单一工作面不同煤厚开采下边采边复模拟研究

我国井工煤矿开采导致了地面沉陷问题的出现,地面土地损伤严重,传统采煤沉陷地稳沉后再复垦的方式存在恢复土地率低、复垦周期长等问题。随着边采边复理论的提出,边采边复技术在高潜水位采煤沉陷地的应用展现了一定的优越性。边采边复技术要在沉陷过程中采取复垦措施,需要对其动态沉陷过程进行模拟和分析,而不同采厚下导致的地面沉陷过程及规律有所不同,因此对不同采厚下边采边复的模拟研究很有必要。文章采用室内模拟方法,以东滩煤矿单一工作面为模拟试验区,利用开采沉陷预计软件(MSPS)对不同采厚(2m,5m,8.65m,10m)在各开采阶段下的动态沉陷进行预计,基于该地面沉陷特征,设计了不同采厚下的边采边复复垦方案,并进行了对比分析。     

单一工作面不同采深条件下边采边复时机研究

传统的土地复垦一般为事后处理方式,该方法复垦周期长且土地恢复率低无法及时保护土壤。随着边采边复理论的提出,边采边复技术在高潜水位地区复垦中展现出一定的优越性。对于井工煤矿边采边复而言,由于要在沉陷过程中采取措施,而不同采深条件下地面沉陷的过程及趋势对复垦时机的影响有所不同,因此对不同采深下边采边复时机的研究显得尤为必要。文章采用室内模拟方法,对单一工作面8个开采阶段在6种采深(500m、600m、700m、800m、900m、1000m)下的动态沉陷过程进行模拟分析。基于模拟结果得出随着采深增加边采边复时机随之推迟,并选出各个采深条件下的最佳土地复垦时机。同时发现,该矿区条件下,当采深达到921m以上,采用边采边复与塌陷稳定后治理是基本一样的效果。     

再论煤矿区生态环境“边采边复”

煤炭资源开发与利用带来一系列生态环境问题,发展与保护的矛盾在经济高速发展背景下冲突日益显著。在当前生态文明建设背景下,矿区生态环境保护与修复成为热点与焦点。针对煤炭资源开发过程中形成的采煤沉陷、露天采场、固体废弃物堆积等损毁对象,以及由此产生的耕地损失、环境恶化、空气污染、矿-地冲突等矿区生态环境与社会问题,改变原有的"末端治理"理念,提出煤矿生态环境"边开采边修复"(简称"边采边复")理念、技术以及实现路径。认为煤矿区生态环境"边采边复"是基于"源头和过程控制"的理念,而不是传统的"末端治理"理念,其特点是在采矿过程中,同步(时)治理。"边采边复"概念中的"复"既包含狭隘的"复垦(复耕)",也包含Ecological Restoration中的"修复"的概念,其核心目的是为了及时恢复治理损伤的生态环境,缓解煤炭资源开发利用与环境保护之间的矛盾,确保矿业活动朝着可持续、循环与绿色的方向发展。因此,"边开采边复垦(广义的复垦)"、"边开采边修复"、"边开采边治理"都是一个意思,都可简称"边采边复"或"边采边治"。基于笔者提出的井工矿边采边复技术基础上,进一步凝练与阐述了煤矿区生态环境"边采边复"理念,讨论了煤矿生态环境"边采边复"的原理与类型,介绍了露天矿、采煤沉陷地、煤矸石3种主要损毁对象边采边复的关键技术。煤矿生态环境是一个整体与系统,"边采边复"是贯彻和实施山水林田湖草生命共同体,实现整体保护、系统修复与综合治理的有效保障。边采边复需要考虑治理修复过程的动态性、系统要素的均衡性、整体价值的最大性。为了促进边采边复理念与技术的发展与进步,仍有以下几个方面需要进行深入的研究:①以系统思维的角度考虑自然资源要素的边采边复综合效益;②加强边采边复与资源开采的耦合与优化调整机制研究;③加强新材料、新技术和新方法与边采边复技术的融合。     

试论井工煤矿边开采边复垦技术

针对传统采煤沉陷地稳沉后复垦恢复土地率低、复垦周期长等弊端,在分析讨论我国采煤沉陷地非稳沉复垦技术研发历史的基础上,提出了边开采边复垦（简称边采边复）的概念,探讨了边采边复的内涵、基本原理、技术分类与关键技术,基于实例阐述了边采边复技术的优越性。 实例研究表明：采用边采边复技术比传统复垦技术提高复垦耕地率最高达37.59%。论文还分析了该技术的适用范围和推广应用前景,适用于边采边复技术的平原高潜水位地区包括十四大煤炭基地中的5个,通过使用边采边复技术,可以及早地拯救将要形成积水的土地,将增加土地面积约6 680.8 km 2 。     

