沟谷地形下非均匀条带开采采场结构参数优化

沟谷地形下的缓倾斜矿层原岩应力场受地形影响较大,同一采区甚至盘区的采场所处的地应力环境有较大差异,采用与此种特殊地应力环境相匹配的采场结构参数对矿区的高效开采有重要意义。本文以宜昌晒旗河矿区为工程背景,提出非均匀条带开采方案,运用简支梁理论、弹塑性理论计算条带采留宽度,采用FLAC3D软件分别对采用均匀条带开采和非均匀条带开采的采场进行数值模拟,从应力、位移变化及塑性区分布规律等方面分析了采场稳定性特征。研究结果表明:相比于全部采场结构参数按矿体最大埋深计算的均匀条带开采方案,不同埋深采用不同采留宽度的非均匀条带开采方案使采场的应力分布更为均匀,在保证采场稳定的前提下,提升了生产能力,对沟谷地形下采场结构参数优化具有一定借鉴意义。

肖家河磷矿缓倾斜中厚矿体条带开采采场结构参数研究

合理的采场结构参数是保障地下矿山回采作业安全的关键。以肖家河磷矿为工程背景,采用理论计算得到采场结构参数合理范围为顶板最大跨度为8.3m,矿柱最小尺寸为5.6~6.8 m。依据理论计算结果建立了5种采场结构参数的数值模型,并进行两步骤开挖模拟。分别分析第一步骤矿房开挖结束和第二步骤矿柱回采且充填之后,采场围岩应力、位移以及塑性区的变化情况,分析采空区稳定性状况,从而优选采场结构参数。综合分析采场稳定性和回采生产效率,优先推荐矿房8m、矿柱6m的结构参数。研究结果可为条带法采场结构参数的设计提供一定的参考。

基于SBAS-InSAR技术的条带开采地表沉陷监测分析

为了能够精准监测条带开采地表沉陷情况,验证SBAS-InSAR技术在条带开采地表沉陷监测中的可行性与精度,利用SBAS-InSAR技术对2019年6月-2022年2月的33景Sentinel-1A升轨SAR影像进行干涉时序处理,得到了监测期条带开采地表沉陷特征。并结合监测期的地表水准测量数据对SBAS-InSAR监测结果进行了验证分析。结果表明,SBAS-InSAR技术能够有效监测到条带开采地表沉陷特征及沉陷量,监测精度满足规范要求,为矿区“三下”压煤开采提供了技术支撑。

村庄下安全条带开采的研究

在理论分析和借鉴实践经验的基础上，给出了实现安全条带开采的地表临界变形值，提出了条带开采范围的圈定方法，求出了边界条带煤柱的留设方法和稳定性验算公式。

村庄下“三软”不稳定厚煤层冒落条带开采

探索了“三软”不稳定煤层条带开采的地表移动特征、条带的合理采留尺寸、建筑物变形与地表移动的关系、地表移动参数与地质采矿条件的关系等。

条带开采煤柱破坏宽度计算分析

将条带开采工作面假定为无限大板上相隔一定间距的倾斜共线裂纹,采用断裂力学Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹模型,得到了条带煤柱边缘的应力分布,建立了条带煤柱边缘破坏区的边界方程,并据此得出了条带煤柱破坏宽度的计算公式。实例分析表明用该公式计算条带煤柱破坏宽度是符合实际的。

深部厚煤层条带开采煤柱的稳定性

通过对三向应力状态下的煤柱极限强度计算公式分析得出:我国目前普遍应用的A.H.威尔逊计算理论公式存在因简化带来的问题,并且随着采深的增大,问题表现的越明显.理论分析表明,煤柱塑性区宽度不仅与采深、采厚有关,而且也同采出率有关.结合古城煤矿的实际情况,利用FLAC3D模拟得出了不同开采条件下煤柱塑性区宽度,通过二元线性回归分析,得出了煤柱塑性区宽度与采深、采厚及采出率的计算公式.最后给出了在深部厚煤层条带开采情况下煤柱极限载荷的计算公式.

厚表土层薄基岩条件下村庄压煤条带开采试验

为了确定临涣煤矿厚表土层薄基岩下合理的村庄压煤条带开采方案,采用离散元数值模拟方法研究厚表土层薄基岩下条带开采地表沉陷特征.结果表明:当临涣煤矿四采区的薄基岩厚度小于条带采宽所引起的垂直应力增高区域高度时,地表沉陷将急剧增加;并得出了四采区条带采宽与垂直应力增高区域高度的线性增加关系.鉴于此优化了临涣煤矿村庄压煤条带开采方案,经过两个条带工作面的成功试采,已安全采出煤炭约11万t,地面移动变形最大值均小于建筑物Ⅰ级损坏临界值,建筑物未采取任何加固措施保护完好,留设煤柱能够保持长期稳定,取得了显著的经济效益.

