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金属矿山 2014年第12期43卷 147-151页

作者：郭庆彪郭广礼陈龙浩吕鑫中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221008 国土环境与灾害监测国家测绘地理信息局重点实验室江苏徐州221008 江苏省资源环境信息工程重点实验室江苏徐州221008

我国西部矿区生态脆弱,煤炭资源开采引起的地表移动变形是破坏生态环境的重要因素。为了研究毛乌素沙漠矿区采煤引起的地表移动变形规律,在某矿首采面上方建立了地表移动观测站,利用球心空间拟合RTK测量技术进行了地表移动变形定期监测... 详细信息

我国西部矿区生态脆弱,煤炭资源开采引起的地表移动变形是破坏生态环境的重要因素。为了研究毛乌素沙漠矿区采煤引起的地表移动变形规律,在某矿首采面上方建立了地表移动观测站,利用球心空间拟合RTK测量技术进行了地表移动变形定期监测。通过对实测数据进行分析,得到了以下结论:1地表移动过程是连续渐变的,地表移动盆地边界角为58°,移动角为63°,裂缝角为79°;2地表下沉速度快,实测最大下沉速为110 mm/d,最大下沉速度系数为3.14,明显大于我国东部矿区类似深厚比条件下中厚煤层综采的下沉速度;3地表楔形裂缝发育,主要位于采区边界和工作面前方,拐角处呈现弧形状态;4地表移动分布规律基本符合概率积分法模型,利用遗传算法反演得到了概率积分法模型参数。上述研究成果将为类似矿区合理留设各类保护煤柱、地表沉陷预测以及设计"三下"采煤方案提供参考。

关键词：毛乌素沙漠区开采沉陷移动变形规律球心空间拟合RTK测量技术

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煤层群开采覆岩与地表移动变形规律研究——以石嘴山矿区为例

煤层群开采覆岩与地表移动变形规律研究——以石嘴山矿区为例

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作者：甘智慧西安科技大学

学位级别：硕士

石嘴山矿区是西部黄河流域重要的煤炭生产基地,促进煤炭生产与环境保护的协调发展,是实现生态环境修复和可持续发展的重要要求。以石嘴山矿区为研究对象,采用现场调研、相似材料模拟试验和数值模拟等方法,对煤层群开采引起覆岩与地表移... 详细信息

石嘴山矿区是西部黄河流域重要的煤炭生产基地,促进煤炭生产与环境保护的协调发展,是实现生态环境修复和可持续发展的重要要求。以石嘴山矿区为研究对象,采用现场调研、相似材料模拟试验和数值模拟等方法,对煤层群开采引起覆岩与地表移动变形规律及采空区应力分布规律进行研究,并基于两时相DEM数据叠加统计分析地表位移变化,与相似材料模拟试验和数值模拟结果进行相互验证。主要研究成果如下:(1)通过相似材料模拟试验得到:上组煤层群开采时,由于间隔岩层较薄,2号煤层开采的基本顶初次来压步距和周期来压步距均大于3号煤层,其平均周期来压步距是3号煤层开采时的2.27倍。随着下组煤层持续开采,地表沉陷范围逐步扩大,最终沉陷断面呈“U”型。煤层开采总厚度为26.58m,地表最大沉降量为19.2m,位于采空区中央位置,下沉系数为0.72;(2)由3号及6号煤层底板应力传感器监测数据分析得到:煤层底板处应力随着煤层开采呈减小趋势。当煤层开采至距监测点30m时,底板应力开始激增,工作面推进至测点后10～14m时应力达到最大值,之后随着工作面推进应力逐渐减小并最终达到稳定;(3)基于数值模拟软件,建立了煤层群开采三维地质模型,模拟煤层群开采过程得到:2号煤层开采引起围岩应力重新分布,工作面前后方煤壁处出现明显的应力集中现象,最大应力值达到8.47MPa;塑性区的范围随着各煤层的开采逐渐扩展,在开切眼和停采线上方地表处,塑性区的破坏形式均为拉张破坏,采空区围岩以剪切破坏为主沿着煤层走向方向,地表沉陷呈类“U”型对称分布,最大沉降量为21.19m,沉陷范围远大于采空区范围;(4)在近距离煤层开采条件下,层间采动裂隙发生破坏贯通,重复采动影响尤为明显,上覆煤层采空区重复采动失稳离层位移明显加剧,煤层层间距离越近,引起的覆岩采动裂隙影响波及程度越明显,下方煤层的开采厚度和煤层的层间距离的因素影响较为关键。(5)选取石嘴山矿区1970s和2003年DEM数据进行叠加分析得到:6号塌陷坑的最大垂直位移为-23.96m,分析结果与相似材料模拟试验和数值模拟得到的地表沉降最大值位置基本吻合,沉降规律一致。