边采边复耕地区动态施工标高模型构建与实例分析

在进行边采边复规划设计过程中,实地复垦施工时耕地区应当采取的施工标高,关系到整个复垦工程的成败,尤为重要。因此为了更好的指导复垦工程实地施工,以边采边复技术思想为指导,首先系统分析了影响耕地动态施工标高的三大因素,在此基础上构建了耕地动态施工标高的理论模型。并结合动态沉陷模型和概率积分法,根据单一煤层和多煤层不同开采条件下地面沉陷特点,分别推导出了单一煤层和多煤层不同开采条件下,耕地动态施工标高的数学模型。最后以安徽某高潜水位煤矿为实例,分别对两个不同复垦施工时刻,耕地区A1,A2点的施工标高进行模拟分析计算,当复垦施工时刻t_(s1)=210 d时,两点的施工标高分别为23.6,24.2 m,t_(s2)=296 d时两点的施工标高分别为22.9,23.7 m,结果表明耕地动态施工标高模型具有很好的适用性,这将促进边采边复技术的推广应用。     

东部煤粮复合区采煤沉陷地边采边复时机

东部高潜水位煤粮复合区采煤沉陷导致连片耕地积水，加剧了区内煤炭保供和粮食生产之间的矛盾。为了协调耕地保护与地下采煤的关系，采用边采边复技术，可以实现地面复垦技术与井下采煤技术的耦合，在高潜水位矿区可显著提高复垦率。复垦时机的选择是边采边复的关键，直接决定复垦工程的成败。梳理了影响边采边复时机选择的自然因素和人为因素，提出了2种边采边复时机类型：(1)采动地表临界积水下的理论复垦时机；(2)采动地表浅积水(积水深度0～3 m)下的实际复垦时机。以单一煤层开采为例，研究了采动地表积水与地下开采的时空关系，提出了采动地表临界积水启动距及积水边界角，揭示了工作面推进速度与理论复垦时机的时空关系。提出以采动地表临界积水下沉值为约束的井下减沉的耕地源头保护措施，构建了采区尺度下的跳采全采工作面临界宽度模型和浅积水下的实际复垦时机模型。案例研究表明：以顾桥煤矿北一采区临界积水下沉值1.00 m为约束，所优化的跳采全采工作面宽度可将复垦时机延迟到全采阶段，即推迟复垦时间和延长耕地使用寿命12.5 a。模拟了龙固煤矿不同采动积水深度下的复垦耕地面积变化，构建了复垦时机与复垦率之间的定量模型，以此预测了不...     

采煤沉陷区损害防治对策与技术发展方向

煤矿采动损害防治与沉陷区治理是我国煤矿区亟待解决的技术难题。客观评价了煤炭开采社会贡献和存在的采动负面效应；较全面地梳理总结了采煤沉陷区治理国家部委政策鼓励、资金支持和技术研发方面取得的进展；归纳了我国东北平原资源枯竭矿区、西部生态脆弱区、中东部平原高潜水位区和西南山区、丘陵岩溶区4种不同区域类型采煤沉陷区采动沉陷损害特征和存量、增量变化情况；提出存量科学治理和增量预防控制的采煤沉陷区防治重点；基于岩层移动控制关口前移、煤矿区采动沉陷预防与损害治理并重理念，提出实现绿色开采采动沉陷损害防治的采前优化设计、采中损害控制和采后科学治理三原则对策；针对采煤沉陷区存量与增量特征，提出东北、西部、中东部与西南采煤沉陷区存量治理关键技术和采煤沉陷区建筑复垦关键技术、增量控制关键技术共6方面治理关键技术发展方向；针对采煤沉陷区综合治理中的不足，提出开展全国范围采煤沉陷区现状调查评估和制定综合治理中长期专项规划，完善采煤沉陷区综合治理利用标准体系，构建新时期采煤沉陷区“源头防治-过程控制-综合利用-全程监测”一体化治理新模式，加大采煤沉陷区综合治理政策和资金支持力度等沉陷区综合治理建议，为我国煤矿采动...     

