河流下综放工作面覆岩破坏特征和陷落柱防水煤柱留设研究

目的长平矿Ⅲ2317工作面在开切巷处揭露陷落柱,地表丹河流向与工作面推进方向一致,受采动影响,陷落柱内部水体及河水可能通过开采裂隙导入回采空间,从而造成工作面突水。针对以上问题,方法本文采用理论分析、数值模拟和现场观测等方法,对回采工作面覆岩“两带”高度、覆岩破坏特征和陷落柱煤柱留设宽度进行研究。结果结果表明:工作面顶板垮落带与导水裂隙带最大发育高度分别为18.38,93.85 m,河水对工作面不构成突水威胁;无煤柱开采时,陷落柱一侧顶板裂隙沿陷落柱胶结面向上高度发育;结合理论计算和数值模拟分析,确定煤柱宽度为35 m。工作面在留设35 m煤柱条件下安全完成回采,地表变形特征符合预期,最大下沉量达到4000 mm,回采过程中工作面未发生突水事故。结论研究结果可为类似条件下的煤层安全开采提供理论和经验支撑。

采空区地表沉陷计算预测方法研究

本文以某煤矿开采形成的采空区范围为研究区,在搜集煤层赋存情况、现有采空区分布情况的基础上,选取岩层合理的物理力学指标,利用比较常用的概率积分法、数值模拟法对采空区的下沉值、水平变形、最大地表竖向变形等进行预测模拟,从而预测研究区地表变形情况。煤矿采空区地表变形的预测,是工程建设场地适宜性预测评估结论的重要依据。

M-CM-GA-BP算法的地表移动变形参数预测模型

针对复杂的开采沉陷预测问题,研究22个工作面采动地表移动变形参数变化规律,提出了一种基于M-CM-GA-BP算法求取地表移动变形参数的预测模型。通过线性加权组合预测方法和遗传算法优化BP神经网络的权值和阈值,融合多元回归模型来提高地表移动变形参数的求取精度,以地表下沉系数q为例,将该模型与其他预测模型预测性能进行对比分析,验证模型的准确性。结果表明,该模型能够有效地提高地表移动变形参数的预测精度,模型的平均相对误差为1.294、均方根误差为0.013,为地表移动变形参数预测提供了一种可行方法。

含断层构造露天边坡变形破坏特征及稳定性研究

为了探究断层构造对露天边坡变形破坏特征及稳定性的影响,采用遥感影像、现场调查与数值模拟研究手段开展了含断层构造的露天边坡变形破坏特征及安全系数计算研究,并进行了边坡变形破坏发展分析,揭示了含断层构造露天边坡变形破坏特征规律。结果表明:露天采场北部边坡产生滑塌灾害是断层构造(内因)、井下矿体开采卸荷(外因)共同作用的结果。在地下矿体开采扰动与F15断层切割的作用下,边坡易形成沿断层构造滑坡垮塌并不断扩大滑塌区域。F15断层构造以上坡体的变形位移相对较大,且沿F15断层构造向东部沟谷发展,F15断层构造改变了北部边坡上部坡体的变形破坏趋势。露天采场边坡安全系数为1.45时,潜在滑动面为F15断层构造;北部边坡沿断层构造尚未出现大变形。

马兰矿18507综采面坚硬顶板水力压裂技术研究

综采工作面坚硬顶板的存在会导致工作面回采后,巷道顶板悬顶面积过大,进而在工作面四周形成较大的支承压力,威胁矿井安全生产。马兰矿为解决18507工作面巷道坚硬顶板难垮难落问题,采用abaqus数值模拟软件对定向水力压裂进行研究。并对不同钻孔形态及尺寸钻孔下的岩石裂缝扩展形态进行分析,采用水力压裂技术后,采空区顶板可及时垮落,巷道围岩得到有效控制,为工作面煤炭高效回采创造了良好条件。

“三软”煤层复杂顶板条件下大倾角工作面开采安全技术实践

针对综采工作面在高压力区、过煤层结合区、过大断层等复杂地质条件下的大倾角开采,通过对常规综采工作面大倾角回采关键技术参数分析比较,结合工作面复杂情况实际,优化并最终确定了方案,即采取矿压监测,提前对矿压显现区域进行支护,合理控制采面采高防止破顶冒高、对断层影响区域进行注固化剂等方式,同时针对工作面大倾角实际情况,采取支架安装防倒顶、连锁顶、采面全部联网封闭架箱、采面作业人员配齐防冲铠甲等方式进行工作面回采。实践证明该方案能有效确保复杂情况下大倾角工作面的安全回采,但仍存在问题可以进一步优化以取得更好的实际效果。研究成果对复杂地质条件下大倾角工作面回采方案的优化选择有一定的指导意义。

