浅埋高强度开采地表破坏特征:以神东矿区为例

采用现场实测与理论分析的方法对神东矿区地表非连续变形及地表移动持续时间进行了研究。阐释了高强度开采的内涵,并提出以地表最大下沉速度、采动损害程度及工作面来压强度作为判断指标。总结了神东矿区基岩全厚切落式和基岩部分破坏式2种岩层移动类型。分析总结了神东矿区地表移动以伴随非连续变形为主要特征的高强度开采规律:地表最大下沉速度达700mm/d,非连续变形以裂缝与台阶为主;采动裂缝以裂缝带形式发育,主裂缝间距与工作面周期来压步距基本一致,最前裂缝带内主裂缝滞后角约79.8°,地表最宽裂缝滞后角58.2°;裂缝发育条数及宽度与表土性质密切相关,风积沙区裂缝宽度一般小于30mm,黏性表土区一般大于50mm,裂缝宽深近似线性相关。本文可为类似开采条件下采动损害控制、地表环境治理、开采设计提供参考。     

陕北黄土沟壑地貌地表移动变形特征研究

为研究黄河流域中游陕北矿区湿陷型黄土沟壑地貌高强度开采地表移动变形特征,对柠条塔矿黄土沟壑区N1212工作面开展系统的地表沉陷监测,分析黄土沟壑地貌高强度开采条件下地表沉陷变形特征,确定地表最大下沉速度及最大下沉速度滞后角,地表移动时间和动态地表移动参数。研究结果表明：陕北湿陷型黄土层高强度煤炭开采地表非连续变形破坏严重,黄土地表易受移动变形与地形条件复合影响,出现不均匀沉降,高强度开采条件下,地表移动变形发育剧烈,地表最大下沉量5 255 mm,最大水平移动值2 680 mm,最大下沉速度为187.4 mm/d,单一煤层开采最大下沉系数为0.63,斜交重复采动最大下沉系数为0.84,活跃期约55 d,期间下沉量占总下沉量97%,最大下沉速度滞后距为74 m,最大下沉速度滞后角67°。上述结果验证了浅埋煤层高强度开采时,地表下沉剧烈、活动周期短、重复采动时,地表下沉量与地质采矿因素成正比,沟谷地形高强度开采地表变形具有速度快、塌陷大、损害重的特征。     

浅埋深厚煤层高强度开采地表沉陷规律研究

以西部神东矿区大柳塔煤矿为工程背景，选取典型的浅埋深高强度开采工作面52307工作面为研究对象，设立地表岩移观测站，并结合RTK观测技术与三维激光扫描技术进行实时监测，基于关键层理论和CISPM综合地表沉陷预计模型软件，综合分析在浅埋深高强度开采条件影响下，地表移动变形特征、地表岩移角值参数变化以及地裂缝发育等问题。研究结果表明：在工作面从开切眼向前推进过程中，地表下沉值在开切眼位置较小，之后突然迅速增大，下沉曲线急剧变陡，当达到最大下沉值时，下沉速度开始变缓；地表移动变形主要集中在工作面中部，工作面四周下沉变形较小，地表移动影响范围较小；大柳塔矿区地表岩移角值参数偏大，基岩移动角和边界角分别达到了87.7°和84.1°。开采引起的地裂缝整体呈“C”字型主要分布在工作面中部；随着工作面的不断推进，地裂缝从开切眼位置开始继续向回风巷一侧缓慢延伸、发育并逐渐闭合，最终形成连续包围“漏斗”型形状；地裂缝总是滞后于工作面出现，地裂缝滞后距与工作面推进速度呈线性增大的关系。根据地表沉陷规律及地裂缝发育分析结果得出，在浅埋深厚煤层高强度开采条件下，由于工作面开采强度大、推进速度快、关键层结构单一且...     