关键词：煤层群移动变形规律相似材料模拟试验数值模拟 DEM

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上行开采层间岩层移动变形规律及上部煤层开采影响分析

上行开采层间岩层移动变形规律及上部煤层开采影响分析

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作者：梁鹏飞辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

我国很多老采空区上方都存在被遗弃的煤炭资源，而且数量巨大，如何重新对其安全的进行开发和利用是建设节约型矿区的一个重要问题。本文结合同家梁矿8＃煤层上行开采的工程实例，运用室内实验、理论分析和数值模拟等手段对上行开采与... 详细信息

我国很多老采空区上方都存在被遗弃的煤炭资源，而且数量巨大，如何重新对其安全的进行开发和利用是建设节约型矿区的一个重要问题。本文结合同家梁矿8＃煤层上行开采的工程实例，运用室内实验、理论分析和数值模拟等手段对上行开采与坚硬层间岩层的相互作用关系进行了相关研究。　　对层间岩层各煤岩体进行了物理力学实验，确定了各岩层的相关参数。运用薄板及厚板理论对坚硬岩板的破坏进行了分析，确定了其破坏的临界条件。　　利用经验公式及EH-4电磁成像系统对层间岩层的破坏高度进行了对比分析，确定了上行开采与层间岩层破坏程度的关系;结合岩层内部点移动变形规律，分析了层间岩层的破坏对上行开采产生的影响。　　最后对上部煤层推进过程中、不同深度和不同开采方案的上行开采进行了数值模拟研究，得到了在不同的条件下层间岩层受上行开采而移动变形的规律。

关键词：煤矿工程层间岩层移动变形规律上行开采技术上部煤层

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地表移动观测站设计与移动变形规律分析 ——以顾桥矿1414（1）工作面为例

地表移动观测站设计与移动变形规律分析 ——以顾桥矿1414（1）工...

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作者：范大凤安徽理工大学

学位级别：硕士

在我国,厚松散层下埋藏大量煤矿,开采厚松散层下的煤矿会不可避免引起复杂的地表和岩层移动。建立地表移动观测站进行实地观测,是当前了解这种移动并为进一步生产服务决策的主要方法。自2013年8月至今,经历矿区资料收集、实地地形踏勘... 详细信息

在我国,厚松散层下埋藏大量煤矿,开采厚松散层下的煤矿会不可避免引起复杂的地表和岩层移动。建立地表移动观测站进行实地观测,是当前了解这种移动并为进一步生产服务决策的主要方法。自2013年8月至今,经历矿区资料收集、实地地形踏勘、技术方案设计、标石统一制作、RTK放样埋石、项目区连接测量、首次全面观测、采动前期巡视测量、过后的3次日常观测和9次全面观测等阶段任务。论文主要对这些阶段的工作任务进行总结。观测站的观测过程中,采用GPS静态相对定位技术、GNSS RTK技术、精密数字水准测量技术等先进的技术手段,作业过程严格按照相关规范;数据处理,不仅采用常规的最小乘估计理论,而且采用了抗差估计理论,数据处理方法先进;采用的数据处理软件,除采用商用GPS基线向量解算软件(HGO和TGO)外,其余都采用由自行研发的“矿山开采沉陷综合数据处理与分析系统软件包(MISPAS软件包)”进行观测站平面和高程的相关计算、移动变形曲线图的绘制及移动变形分析、相关参数的求解和移动变形预计等。 1414(1)首采面地表移动观测站研究成果表明：在整个采首采面动过程中,随着工作面从开切眼不断向停采线推进,1414(1)首采主断面地表变形的特征大致与淮南矿区近水平煤层、厚松散层和非充分采动主断面的地表移动变形规律相符。在动态发展过程中,首采面主断面倾斜与水平的移动形状基本相似。随着工作面的推进,动态移动变形量和变形范围持续增大,最后在开切眼和停采线周围均形成稳定的一负一正两个移动变形极值;主断面水平变形和曲率变形变形量相对较小(尤其是曲率变形)。然而,采动过程变形受测量误差等其它外界因素干扰明显,因而主断面变形特征曲线随着工作面推进过程出现一定的波动性,但大体趋势与近水平煤层、厚松散层覆盖和非充分采动工作面开采地表形成的移动变形规律相符。

