计算

进行水体下采煤时,防水煤岩柱计算公式为: H_柱=H_裂+H_扒+H_保式中 H_裂——导水裂高; H_保——保护层厚度; H_扒——地表扒缝深度。由上式看出,扒缝深度与防水煤岩柱尺寸有关。预计时一般取10～30米。但在具体条件下如何计算?下面进行探讨: 一、地表扒缝深度的计算地下煤层开采后,地表有时形成裂缝,如果煤层为水平、缓倾斜或倾斜,其裂缝形式大体分为三种:张口裂缝、压密裂缝、漏斗状塌陷坑。压密裂缝导水性能很差。对断层引起的裂缝可用采矿措施处     

上行开采条件下多煤层开采覆岩破坏规律研究

为了定量研究上行开采条件下单一煤层和多煤层开采的覆岩破坏规律,利用FLAC3D数值模拟软件,分别对麦垛山煤矿仅开采6煤和先开采6煤后开采2煤两种情况下覆岩破坏规律进行了研究,结果表明:仅开采6煤时,弯曲下沉带主要发育在地表以下491.02 m,导水裂缝带发育高度为51.70 m,地表下沉值为94.00 mm;先开采6煤后开采2煤时,弯曲下沉带主要发育在地表以下380.00 m,6煤导水裂缝带发育高度为59.00 m,地表下沉值为375.00 mm。上行开采对于下部煤层6煤导水裂缝带发育高度影响不大,由于上部煤层2煤导水裂缝带的发育,导致弯曲下沉带范围缩小,地表下沉值由于上部煤层2煤的开采而显著增大。     

中深部煤层开采对地表生态环境的影响及修复提升途径研究

随着陕北侏罗系煤田持续开发,中深部煤层开采已成为当前和今后的重点,但目前对中深部煤层开采引发的地表生态环境损害尚不明确,且缺乏相应的生态环境修复提升途径研究。以榆神矿区为研究区,以中深部煤层开采典型矿井为研究对象,采用现场调查、理论分析等方法研究了中深部煤层对地表生态环境的影响。研究表明:(1)中深部煤层开采诱发的地表裂缝发育程度整体较弱,对地表的损害较小,面内裂缝会随着回采以"C"字型向前扩展,且具有"先开后合"的单峰活动特征,边界裂缝具有"只开不合"的单趋向活动特征;第四系沙土层中地表裂缝发育深度小于2.5 m,单位长度的深度差异在5～142 cm/m;(2)地表裂缝是影响地表生态环境的主要途径,裂缝不但会增加近地表水资源的下渗量,也会改变土壤水分的分布,减小20 cm以浅表土层的水分含量,增加40～60 cm深度区间的土壤水分,同时增加浅部表土层的有机质,使浅部土层由中性变为弱碱性,局部宽大裂缝会造成植被根系断裂、枯萎死亡,而短小裂缝则会增加禾本科植物(羊草)的丰富度;(3)提出了采前"一评两预"、采中"一追一减"、采后"三定一提"的生态环境修复提升体系架构,阐述了其内涵、内容和技术途径;在生态环境修复提升体系的指导下,给出了以自然修复为主的榆神矿区中深部煤层开采地表生态环境修复途径;结合榆神矿区中部生态环境现状,提出了"湿地建造"、"生态农业建设"以及"观赏园林建设"的生态环境提升途径。研究成果对中深部煤层采动影响区生态修复提升具有参考价值。     

巨厚煤层综放开采地表裂缝深度探测研究

巨厚煤层综放开采引起的地表变形非常剧烈,导致地表裂缝非常发育。文章分析了陈家沟煤矿巨厚煤层综放开采及特殊地质条件下地表裂缝的形成机理,通过大地电磁测深法、瞬态瑞雷波及地震映像三种物探现场探测方法,经综合研究、相互佐证,获得了地表裂缝发育深度参数,为河下采煤设计提供了基础数据,对类似条件下地表裂缝发育深度探测具有借鉴价值。     

偃龙矿区三软煤层水体下采煤技术研究

根据典型的三软不稳定煤层煤矿的采区地质采矿资料及地表移动观测资料,对三软不稳定煤层开采在水库水体下的影响程度进行了准确的预测和评价,并对三软不稳定煤层开采引起的地表移动和变形进行了预测。结合有限元数值模拟研究和分析,对水库水体下三软不稳定煤层开采安全性进行深度剖析,确保水库水体下及堤坝的安全有效运行。对采矿区域的覆岩隔水安全性、裂缝发育影响、堤坝沉降影响等进行了技术研究,同时,对水库水体下三软不稳定煤层开采安全性进行深入、系统性的技术性研究。研究对于促进煤炭资源的解放,缓解矿山置换的迫切形势,防止和减轻开采造成的损害,保护水库、大坝等地表结构具有重要的理论和现实意义。     