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。     

浅埋深高强度开采地表动态移动变形特征

为了掌握浅埋深高强度开采条件下地表动态移动变形规律,以神东矿区哈拉沟煤矿22407工作面地表移动观测站实测数据为基础,阐述了地表动态移动变形的特性,得到了相关动态移动变形参数,并分析了该地质条件下动态移动变形呈现特殊规律的原因。研究结果表明:在浅埋深高强度开采条件下,地表下沉过程异常剧烈,移动变形更加集中,下沉盆地快速形成。在地表持续移动变形过程中,活跃阶段地表下沉量达到总下沉量的81.4%,最大下沉速度系数为1.73,最大下沉速度达700.5mm/d,超前影响距为82 m,超前影响角为57.8°,最大下沉速度滞后距为57 m,最大下沉速度滞后角为66.3°。     

厚煤层大采高开采地表下沉观测与结果分析

随着煤矿步入现代化开采,厚煤层大采高开采技术已得到广泛应用.大采高必然导致大开采空间,覆岩运动较为剧烈,继而对地表构(建)筑物造成一定的损害.为有效地保护地表建筑物免受破坏,合理地留设保护煤柱,本文以山西晋城寺河煤矿5304大采高工作面为工程背景,建立地表移动观测站,对地表移动变形规律及岩层角值参数进行研究分析,并采用概率积分法对地表移动变形进行预计,绘制了地表移动变形等值线图.结果表明:该工作面开采后引起的地表最大下沉值为4365.6 mm,下沉系数为0.83;矿区倾向移动角为73.8°,边界角为70.2°,走向移动角为73.2°,边界角为67.8°,充分采动角为52.8°,最大下沉角为86.6°.研究成果对寺河矿区的保护煤柱设计以及"三下"开采具有一定的指导意义.     

采动影响区房屋损害地表移动变形临界值研究

采动影响区地表移动变形通过房屋基础与周围土体的摩擦力传递给上部结构,在房屋墙体内产生附加应力,当移动变形超过墙体的扰动影响最大承受值时,导致房屋拉破坏或压破坏,对采动区地表房屋造成损害。为解决采煤沉陷区矿方与百姓就房屋损害技术鉴定责任划分,以及村庄下开采工作面合理布置与尺寸优化问题,分析了地表水平变形与房屋墙体水平变形的关系,应用多研究手段推导出采动区房屋损害地表水平变形临界值的计算公式;同时引入了房屋损害裂缝角的概念,并提出了该角值的理论计算方法。结果表明:地表水平拉伸变形达到0.61mm/m,而水平压缩变形达到-1.33mm/m,采动影响区房屋墙体将会在薄弱部位出现采动裂缝,从而对房屋造成开采损害;矿区房屋损害裂缝角临界值约为58°,房屋裂缝角介于边界角和移动角之间。     

东胜矿区浅埋煤层综采条件下岩移参数规律研究

为了研究东胜矿区地表移动参数与地质采矿条件之间的关系及其特点,基于已获得的东胜矿区内12个工作面地表移动规律研究基础上,利用Matlab与SPSS的回归分析方法,研究了东胜矿区煤层开采引起的地表移动变形角值参数和概率积分法地表移动变形的计算参数与地质采矿条件之间的关系,建立了东胜矿区地表移动参数与相关地质采矿条件的关系式。研究结果表明:边界角、移动角、裂缝角与基岩厚度和采厚的比值相关性较大;下沉系数与采厚和基岩厚度相关性较好;水平移动系数与松散层厚度和基岩厚度相关性较好;主要影响角正切与采厚和基岩厚度相关性较好;而拐点偏移系数与地质采矿条件无显著关系,但存在变化范围为0.04～0.37,对东胜矿区煤层开采地表移动参数可以进行预计。     

重复采动地表非连续变形规律与机理研究

为获得地质构造发育区域在重复采动情况下地表非连续变形规律,采用现场观测、理论分析等手段对翟镇煤矿重复采动条件下地表非连续变形现象进行了研究.结果表明:翟镇煤矿地表非连续变形主要集中在矿井西部,沿地质构造发育并与工作面成一定角度,地表斑裂深度不大,裂缝宽度为300～600 mm,长度为320～2143 m,台阶下沉量0.4～2.4 m;特殊的覆岩结构、较小的采深采高比、采动引起的地质构造活化是并田西部产生地表非连续变形的重要条件;地表斑裂及台阶下沉现象受特殊覆岩结构、采深采高比影响,采动引起地质构造活化是地表非连续变形产生的诱导因素.     