关键词：观测站开采沉陷厚松散层移动变形规律

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遗留条带煤柱膏体充填置换开采覆岩及地表移动变形规律研究

遗留条带煤柱膏体充填置换开采覆岩及地表移动变形规律研究

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作者：李飞帆山东科技大学

学位级别：硕士

长期以来我国中、东部矿区村庄下压煤多采用条带法进行煤层开采,几十年形成的呆滞储量超过10亿t,这些遗留条带煤柱如何安全高效地回收已成为中、东部煤矿可持续发展的关键。在条带开采的基础上利用充填开采技术将遗留的条带煤柱进行资... 详细信息

长期以来我国中、东部矿区村庄下压煤多采用条带法进行煤层开采,几十年形成的呆滞储量超过10亿t,这些遗留条带煤柱如何安全高效地回收已成为中、东部煤矿可持续发展的关键。在条带开采的基础上利用充填开采技术将遗留的条带煤柱进行资源回收,不仅解放了大量煤炭资源,还减少了充填成本,最终控制地表的沉降。然而条带开采使覆岩及地表已经经历过一次采动影响,对遗留条带煤柱进行充填置换开采后将会产生二次采动影响。因此,覆岩及地表的二次变形规律和长期稳定条件已成为研究充填置换开采的关键。本文以岱庄煤矿2300采区为研究背景,综合理论分析、相似材料模拟、数值模拟以及现场实测等手段,对遗留条带煤柱膏体充填置换开采覆岩及地表二次移动变形规律进行研究。主要研究内容及结论如下:(1)基于弹性力学和托板理论,建立了充填置换开采围岩稳定力学模型,通过理论推导得出充填体所受载荷与关键岩层参数之间的力学关系表达式,最终得到关键岩层稳定时充填体设计强度并给出了关键岩层是否破断的公式判据。(2)通过室内相似材料模拟研究可知对遗留条带煤柱充填置换开采后,原先稳定的覆岩结构开始二次运动,导致条带采空区顶板发生活化垮落,充填工作面顶板也发生沉降,最终顶板与充填体达到新平衡状态,充填体与护巷煤柱形成稳定共同支撑体对覆岩进行支撑;待模型经二次采动影响稳定后观察可知,在距煤层顶板20cm处发现关键岩层,以该岩层为界产生离层,关键岩层以下岩层呈波浪状破坏,以上岩层整体发生弯曲下沉;遗留条带煤柱充填置换开采后,整体覆岩的下沉量均有所增加,但随着高度的增高下沉量逐渐变小。(3)通过FLAC3D数值模拟对理论推导结论进行补充和验证,综合分析了覆岩及地表受二次采动影响后的运动变化情况,得出遗留条带煤柱充填置换开采后采区边界实体煤处应力较条带开采应力升高,且充填体内部处于三向受力状态,护巷煤柱处产生了较大的应力集中,并且大于边界煤柱处所受应力;条带采空区失稳活化后,顶板拉断破坏高度增大,两侧剪切破坏深度增加,塑性区范围变大;随着充填体强度的增大对地表沉降的控制效果越佳,地表产生连续缓沉盆地,表明充填置换开采对地表的下沉有较好的控制作用,可以保护地表建筑不受破坏,且地表下沉量随着充填体强度的增加成非线性下降关系。(4)通过对充填置换工作面地表岩移观测结果分析得出,倾向测线最大下沉量为271mm,水平变形值0.395mm/m,曲率值0.009mm/m和倾斜值0.796mm/m,均小于地表建筑物I级破坏程度,保证了地表建(构)筑物安全稳定。

关键词：条带开采充填置换开采二次采动影响移动变形规律

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龙滩矿开采地表沉陷与覆岩移动变形规律研究

龙滩矿开采地表沉陷与覆岩移动变形规律研究

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作者：黄飞重庆大学

学位级别：硕士

地下煤炭的开采破坏原岩应力的平衡状态并使其重新分布直至达到新的平衡状态,在此过程中上覆岩层发生移动变形甚至破坏;随着工作面的不断向前推进,覆岩移动与变形发展到地表,引起地表产生移动和变形,从而使地表产生塌陷、地面建筑物发... 详细信息