薄基岩浅埋煤层工作面地表动态移动规律研究

为了有效控制和治理采动薄基岩浅埋深煤层地表动态移动,以神府东胜矿区上湾煤矿51101工作面为例,通过为期6个月的现场地表移动监测,深入研究了薄基岩浅埋深煤层下开采地表动态移动特征,对开采引起的地表裂缝形态及闭合的原因进行了分析,得出起动距、超前影响角、地表最大下沉速度及最大下沉速度滞后角等岩层移动参数。研究结果表明:薄基岩浅埋深煤层下综放开采具有地表移动剧烈、持续时间短、地表下沉速度大、起动距偏大等特点,且地表动态移动表现出初始期、活跃期短而衰退期较长等特点,地表裂缝发育的平面几何形态呈椭圆形,采空区外受开采影响的范围约60 m。     

基于颗粒流的浅埋双煤层斜交开采地表裂缝发育特征

陕北浅埋煤层开采引起地面塌陷严重影响了矿区生态环境,与浅埋单煤层开采相比,浅埋双煤层开采所导致的覆岩破坏、裂缝发育更为复杂。以柠条塔煤矿N1206和N1114典型工作面为研究对象,采用颗粒流方法对浅埋双煤层斜交开采的过程及其所致地表裂缝发育特征进行了模拟研究。研究结果表明：浅埋双煤层斜交开采煤柱所在区域的上行和下行裂隙密集发育;各工作面采毕地表下沉曲线呈现宽缓的“W”型;1~2煤采毕与2~2煤采毕裂缝发育速率比值为1:3～1:2,地表最大下沉量比值为1:7;开切眼及终采线位置附近裂缝密集且会导通至地表;地表最大下沉量位于工作面开切眼位置附近,地表最大水平正向位移位于工作面开切眼位置附近,左侧工作面采毕最大负向位移位于工作面终采线位置,右侧工作面采毕最大负向位移位于1~2煤右侧工作面靠近终采线位置。研究结果可为浅埋双煤层开采的相关研究与工程实践提供理论参考与实际借鉴。     

基于颗粒流的浅埋双煤层斜交开采地表裂缝发育特征

陕北浅埋煤层开采引起地面塌陷严重影响了矿区生态环境，与浅埋单煤层开采相比，浅埋双煤层开采所导致的覆岩破坏、裂缝发育更为复杂。以柠条塔煤矿N1206和N1114典型工作面为研究对象，采用颗粒流方法对浅埋双煤层斜交开采的过程及其所致地表裂缝发育特征进行了模拟研究。研究结果表明：浅埋双煤层斜交开采煤柱所在区域的上行和下行裂隙密集发育；各工作面采毕地表下沉曲线呈现宽缓的“W”型；1-2煤采毕与2-2煤采毕裂缝发育速率比值为13～12，地表最大下沉量比值为17；开切眼及终采线位置附近裂缝密集且会导通至地表；地表最大下沉量位于工作面开切眼位置附近，地表最大水平正向位移位于工作面开切眼位置附近，左侧工作面采毕最大负向位移位于工作面终采线位置，右侧工作面采毕最大负向位移位于1-2煤右侧工作面靠近终采线位置。研究结果可为浅埋双煤层开采的相关研究与工程实践提供理论参考与实际借鉴。     

羊场湾煤矿采动地裂缝发育特征及规律研究

采煤诱发的地裂缝是煤矿区最为常见的一种土地破坏形式,也是矿区土地复垦、生态环境修复所直面的一种灾害类型。准确掌握其发育规律、特征并对其进行预测是采煤沉陷治理的基础。以羊场湾煤矿为研究区,采用无人机航拍、野外调查和理论分析的方法对地表裂缝发育规律、特征及其与采矿地质条件的关系进行了归纳分析。结果表明:裂缝发育程度会随着开采深度的增加逐渐减弱,当开采深度大于350 m时平行开切眼裂缝几乎不再发育。平行巷道裂缝则以“环带”的形式发育,当开采深度大于550 m时,裂缝发育特征不再明显。地表裂缝发育范围可以简化为2个半椭圆和1个矩形的组合形状,并能通过地表移动变形参数和煤层埋深计算出地表裂缝发育范围。地表裂缝最大发育宽度随着采深采厚比的增加呈负指数形态减小。经拟合处理,得到了地表裂缝最大发育宽度预测公式。     

地表裂缝深度实测研究

本文以鲍店5305工作面为例,对其地表裂缝的发育深度进行了实测与理论研究,并对实测与理论计算结果进行比较分析。研究结果表明:裂缝沿竖直方向的发育深度是有限的,存在裂缝发育的极限深度。在兖州矿区泗河下厚煤层开采的条件下,通过建立裂缝发育深度预测模型预测的结果与实测结果保持一致。     