巨厚松散层下综采工作面地表沉陷规律及其采厚效应

为了研究巨厚松散层开采条件下地表移动变形规律,文中根据彭庄煤矿地表移动观测站实测资料,分析了非充分采动条件下的地表移动变形情况,并借助于FLAC3D数值模拟软件,探讨了巨厚松散层开采条件下地表移动变形规律的采厚效应。研究结果表明:在非充分采动条件下,地表最大下沉值为609 mm,最大水平移动值为220 mm,超前影响角为57.17°,最大下沉速度为11 mm/d,最大下沉速度滞后角为75.62°;煤层开采厚度是影响地表移动变形的重要因素,随着开采厚度的增加,地表最大下沉值及水平移动值呈线性增大的趋势,并借助MATLAB数学软件回归分析拟合得到开采厚度与最大下沉值、下沉系数及水平移动值的函数表达式。     

风沙区超大工作面开采土地损伤的演变与自修复特征

为揭示超大工作面开采过程中土地损伤的演变规律,以神东矿区的部分典型工作面为研究对象,建立了土地生态环境观测方法,发现地表移动变形、地裂缝以及土壤物理性质等关键要素具有一定的修复能力:① 与传统开采方式对比,超大工作面快速开采条件下,地表的移动变形和下沉总量没有变化,地表的下沉速度明显增大,地表受采动影响的时间缩短50%左右,相对均匀沉陷区的面积一次性达到78%,有效地促进了采后地形向采前状态的自修复;② 地裂缝存在明显的“分区”特性,动态地裂缝扩展程度较弱并快速闭合,发育周期与采矿地质条件有函数关系;边缘地裂缝以“O”型圈分布于开采边界,裂缝角呈近似垂直角,分布范围明显减小,也表现出较强的自修复能力;③ 土壤物理性质的变化与地表移动变形以及地裂缝的分区特征基本吻合,均匀沉陷区的土壤物理性质在采动1 a后趋于采前水平,而非均匀沉陷区由于边缘地裂缝的存在,暂无自然修复现象,需要辅助人工治理。     

厚煤层综放开采覆岩移动规律数值模拟分析

为了掌握高河矿综放工作面上覆岩层移动规律,为工作面布置及“三下”开采提供参考,结合高河矿E1302综放工作面地质情况,采用数值模拟方法,对工作面地表移动、上覆岩层移动及岩层破坏特征进行模拟分析。研究表明:岩层移动在基岩内衰减较为明显,在松散层内近似整体沉降,厚基岩具有一定的控制地表沉陷变形的能力;导水裂缝带发育髙度最大约为140 m,裂高采厚比为20;综放开采强度大,地表的沉陷变形值增大,地表裂缝增加,从而导致地表下沉系数增大。     

厚黄土区大采高一次采全高地表移动变形规律

厚松散层下大采高一次采全高工作面开采强度大,回采率高,地表沉陷变形和岩移参数有其自身特点和规律。为研究大采高工作面地表移动变形规律,在王庄煤矿8101工作面上方设置了地表移动观测站。通过对观测资料的分析研究,揭示了厚黄土覆盖区、厚煤层一次采全高条件下地表沉陷变形特征,获得了该地质采矿条件下地表岩移预计参数和各种角值参数,分析了地表裂缝的发育、分布特征、裂缝宽度和深度等规律。与综放开采条件下的观测成果相比,大采高一次采全高工作面地表移动变形更加剧烈,沉陷过程在空间上和时间上更加集中,对地面建构筑物的影响更为显著。     

莒山煤矿ZF306综放工作面开采地表移动变形规律研究

为了降低煤炭开采对地面构筑物影响,并为矿井采面回采提供数据支撑,以莒山煤矿ZF306综放工作面回采为工程实例,采用现场实测、理论分析方法对厚煤层开采引起的地表移动情况进行分析。结果表明:采面回采后地面发育有地表沉陷盆地及地表裂缝;地质构造对地表下沉量有显著影响,在X3陷落柱影响附近地表下沉降均有所增加,其中Z6测点下沉量达到2562mm;在采面回采过程中地表移动变形呈现渐变趋势,其中活跃期引起的地表下沉量占到地表全部下沉量的93%。     

山区采煤地裂缝的成因分析及预测

在分析大量调研资料和实地观测数据的基础上,应用地表移动预计系统对山区采煤地裂缝的成因从实例和预计进行对比分析,探讨了采动裂缝与地表移动变形的关系,并对工作面进行裂缝预测。结果表明:在充分采动区,预计与实测吻合度较高,在非充分采动区,预计与实测差异较大。并对未采工作面进行预测,从而为矿区采取有效的防灾减灾措施以及为地质灾害的评价提供一定的依据。     