无人机倾斜摄影测量在采空塌陷区生态综合治理中的应用

针对郭家湾煤矿51101工作面采空塌陷区生态综合治理问题,利用无人机搭载五镜头倾斜相机获取航摄影像,经过内业处理、三维建模获得实景三维模型。通过对像控点和三维模型精度分析,证明无人机倾斜摄影测量完全满足煤矿治理大比例尺地形图测图要求。依托实景三维模型和生成的高精度DLG数据成果,可帮助设计人员准确高效地提出相应采空塌陷区生态治理方式,大大提高了塌陷治理以及土地复垦工作的针对性和工作效率,为后期项目验收提供了准确可信的技术支撑和成果验证,最终有效解决了治理区地表变形和生态破坏问题。

基于云模型的采场冒顶片帮事故预警方法研究

为了能够及时预警矿山冒顶片帮事故安全风险,实现事前预防和控制事故发生,减少人员伤亡和经济损失,构建了基于云模型-组合赋权法的冒顶片帮事故预警方法。首先,基于2-4模型确定了26个指标构成的冒顶片帮事故预警指标体系,把预警等级划分成5个等级;其次,采用乘法积分法将层次分析法和熵权法相结合,计算出26个预警指标组合权重,有效避免了两种赋权方法的局限性;最后,将组合赋权法与云模型相结合,构建了冒顶片帮事故预警模型。并将其应用于铜陵某金属矿山,通过案例研究,采用该预警方法得出的结果与实际情况相吻合,验证了该方法的准确性、可操作性和有效性。

基于PCA-SaDE-ELM优化算法的煤层底板破坏深度预测及工程应用

基于煤层底板破坏深度实测结果统计分析,通过优化数据样本空间,引入自适应差分进化改进的极限学习机算法,构建了煤层底板破坏深度预测模型,与实测结果对比分析验证,并应用于云驾岭煤矿9^(#)煤层底板破坏深度预测。结果表明:模型预测的最大绝对误差不超过0.7 m,相比现有其他预测模型,该模型预测精度提高约70%;云驾岭煤矿19101、19103和19105这3个典型工作面的破坏深度分别为10.80、10.94、11.34 m,介于规范方法和滑移场理论预测结果之间,进一步反映了模型的可靠性;建议对9#煤层底板加固改造后再进行回采。相关研究成果可为我国煤层底板破坏风险管理和煤炭资源的优化回采布置提供一定的理论支撑。

逆断层上下盘开采扰动下断层活化响应模拟研究

为探究煤层不同开采方式下逆断层应力场、位移场演化规律和断层活化规律,通过数值模拟分析逆断层地质条件下进行上盘开采和下盘开采时断层处的正应力和剪应力演化规律、断层活化过程以及断层和覆岩的位移场变化特征。研究结果表明:随工作面逐渐靠近断层,断层上部的正应力逐渐降低、剪应力逐渐升高,断层下方的正应力逐渐升高、剪应力逐渐降低,正应力和剪应力升高或降低的速率随工作面与断层距离减小而增加;当工作面与断层距离在80 m和40 m时,断层处正应力和剪应力发生异于前期应力规律性的变化,出现大幅度增长和降低的情况;相对于上盘开采,下盘开采时断层更易受煤层开采扰动而发生活化,且活化程度和范围均大于上盘开采;随工作面不断向断层靠近,下盘开采时采空区上覆岩层下沉量和断层两侧岩体相对位移量均明显大于上盘开采。研究结果对煤层开采遇断层时围岩治理和防灾减灾具有一定科学指导意义。

基于SIF模型与Apriori算法的煤矿顶板事故致因关联分析

为更科学地预防煤矿顶板事故的发生,对煤矿顶板事故致因及其关联规则进行识别十分关键。首先,通过文本挖掘并结合SIF事故致因模型,确定56个影响顶板事故发生的致因;其次,通过构建顶板事故数据库并运用Apriori算法进行顶板事故致因关联规则挖掘;最后,绘制顶板事故致因关联规则复杂网络图,并综合分析顶板事故的核心致因及各致因间的关联规则。结果表明:安全培训教育和安全监督管理、作业人员安全意识淡薄和违反作业规程、当班管理人员在现场的管理不到位和其他事故致因之间有着很高的关联度以及提升度,这些因素是造成煤矿顶板事故发生的核心因素。