地下煤炭的开采破坏原岩应力的平衡状态并使其重新分布直至达到新的平衡状态,在此过程中上覆岩层发生移动变形甚至破坏;随着工作面的不断向前推进,覆岩移动与变形发展到地表,引起地表产生移动和变形,从而使地表产生塌陷、地面建筑物发生损坏等诸多的地质环境问题。而以上各种地质坏境问题归根结底是由覆岩与地表移动变形所导致的,因此,研究开采全过程中覆岩与地表移动变形规律不仅能为矿井地质坏境保护和灾害防治提供新的理念和思路,而且对矿井未来的生产具有重要的理论意义和实用价值。本文以龙滩矿3115南工作面为例,研究分析了矿井开采地表沉陷与覆岩移动变形规律,主要取得如下研究成果:(1)建立了地表沉降观测系统,获得了地下开采诱发的地表沉降特征和变化规律。(2)通过FLAC3D数值软件模拟分析,得到了回采工作面开采过程中覆岩的移动变形和应力分布规律,揭示了开采沉陷覆岩的移动规律。(3)基于现场实测和数值模拟结果,提出了矿山环境地质灾害的防治措施。

关键词：地表沉陷数值模拟移动变形规律

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板集煤矿巨厚松散层深井开采首采面地表移动变形规律研究

板集煤矿巨厚松散层深井开采首采面地表移动变形规律研究

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作者：张凯月安徽理工大学

学位级别：硕士

社会经济高速发展,世界工业化进程加快,能源使用量增加,致使煤炭在内的能源大量开发。埋浅煤层开采已经不能够满足社会需求,厚松散层埋深煤层正在大力开发。煤层的开采造成地质灾害等众多隐患,阻碍矿区人民安居乐业,危害矿区生态建设。... 详细信息

社会经济高速发展,世界工业化进程加快,能源使用量增加,致使煤炭在内的能源大量开发。埋浅煤层开采已经不能够满足社会需求,厚松散层埋深煤层正在大力开发。煤层的开采造成地质灾害等众多隐患,阻碍矿区人民安居乐业,危害矿区生态建设。巨厚松散层开采下的地表移动变形规律研究较少,超前范围及求取方法的研究较少,此地质开采条件下的沉陷预计方法的适用性有待检验。论文以板集煤矿110801首采面的地表移动观测数据为基础,进行板集煤矿巨厚松散层深井开采下的首采面地表移动变形规律研究。(1)利用Matlab编程进行地表移动变形计算,绘制出了走向观测线和倾向观测线与下沉和水平移动相关的地表移动变形曲线,分别分析了各自的变形特点和形变趋势,并对各自的最大和最小值进行说明,分析了变形曲线中异常点产生的原因。(2)根据移动变形计算的结果,解算观测期数内与下沉和沉陷预计相关的参数,确定了板集煤矿110801首采面的启动距为49m;利用灰色Verhulst模型和三次样条插值编程算出了110801首采面在地表工作面推进过程中的超前影响距,其与实测值的平均差值不足15m;求取了最新一期工作面前方下沉100mm的影响距离为230.79m,并根据曲线形状拟合出了超前影响距与工作面位置的关系;绘制了地表下沉速度曲线,得出其滞后距;利用实时监测站MCORS02的下沉信息分析了地表移动时间,巨厚松散层开采下活跃期较长。最后求取了概率积分参数,为概率积分预计求参提供初值。(3)利用概率积分法、概率积分修正模型和Boltzmann函数预计模型进行走向主断面沉陷预计,探究三类沉陷预计方法对板集煤矿巨厚松散层开采的适用性。结果表明:Boltzmann函数预计模型预测的整体性比概率积分模型好,边界收敛能力更强;双曲线剖面函数模型在边界拟合效果最好。图[27]表[9]参[119]