山东龙铟矿某单一工作面边采边复时机优选

我国传统采煤沉陷地复垦多采取沉陷后再复垦的模式,复垦时间长、复垦率低。近年来,有学者提出了边采边复的理论,并取得了一定的成果,但该类研究多针对多煤层或单一煤层开采造成的大范围损毁区域,并且相应的边采边复技术研究也是根据大范围内各阶段的地表变形情况来制定复垦方案,无法有效体现出地面复垦与地下开采的动态结合机理。以山东龙堌矿的某一工作面开采形成的沉陷地为例,进行单一工作面的边采边复技术研究。根据所选工作面的推进速度,划分了8个阶段,对各个阶段的开采进行了土地损毁情况分析,按照损毁程度及损毁地类型划分为9个评价单元,分别进行了土地复垦适宜性评价。结合适宜性评价结果将各单元合并为不同的复垦单元分别进行复垦规划,合理安排复垦施工工程,通过对比每个阶段可复垦出的耕地面积与相应的复垦成本,优选出了最佳复垦时机,以较低的成本尽可能复垦出更多的耕地。     

山东龙堌矿某单一工作面边采边复时机优选

我国传统采煤沉陷地复垦多采取沉陷后再复垦的模式,复垦时间长、复垦率低。近年来,有学者提出了边采边复的理论,并取得了一定的成果,但该类研究多针对多煤层或单一煤层开采造成的大范围损毁区域,并且相应的边采边复技术研究也是根据大范围内各阶段的地表变形情况来制定复垦方案,无法有效体现出地面复垦与地下开采的动态结合机理。以山东龙堌矿的某一工作面开采形成的沉陷地为例,进行单一工作面的边采边复技术研究。根据所选工作面的推进速度,划分了8个阶段,对各个阶段的开采进行了土地损毁情况分析,按照损毁程度及损毁地类型划分为9个评价单元,分别进行了土地复垦适宜性评价。结合适宜性评价结果将各单元合并为不同的复垦单元分别进行复垦规划,合理安排复垦施工工程,通过对比每个阶段可复垦出的耕地面积与相应的复垦成本,优选出了最佳复垦时机,以较低的成本尽可能复垦出更多的耕地。     

基于两端逼近算法的边采边复基塘布局确定方法

为了优选确定采煤沉陷地边采边复规划设计中最佳基塘复垦布局、提高耕地恢复率、降低复垦成本,根据边采边复技术思想和采煤沉陷特征,分析了影响边采边复基塘布局的4个方面因素,并在此基础上建立了基于两端逼近算法的边采边复基塘布局确定方法和流程,以安徽省淮南市某高潜水位煤矿为研究对象进行了模拟验证。结果表明:该边采边复基塘布局确定方法简单有效,与传统复垦最终基塘布局相比耕地恢复率可以提高17.48%,更好地保护了当地珍贵的耕地资源,保障了粮食安全;与此同时在基塘比例一定的情况下,边采边复最终基塘布局能够节省约13.40%的外来充填土方费用,从而降低复垦成本。     

我国开采沉陷动态过程的研究现状与展望

随着灾害意识的增强和防护措施力度的加大,采动地表动态沉陷的预计理论及方法日益得到重视,各种各样的新理论逐渐被应用到开采沉陷动态过程的研究当中。在综合分析大量文献的基础上,对开采沉陷动态过程机理、预计方法等方面的研究现状进行了论述,指出了目前在开采沉陷动态过程研究方面存在的问题及发展方向,对预防或减轻采动损害、确保地表建筑物的安全运行等,具有重要的理论和现实意义。     

我国开采沉陷动态过程的研究现状与展望

随着灾害意识的增强和防护措施力度的加大,采动地表动态沉陷的预计理论及方法日益得到重视,各种各样的新理论逐渐被应用到开采沉陷动态过程的研究当中。在综合分析大量文献的基础上,对开采沉陷动态过程机理、预计方法等方面的研究现状进行了论述,指出了目前在开采沉陷动态过程研究方面存在的问题及发展方向,对预防或减轻采动损害、确保地表建筑物的安全运行等,具有重要的理论和现实意义。     

高等级公路采动破坏特征及治理措施

针对开采沉陷引起的高等级公路不同程度破坏的现状,分析了开采沉陷5个变形指标对高等级公路的影响,得出了高等级公路采动破坏特征。在此基础上,考虑到高等级公路采动变形发展的时空过程,根据不同开采时期的高等级采动破坏程度,提出了不同开采时期高等级公路治理措施和保护对策。     

井工煤矿边采边复垦技术的探讨

针对我国井工开采对土地的损毁及传统土地复垦方法存在的弊端,阐述了边采边复理论和基本设计,并基于实例对传统复垦进行了对比分析。边采边复是以井工开采沉陷与土地复垦措施耦合为主要目标的新型复垦方法,更适用于高潜水位地区采煤沉陷土地的恢复。其关键技术在于复垦时机的把握,复垦标高的设计和复垦范围的确定,最终目标使土地恢复率最大化。     