大柳塔煤矿多煤层开采覆岩变形破坏模拟研究

针对大柳塔煤矿远距离多煤层开采冒裂带发育及采动影响问题,通过相似模拟和数值模拟计算,系统研究了2个主采煤层开采过程中覆岩垮落、裂隙发育及地表沉陷规律。研究结果表明：浅部2-2煤覆岩主关键层破断后,顶板基岩会发生直达地表的整体切落现象,5-2煤一次采全高长壁开采冒裂带连通上部采空区,形成工作面涌水的导水通道;重复采动岩层与地表移动和变形值增大,非连续性破坏增加;采空区上覆岩体依据主应力分布可划分为双向拉应力区、拉压应力区和压应力区3个区,主应力状态对采动裂隙的形成、发育起着控制作用;采动影响与工作面几何参数密切相关,地表沉陷随着工作面斜长或采厚的降低而减小。研究成果对大柳塔及类似条件下的煤矿安全开采与设计有指导意义。     

厚松散层大采高开采地表移动变形规律研究

针对神东矿区工程地质条件,构建了上湾煤矿地表移动观测站,选取了该矿12401工作面近1年地表移动观测数据,根据解析法计算工作面岩层移动角值参数,并运用FLAC3D对地表下沉及水平移动进行数值模拟。结果表明:地表下沉量与覆岩岩性成正比,下沉速度与覆岩岩性成反比,在厚松散层工程地质条件下,基岩离层被压密,岩体结构被破坏,造成地表下沉量和下沉速度增大,地表移动变形对矿区建筑物造成影响和损坏,衍生为地质灾害的诱导因子,当开采综合边界角为60°时,可减少地表移动范围,降低矿区地质灾害发生。     

无煤柱开采条件下煤岩体支承压力的数值模拟

基于煤层的开采引起上覆岩层大范围移动和应力重分布,尤其是工作面周围煤岩体的承载应力变化这一理论,运用ANSYS对无煤柱开采进行数值模拟,观察到在开采过程中采空区上方煤岩在3个主应力方向均出现裂缝,且裂缝沿着工作面推进方向向前扩展,由此初步得到在开采影响下采空区上方的煤岩体内裂缝分布及发育情况;依据数值模拟结果,拟合出工作面周围煤岩体应力环境曲线,即减压区、增压区和稳压区3个区;通过计算得出无煤柱开采过程中支承压力集中系数的范围为2.54~2.96。同时由小煤柱的宽度与应力集中系数的关系发现：柱宽越大,相同条件下的集中系数越小,并且增幅越小。     

基于应力波理论的断层对覆岩移动变形和应力传递阻隔效应研究

为了研究断层对开采沉陷影响机制，将工作面开采对覆岩的扰动视为应力波在岩层介质中的传递，建立了应力波在软弱岩层和坚硬岩层间双向传递的应力表达式。采用理论和数值计算分析了软弱岩层介质对应力波传递的影响，揭示了断层对覆岩移动变形和应力传递阻隔机制并通过相似模拟进行验证，最后利用数值计算分析了不同断层特征参数对覆岩移动变形阻隔作用的影响程度。结果表明：工作面开采产生的应力波波速越大，采动对覆岩的扰动越大|断层带岩体作为破碎带存在，应力波在断层带岩体多重反射作用下穿过断层带后波速下降明显，开采盘与非开采盘应力波最大波速之比为4.68～35.61，断层对采动应力传递具有阻隔效应，覆岩移动变形主要发生在开采盘|由于应力波穿越断层后在浅部波速衰减小于深部，浅部断层带岩体先于深部断层带岩体发生非连续变形|断层特征参数对覆岩移动变形传递阻隔作用排序为断层带宽度＞断层落差＞断层倾角＞断层带岩体内摩擦角＞断层带岩体黏聚力。     

唐山马家沟矿急倾斜煤层开采地表非连续变形规律

根据马家沟矿急倾斜煤层开采地表实测资料和现场勘察结果,对地表非连续变形的分布、发育规律进行了研究.研究结果显示,马家沟矿急倾斜煤层开采地面发育大量裂缝,这些裂缝在空间分布上具有间隔性,在时间发育上具有间歇性,对地面沉陷分区性具有控制作用,对采动影响范围扩展具有屏障作用.这些认识对类似条件矿井的急倾斜煤层"三下"开采具有一定参考价值.