条带开采煤柱长期稳定性评价及煤柱设计方法

煤柱在地下水、风化作用等多种因素的作用下会发生剥离和尺寸缩减,使煤柱发生渐进性失稳破坏。基于煤柱的渐进性剥离行为和剥离体的堆积特性,建立了煤柱的非均匀剥离模型;分析了煤柱剥离的影响因素、煤柱安全系数与煤柱剥离的关系,建立了条带煤柱长期稳定性评价方法;讨论了采出率、地表沉陷控制和煤柱长期安全系数的协同关系。分析表明:煤柱的剥离与煤的碎胀系数、休止角和采宽采厚比有关,可利用剥离角确定煤柱的极限破坏程度。煤柱的宽高比越大,剥离对其稳定性的影响程度越小。该模型适用于条带煤柱长期稳定性评价。

巨厚松散层下深部宽条带开采地表移动规律

为了研究巨厚松散层下深部宽条带开采时松散层厚度变化与地表移动规律及下沉系数的关系,根据某矿具体的地质采矿条件,采用FLAC3D数值模拟软件,分别建立了巨厚松散层下深部宽条带开采数值模型,模拟给出了不同松散层厚度时的地表下沉、水平移动等值线图及其最大值,回归分析得出了相应函数关系式,并分析其原因.研究表明,1)巨厚松散层下深部宽条带开采地表不易形成波浪型下沉盆地.2)地表下沉系数q条随松散层厚度h占采深H比例的增大以线性关系增大,表达式为:q条=0.162(h/H)+0.085.3)原因为:松散层的采动程度不同于基岩,为有流变性的松散介质.通过实例验证,结论可以满足工程要求.

条带开采地表移动参数研究

分析了条带开采地表移动参数的影响因素, 并在此基础上, 结合现场观测站实测数据和理论分析, 建立了条带开采地表移动预计参数新的计算公式. 这些计算公式考虑的因素较为全面, 并且其中的参数均容易确定, 计算方便, 可操作性强. 通过现场应用对比, 这些计算公式得出的条带开采地表移动和变形预计参数预测地表沉陷更接近于现场实际, 可以作为条带开采地表移动和变形预计参数确定的依据.

我国条带开采的研究现状与主要问题

条带开采作为“三下”采煤的主要技术措施之一 ,在我国煤矿区被广泛采用。在综合分析大量文献的基础上 ,从条带开采岩层与地表移动机理、地表移动和变形预计、条带煤柱稳定性、条带开采设计研究等方面对我国条带开采的研究现状进行了论述 。

大采深条带开采坚硬顶板工作面冲击矿压治理研究

为了解决大采深条带开采坚硬顶板工作面的冲击矿压问题,以古城煤矿2106工作面为例,采用现场分析、实验室试验、数值模拟的方法对其发生机理进行了研究.结果表明在此条件下开采时发生的冲击矿压与煤岩性质、采深、坚硬顶板厚度及顶板的周期来压有密切关系.当冲击矿压发生的煤层具有强冲击倾向性,煤层硬度系数大于3、采深900 m以上、顶板岩层坚硬且厚度大于20 m时,冲击矿压发生具有突然性和猛烈性;主要发生在顶板周期来压期间、超前支护50m范围内,此时工作面的CH4和CO气体含量同时升高.对此提出了钻屑法等预测预报的方法和煤体爆破卸压与柔性支护等治理措施.

条带开采垮落区注浆充填技术的理论研究

阐述了条带开采垮落区注浆充填技术的总体思路和基本原理,结合工业试验方案,应用PFC颗粒流程序进行了数值模拟试验,模拟了条带煤层采出、顶板垮落、注浆充填、充填体压实及上覆岩层下沉的整个动态发展过程;通过数值试验,揭示了条带垮落区充填体、煤柱与围岩三者之间相互作用的减沉力学机理,重点分析了垮落区充填体的承载作用、传载作用和对煤柱的侧限作用.研究结果表明,在此工业试验区域内,与条带开采相比,当充填量为19.5万m3时,条带开采垮落区注浆充填既可减小地面变形,提高煤柱稳定性,又可多采出煤炭24万m3.