浅埋多煤层群协调绿色开采关键技术研发与实践

西部矿区多煤层赋存条件导致了“采面布局矛盾、覆岩结构多变、地表运移叠加”的突出性、普遍性问题,探索适应多煤层高强度开采的协调绿色开采技术成为西部矿区多煤层安全、高效开采的关键。针对浅埋厚煤层群高强度开采面临的主要技术难题,从多煤层开采时空布局、工作面岩层稳定性控制、重复扰动下的地表沉陷等方面,系统地阐述了浅埋多煤层群协调绿色开采的几项关键技术。研究结果如下:(1)揭示了西部多煤层高强度开采层间相互作用机理,构建了多煤层重复开采扰动定量判据与评价方法,创新提出了以层间最小扰动为目标的“薄、中、厚”煤层交错分布协调开采技术;(2)提出了多煤层工作面岩层稳定控制技术,建立了全覆岩结构破断模型,揭示了全覆岩结构破断条件下的支架与围岩相互作用规律,在此基础上针对多煤层开采工作面支护在不同的位置需要采用不同支护策略的需求,研发了工作面支架抗冲双伸缩立柱和超前巷道支护状态监测系统,实现工作面多区域安全高效稳定支护;(3)通过揭示浅埋多煤层斜交叠置开采下地表动态移动特征和地表裂缝发育规律,给出地表下沉系数的确定方法,研发了塌陷区裂缝“土壤重构–原位充填–微地形改造”组合的治理关键技术,有效防治黄土沟壑区的采煤地表塌陷。上述核心技术在张家峁、柠条塔、红柳林等20余个大型煤矿成功应用,为我国西部矿区高质量、可持续开发提供了技术支撑。

裂隙面起伏形态对注浆固结体剪切力学特性的影响

为研究裂隙面起伏形态对裂隙岩体注浆加固后剪切力学特性的影响,首先,通过3D打印技术生成不同起伏形态的裂隙模型,并采用类岩石材料浇筑成型,然后,对裂隙岩体进行注浆加固,最后,对含不同类型裂隙的注浆固结体进行常法向荷载直剪试验。结果表明:锯齿形固结体的剪切强度最大,波浪形次之,平直形最小;随着法向荷载的增加,平直形固结体的剪切强度增幅最大,波浪形次之,锯齿形最小。剪切过程中,平直形固结体仅发生沿浆-岩界面的剪切破坏;波浪形固结体的浆-岩界面在加载初期发生剪切破坏,随着浆脉与岩壁的啮合程度降低,剪切破坏面逐渐向浆脉和岩体的内部发展,而锯齿形固结体的剪切破坏面出现在浆脉和岩石内部。

新上海一号煤矿软岩回采巷道预裂卸压技术研究

基于新上海一号煤矿软岩巷道支护薄弱的特点,提出了一种新的预裂卸压技术,旨在解决软岩巷道围岩大变形控制难题。该技术主要采用超前预裂卸压为主、NPR锚索协同支护为辅的方式,通过预裂卸压切断采空区顶板与巷道顶板之间的联系,加速顶板垮断,减小悬臂长度及传递至临空巷道顶板的覆岩荷载。同时,采用NPR锚索提前对巷道进行补强加固,确保了沿空巷道在超前应力影响下的稳定性。实地应用表明,采用预裂卸压技术回采巷道围岩变形量得到有效控制,验证了预裂卸压技术的有效性。为软岩巷道稳定性控制提供了一种新的解决方案。

蒙西特厚煤层综放开采地表沉陷特性及机理研究

以准格尔煤田唐家会煤矿61101特厚煤层首采工作面为研究对象,采用地表实测与数值模拟相结合的方法进行研究,最终得到蒙西特厚煤层综放开采地表沉陷特征及机理。结果表明:①蒙西特厚煤层综放开采地表稳态下沉盆地边界角(64°)、移动角(78°)、主要影响角正切(2.3)偏大,盆地下沉主要集中在开采边界范围内,盆地边界陡峭收敛速度快,盆地边界至工作面边界距离约为0.5倍采深,盆地影响范围较小。②开采过程中下沉速度与变形值较大,活跃期最大下沉速度达到58 mm/d,地表最大下沉值达到5.2 m,但下沉系数偏小为0.25,大量开采空间仍存储于地下空间,未能传递到地表完成释放。③沉陷特性是由覆岩较软产生“双梁”支撑与综放开采影响剧烈裂隙不能得到充分压实共同导致。研究成果可以丰富西部开采沉陷经验,为类似开采条件下的矿区生态环境治理及生产方案提供参考。

营盘壕煤矿深部多煤层开采地表移动变形规律及最优错距研究

鄂尔多斯东胜煤田为侏罗系含煤地层,诸多深部矿区2-2煤层和3-1煤层全区可采,并且煤层间距较小。以营盘壕煤矿为地质原型,通过FLAC3D和UDEC数值模拟软件构建研究区域数值模型,围绕2-2煤层和3-1煤层开采引起的地表移动变形及应力场演化规律进行研究。结果表明:多煤层重复采动将引起沉陷盆地中心投影向下煤层采空区方向移动,进而逼近煤层初采中心投影,并最终越过之;两煤层连续开采后,地表最大下沉值小于两煤层单独开采最大下沉值之和,煤层复采下沉系数小于初采下沉系数;煤柱错距与地表移动参数关联密切,错距系数与地表下沉系数、水平移动系数和主要影响角正切分别呈对数正态函数、凹抛物线和凸抛物线函数关系,并且与宽深比作为共同因子对煤层初采及复采表征参数的比值产生耦合影响;另外,同时随着错距的增大,地表沉陷盆地范围先减小后增大的趋势发展,水平移动近盆地等值线由椭圆形向梭子形演化;综合卸压错距经验公式、地表损伤程度及煤柱卸压效果确定的研究区域多煤层开采最优错距为30 m。