浅埋煤层群开采的区段煤柱应力与地表裂缝耦合控制研究

为了探索浅埋煤层群开采减缓煤柱集中压力并实现地表均匀沉降和地表裂缝耦合控制,通过物理模拟和数值计算揭示了煤层群开采中不同区段煤柱错距的间隔岩层破断规律、煤柱集中应力分布规律、覆岩和地表裂缝发育规律及地表沉降规律,掌握了不同区段煤柱错距与煤柱应力集中及覆岩裂隙演化的关系。研究得出,根据煤层间岩层的破断规律,确定合理的上下煤层区段煤柱错距,可避免上下煤层区段煤柱间的集中应力叠加和煤柱支承影响区的岩层非均匀沉降,实现煤层群开采的应力和裂缝耦合控制。建立了浅埋煤层群开采的煤柱群集中应力和地裂缝控制模型,得出了避开煤柱集中应力和实现地表均匀沉降的耦合判据,揭示了减缓煤柱群集中应力和实现地表均匀沉降的机理。     

地表沉陷初期漏风对采空区遗煤自燃影响的分析和治理措施

煤层开采引起的地表沉陷能够产生与采空区贯通的裂缝,导致地面向采空区漏风,会引发采空区遗煤自燃。根据元堡煤矿9号煤层埋深浅、采用综采放顶煤技术、易自燃等特点,分析了地表沉陷初期漏风对采空区遗煤自燃的影响,通过对进、回风巷风量对比证实了地表漏风的存在,采取地表填土掩埋裂缝的措施,有效地解决了地表漏风的问题。     

羊场湾煤矿采动地裂缝发育特征及规律研究?

采煤诱发的地裂缝是煤矿区最为常见的一种土地破坏形式，也是矿区土地复垦、生态环境修复所直面的一种灾害类型。准确掌握其发育规律、特征并对其进行预测是采煤沉陷治理的基础。以羊场湾煤矿为研究区，采用无人机航拍、野外调查和理论分析的方法对地表裂缝发育规律、特征及其与采矿地质条件的关系进行了归纳分析。结果表明：裂缝发育程度会随着开采深度的增加逐渐减弱，当开采深度大于350 m时平行开切眼裂缝几乎不再发育。平行巷道裂缝则以“环带”的形式发育，当开采深度大于550 m时，裂缝发育特征不再明显。地表裂缝发育范围可以简化为2个半椭圆和1个矩形的组合形状，并能通过地表移动变形参数和煤层埋深计算出地表裂缝发育范围。地表裂缝最大发育宽度随着采深采厚比的增加呈负指数形态减小。经拟合处理，得到了地表裂缝最大发育宽度预测公式。     

煤矿开采引起地表裂缝发育宽度和深度研究

为确定地下煤层开采后的地表裂缝发育情况,首先分析了天然土体的受力情况和极限平衡状态,并应用莫尔-库伦准则对地表裂缝发育机理进行了研究。推导出受采动影响的附加应力作用下地表裂缝临界水平变形值、裂缝深度发育和裂缝宽度发育计算公式。通过将试验矿区的黄土物理力学性质参数代入理论计算公式,与现场实际裂缝宽度相比较,结果表明文章中的理论计算公式计算结果具有较高的可信度。     

厚松散层条件下地表采动裂缝宽度的计算方法

地表采动裂缝是地下煤层开采引起地表采动损害的一种显现形式。限于研究手段和方法,目前对地表采动裂缝宽度的定量计算鲜有研究。基于实测资料,根据几何学原理推导了地表采动裂缝宽度的计算公式。与实测对比验证表明,该式计算结果与实测基本吻合。为煤矿区土地复垦工程量计算和土地损害程度提供了判断方法。     

大采高浅埋煤层开采地表移动变形特征研究

 大采高浅埋煤层开采地表地表移动变形具有一定的特殊性,在对韩家湾煤矿2304工作面开采地表移动观测的基础上,确定了韩家湾煤矿开采岩层移动参数,分析了影响采空区地表裂缝形成的主要因素,给出了厚松散层浅埋煤层开采地表移动变形破坏规律。为今后矿井“三下”开采以及保护煤柱的安全合理留设提供相关参数与科学依据。     

开采影响下砂壤土裂缝发育特征研究——以汝河侯村段为例

作为一种开采引起的地表非连续破坏形式,裂缝受到井下开采强度、地层结构、表土性质等多种因素影响。以汝河侯村段为例,开展开采影响下砂壤土裂缝发育特征实测研究。土体物理力学性质测试和理论计算表明,砂壤土结构较为松散,黏聚力小,节理性强,较黏土更易产生开采裂缝,裂缝极限发育深度大于黏土区域裂缝深度。同时对研究区域裂缝平面方向呈串珠状,深度方向呈束口状的原因进行了分析。研究成果可为类似地质采矿条件下煤炭资源开采和地面建筑物保护提供技术支持。