关键词：巨厚松散层移动变形参数移动变形规律沉陷预计概率积分法

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重复采动条件下地表及覆岩移动变形规律研究

重复采动条件下地表及覆岩移动变形规律研究

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作者：季鲲鹏河北工程大学

学位级别：硕士

煤炭开采会使上覆岩层及地表产生移动变形,引发地面塌陷等诸多地质灾害,给生态环境和生产工作带来危害,而重复采动造成的破坏更为严重。因此对煤层重复开采后引起的地表及覆岩移动规律进行预计具有十分重要的意义。在利用概率积分法进... 详细信息

煤炭开采会使上覆岩层及地表产生移动变形,引发地面塌陷等诸多地质灾害,给生态环境和生产工作带来危害,而重复采动造成的破坏更为严重。因此对煤层重复开采后引起的地表及覆岩移动规律进行预计具有十分重要的意义。在利用概率积分法进行预计时,主要预计参数的选取十分重要。针对概率积分法预计参数未考虑煤层倾角带来的影响这一问题,将该因素作为影响因素对其主要预计参数提出了修正公式。本文以岳城矿区Ⅲ2301、Ⅲ2302工作面为背景对开采后地表沉陷进行预计,同时通过相似材料模拟试验探究重复采动条件下覆岩的移动变形情况。主要的工作内容和成果如下:(1)本文收集多个煤矿的相关资料,通过回归分析的方法寻求煤层倾角与预计参数的关系,提出了修正关系式。依据修正后的参数,对岳城煤矿Ⅲ2301、Ⅲ2302工作面重复开采后的地表移动变形值进行定量预计,分析其移动变形规律和重复采动带来的影响。(2)通过相似材料模拟试验,探究煤层重复采动时岩层的移动变形规律,分析初次开采和重复开采时上覆岩层的移动变形和裂缝的发展情况。结果表明,重复采动引起的覆岩破坏更为剧烈,裂缝发展高度更高,影响范围更广,岩层下沉量增幅较大。(3)采用FLAC3D数值模拟的方法,对工作面重复开采过程中地表和岩层的移动变形进行分析。将模拟结果分别与试验和参数修正后的预计结果进行对比,验证模型的合理性和预计结果的准确性。结果表明,模拟岩层位移结果与相似试验结果基本一致,说明所建数值模型合理,同时地表位移模拟结果与预计结果相差不大,最大误差仅为6.3%,在允许误差范围之内,预计参数修正效果良好。本文的研究成果对类似地质条件下地表移动变形进行预计具有一定指导意义。

关键词：开采沉陷概率积分法预计参数重复采动移动变形规律

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高速公路采动影响下移动变形规律分析

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上海公路 2018年第3期 17-19页

作者：赵军凌青夏永成罗春班中设设计集团股份有限公司江苏南京210014

以某高速公路为研究对象,采用FLAC^(3D)数值模拟方法,对煤矿采动影响下高速公路的移动变形规律进行了研究,研究结果表明:采动影响下半刚性沥青路面随地表的下沉而连续下沉;两者变化趋势一致,路面下沉滞后于相应地表下沉,当总下沉量越大... 详细信息

以某高速公路为研究对象,采用FLAC^(3D)数值模拟方法,对煤矿采动影响下高速公路的移动变形规律进行了研究,研究结果表明:采动影响下半刚性沥青路面随地表的下沉而连续下沉;两者变化趋势一致,路面下沉滞后于相应地表下沉,当总下沉量越大时,两者的差异表现越明显,而路面的水平移动大于对应地表值,路面与地表各项移动变形近似呈线性的变化关系。

关键词：高速公路采动影响移动变形规律数值模拟

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山区首采面大采深大采高地表移动变形规律研究

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矿山测量 2014年第1期42卷 65-68,71页

作者：张海港阳泉新宇岩土工程有限责任公司山西阳泉045000

结合阳煤集团寺家庄煤矿15104首采工作面采深大、采高大、开采深厚比大的特殊地质条件,通过对其地表移动实际观测资料的研究分析,得出山区在大采深条件下因地下煤层开采引起的地表移动变形规律的基本参数,对其它类似矿井开采具有借鉴作... 详细信息

结合阳煤集团寺家庄煤矿15104首采工作面采深大、采高大、开采深厚比大的特殊地质条件,通过对其地表移动实际观测资料的研究分析,得出山区在大采深条件下因地下煤层开采引起的地表移动变形规律的基本参数,对其它类似矿井开采具有借鉴作用,同时为开采引起的土地和水资源破坏补偿工作提供依据。

关键词：山区首采面大采深预计参数移动变形规律

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