基于SBAS-InSAR技术的老采空区注浆充填地表变形时空分布特征分析

InSAR技术已广泛应用于矿区地表沉降监测,但老采空区注浆治理区域地表变形时空分布特征研究较少。为获取老采空区注浆充填地表变形时空特征,本文提出了一种基于SBAS-InSAR技术的数据处理方法,该方法联合使用了D-InSAR技术、PS-InSAR技术、SBAS-InSAR技术等多种技术,以SBAS图像对选取策略选择时空基线较优的图像对进行组合,以D-InSAR技术为基础,生成干涉图集,通过PS方法选择稳定的散射相干目标点,对相干目标点相位信息进行解算,获取了相干目标点地表沉降速率及时间序列等信息。通过与部分水准数据的对比,表明该方法与传统水准测量具有一致性。基于39期RadarSAT-2数据及40期Sentinel数据,获取了研究区地表在注浆前、注浆中及注浆后的变形特征:研究区在注浆前(2015年7月—2016年12月)区域最大沉降速率达-98mm/a,最大抬升速率达134mm/a;在注浆中(2019年8月—2022年9月),区域最大抬升速率达18.7mm/a,最大沉降速率为-11.2mm/a;在注浆后(2023年1月—2023年12月)最大抬升速率达16.0mm/a,最大沉降速率达-10.0mm/a。区域地表变形速率呈现下降趋势。通过区域沉降速率、时序累计沉降值及典型相干点分析,获得了研究区从注浆前、注浆中到注浆后的地表变形分布特征,揭示了研究区地表变形从注浆前开采引起地表下沉及残余变形到注浆中地表缓慢下沉并抬升到注浆后地表变形趋于稳定的变化规律。

基于GRA-AHP联合极差分析复合算法的边坡稳定性影响因素敏感性分析

针对AHP和GRA单一算法应用过程中受主观影响导致评价结果与实际结果偏差较大的问题,提出了GRA-AHP联合极差分析复合算法,并以西南某磷矿A区边坡为例,运用该算法分析了重度、内摩擦角、黏聚力、弹性模量和泊松比对边坡稳定性的敏感性。结果表明,A区边坡稳定性影响因素敏感性从大到小顺序为:内摩擦角、黏聚力、重度、弹性模量、泊松比,分析结果与矿山实际情况相符。

充填条件下采空区稳定性分析

对某矿山采空区稳定性进行了分析。首先对采空区现状进行了详细调查,明确其分布状态及体积;其次,基于FLAC3D模拟结果评价采空区现状及充填后的稳定性变化规律。结果表明,矿山主要存在5个采空区,分布在700~860 m中段,采空区总体积约40.45×10^(4)m^(3);当前采空区顶板不稳定,存在较大垮落风险,1^(#)~4^(#)采空区之间未贯通的岩体受力集中,塑性区贯通,有可能产生大规模失稳破坏;对700~820 m中段之间采空区逐步充填后,采空区失稳风险逐渐消除,不会影响700 m以下中段生产活动。建议优先对1^(#)~4^(#)采空区进行充填处理,降低采空区垮塌和贯通的风险。

基于时序InSAR的长春市九台区煤炭采空区地表沉降监测及时空演化态势分析

煤炭开采是引发地面沉降的主要因素之一,且对土地资源的破坏性较大,严重影响矿区居民的生活环境和区域农业的发展,因此对矿区周边区域进行地表沉降的监测十分必要。通过获取吉林省长春市九台区2017-2021年这5年共计148景Sentinel 1B影像,基于短基线集干涉测量技术(Small Baseline Subset InSAR,SBAS-InSAR)对长春市九台区地表沉降进行监测,获取地表沉降速率和累积沉降结果,结合精度和野外调查验证了监测结果的可靠性,分析了长春市九台区地表沉降的时空演化态势。研究结果表明,在2017-2021监测期间,长春市九台区发生了较为严重的地面沉降,主要聚集在营城城区西北部和羊草沟一带,其空间分布和时空演化态势具有高度相关性,其中位于羊草沟村和腰站村中间耕地区域沉降区S3是监测区内沉降速率最快的地方,发生沉降的面积约为11.59 km 2,最大垂直向年均沉降速率和沉降面积为3个沉降区中最大,且沉降呈现持续增加的趋势,需要较长时间才能恢复地表的相对稳定。