条带开采煤柱塑性区宽度的数值模拟与计算

利用FLAC3D数值模拟分析不同开采条件下条带煤柱塑性区的宽度情况,并通过线性回归的方法,得出塑性区宽度与采深、采高二者的关系公式,该公式的比例系数为0.00571,大于A.H.威尔逊公式的比例系数0.00492,公式适用于采出率小于50%的情况;在考虑采出率的情况下,通过二元线性回归的方法总结出了煤柱塑性区宽度与采深、采高及采出率三者之间的关系公式,该公式计算结果与模拟结果更相近,可供进行条带开采煤柱设计时参考。

村庄下倾斜煤层条带开采方法研究

针对我国"三下"(建筑物下、水体下、铁路下)压煤条带开采的实际情况,根据国内外有关条带开采的实践经验和技术要求,采用极限强度理论和压力拱理论对村庄下倾斜煤层条带开采进行了分开采深度设计,计算得出了条带开采的采出宽度和保留宽度;应用条带开采地表移动参数的模糊优化理论对概率积分法预计参数进行了选取,按照不同的开采深度,对村庄范围内的地表移动和变形值进行预计;根据预计的结果,对计算得出的条带开采尺寸进行检验和优化。研究表明,村庄下分采深条带开采尺寸设计和分采深地表沉陷预计,不仅可以提高地下煤炭资源的采出率,实现村庄在不搬迁情况下安全开采,也可最大限度地减小地下开采对地表建筑物的损害。

矿山条带开采相似材料模型变形测量

针对传统模型观测方法中存在的观测装置或传感器安装麻烦、工作量大、采样点有限等缺点,引入计算机视觉和数字近景摄影测量技术量测模型变形。用高分辨率数字相机获取不同模型,模拟开挖状态下的多组数字影像,选取二值化阈值对图像进行分割,根据标记区域的形状参数自动检测和识别标志点,通过边缘跟踪和椭圆拟合算法确定标志点中心坐标;推导了用二维直接线性变换关系式和共线方程分解出影像外方位元素初值的实用算法,利用光束法平差对标志点空间坐标进行精确定位。试验结果表明,空间坐标的测定精度高于±1mm,所测位移场与实际变形情况较为一致,可以满足矿山岩层和地表移动相似材料模型观测要求。

条带开采与固体充填开采地表沉陷规律研究

目前,建筑物下采煤通常采用条带开采和充填开采,为了研究这2种建筑物下采煤方法的地表移动变形规律,结合花园煤矿条带开采和固体充填开采实测数据,分别进行了地表静态、动态移动变形规律分析。研究得出:条带开采走向边界角56°,固体充填开采走向边界角57°、上山边界角62°、下山边界角53°;两者的地表移动盆地特征基本符合传统垮落法开采地表沉陷规律,但两者动态移动变形规律与其相比有一定的差异,在工作面回采过程中两者地表点下沉速度较小,出现多处峰值现象,基本不存在传统垮落法开采地表急剧下沉的活跃阶段。最后反演出地表预计概率积分法模型各参数。上述研究将为类似矿区地表沉陷预计以及开采方案设计提供一定的参考和指导。

巨厚黄土层宽条带开采地表移动规律及参数优化

为了有效地控制地表移动变形以保护地表建筑物,保证煤炭资源的采出率,最大限度地减小开采损害的影响,应用宽条带开采方案,以彬长矿区的采矿地质条件为工程背景,研究厚黄土层下开采的地表移动规律。通过在开采区域地表布设监测点的方法,结合亭南煤矿现场观测实测数据并对其进行理论分析,描述了深部大采深宽条带开采的地表移动规律,给出了彬长矿区地表移动变形的重要参数,主要影响半径为295 m,主要影响范围角正切值为1.93,地表沉陷范围343 m,边界角为58.96°。运用概率积分和威尔逊理论得出该矿区多个条带工作面开采时,煤柱宽度和采出宽度的最佳匹配计算方法,基于协调开采原则得出了合理的条带开采参数。结果表明,将研究得到的地表移动参数应用于生产实践取得了良好效果,所得的地表移动参数对该矿区具有一定的参考价值。

建筑物下宽条带开采方案研究

针对策底河煤矿地质采矿条件及地表建筑物情况,在理论分析、地表移动变形预计的基础上,研究了建筑物下压煤宽条带开采方案及参数,并结合FLAC3D数值模拟对条带煤柱及岩梁稳定性进行了计算分析。结果表明,运用条带开采方案能有效控制地表移动变形,满足保护地表建筑物的要求,解决了该矿建下安全采煤的技术难题。