基于GIS的高潜水位煤矿区边采边复表土剥离策略

高潜水位煤矿区采煤塌陷后积水现象严重,积水后再治理造成复垦后耕地所占比例低,复垦成本增多,且施工难度增大。在地面沉陷积水前,预先进行表土的剥离存储以便后期复垦利用,是提高复垦效率的最有效方法。本文以山东某矿工作面为例,结合GIS的空间分析功能,将地面划分为40m×40m的地面格网单元(共7875个),对煤炭开采后地面的动态沉陷过程进行了模拟,明确了地面开始沉陷及出现积水的时间,最后定量的确定了461个地面格网单元表土剥离的时间、范围与深度,剥离的表土可用于后期土地复垦工作。研究有利于井工煤矿区的边采边复技术的研发,并促进开采与治理的同步进行。     

煤矿开采沉陷预计理论与方法研究评述

大量的国内外研究表明,开采沉陷预计不仅是评价采动损害程度、选择采动损害控制措施的基础,也是开采设计优化、土地复垦和地基稳定性评价的前提条件之一。从预计方法的表达形式、理论基础、时间过程和特殊条件影响等4个方面分析了开采沉陷预计理论与方法的类型及适用条件;讨论了开采沉陷的主要影响因素、预计参数的确定和预计误差,强调了预计误差和拟合误差的区别。从现有预计方法存在的不足、时空力学模型、复杂地质体的节理界面效应、急倾斜煤层开采、深部开采、数值模拟、地面监测数据实时获取、预计结果的可靠性与不确定评价等方面,提出了开采沉陷预计存在的问题和今后的研究方向。     

采动地表沉陷全过程预计方法与存在问题分析

精确、可靠的开采沉陷预计结果既是井下工作面优化设计、采动损害程度评价的重要依据，也是土地复垦、生态重建设计和老采空区地表再利用稳定性评价的基础。随着实践认识的提高，开采沉陷的研究热点也逐渐从传统的移动稳定的终态预计转向采动地表移动变形的动态预计；当连续6个月累计下沉不超过30 mm时，则认为传统的采动地表移动已经停止，但随着冒落破碎岩石的压实压密导致的缓慢残余下沉仍将持续，且残余下沉的预计也逐渐引起了研究者的重视。基于采动地表移动规律，将采动地表沉陷移动全过程划分为2个阶段：第1个阶段是包括初始期、活跃期和衰退期的地表动态移动变形期；第2个阶段为衰退期结束后的残余下沉期。针对第1个阶段，分析了现有预计方法的优缺点，提出了基于时间函数与概率积分法结合的开采沉陷动态过程预计方法和时空基准，明确指出了只考虑时间而不考虑开采过程进行动态预计、对比验证的错误，强调了终态预计只是动态预计的一个特例，且该动态预计只适用于滞后下沉而不适用于残余下沉的预计。针对第2个阶段，顾及冒落破碎岩石压实压密引起的残余下沉量小，基于衰退期下沉与残余下沉的连续性、残余下沉线性衰减性，给出了给定地质采矿条件下地表残余下...     

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人工神经网络在煤矿开采沉陷预计中的应用研究—曹丽文等中国矿业大学学报，. 2002（）1提出了利用人工神经网络技术进行开采沉陷定量预测的新方法。研究了影响因素的选取、开采沉陷预计模型建立以及应用等问题。采用神经网络算法对开采沉陷进行BP了建模和预测。结果表明，用神经网络模型对复杂的开采 沉陷系统进行模拟预测，具有理论上的可行性和现实意义，说明人工神经网络技术在开采沉陷预计领域中具有实用价值。采动覆岩力学模型及断裂破坏条件分析—康建荣等《煤炭学报》，（） .20021根据覆岩破坏的机理建立了采动覆岩初次断裂前、…     

煤矿塌陷区地表水系综合治理

分析了张集矿塌陷区地表水系遭破坏后带来的负面影响，介绍了矿区内地表水系破坏特征及其治理现状.根据张集矿年度开采计划，对矿区未来可能产生的开采沉陷采用概率积分法进行预计，根据预计结果提出了塌陷区内水系灌溉排涝功能的动态恢复治理方案，即水渠改道和水系重建.方案有效地改变了塌陷区内地表水系边遭破坏边治理及其生态环境恶化的现状.     

关键层理论在开采沉陷中的应用现状与进展

在简述关键层理论的产生背景、发展历程与应用现状的基础上,分析了关键层理论应用于开采沉陷研究的必要性,重点介绍了关键层理论在开采沉陷研究(关键层对地表沉陷的影响、开采沉陷预计、采动地裂缝、地表减沉与采空区稳定性评价等)中的应用现状与进展.分析表明,将关键层理论应用于开采沉陷有助于研究地表沉陷动态过程与采动地裂缝形成机理,并提高沉陷预计精度及地表减沉效果.同时,还讨论了现有研究的不足,进而提出今后的研究方向与待解决的问题.