榆神府矿区采煤地表裂缝发育规律及特征

榆神府矿区是陕北一个重要的原煤产地,煤炭开发利用规模大、强度高,但区内生态环境脆弱,采煤诱发的矿山地质环境问题尤为显著.为全面掌握榆神府矿区采煤地表裂缝“静”、“动”态发育规律、揭示其形成机理,以榆神府矿区的安山煤矿、柠条塔煤矿和小保当一号井的典型工作面为对象开展研究.研究结果表明:(1)地表裂缝分为台阶型、挤压隆起型、滑动型和拉张型4种类型以及“塌陷槽”、“平行并列”2种组合方式;(2)榆神府矿区地表裂缝平面展布规律具有相对统一性,而地表裂缝表现特征具有差异性,且与采深采厚比呈负相关关系;(3)极浅埋煤层开采、浅埋煤层开采以及中深埋煤层开采地表裂缝分别具有滞后回采位置1.0 m、超前回采位置8.5 m和滞后回采位置30.14 m的动态展布规律,且地表裂缝滞后距与采深采厚比之间存在多项式的函数关系;(4)边界裂缝和面内正向坡裂缝具有“只开不合”的活动特征,面内逆向坡裂缝具有“先开后合”的活动特征,面内平坦区裂缝则具有“先开后合再开”和“先开后合”两种裂缝活动特征,平均活动时间3.7~7.0 d;裂缝“先开后合再开”的活动受覆岩运移控制,“只开不合”和“先开后合”的裂缝活动受地表移动变形控制,而斜坡裂缝活动机理则与坡体滑移密切相关.研究成果可为榆神府矿区地表裂缝治理和生态修复提供指导.

基于颗粒流的浅埋双煤层斜交开采地表裂缝发育特征

陕北浅埋煤层开采引起地面塌陷严重影响了矿区生态环境,与浅埋单煤层开采相比,浅埋双煤层开采所导致的覆岩破坏、裂缝发育更为复杂。以柠条塔煤矿N1206和N1114典型工作面为研究对象,采用颗粒流方法对浅埋双煤层斜交开采的过程及其所致地表裂缝发育特征进行了模拟研究。研究结果表明:浅埋双煤层斜交开采煤柱所在区域的上行和下行裂隙密集发育;各工作面采毕地表下沉曲线呈现宽缓的“W”型;1^-2煤采毕与2^-2煤采毕裂缝发育速率比值为1:3~1:2,地表最大下沉量比值为1:7;开切眼及终采线位置附近裂缝密集且会导通至地表;地表最大下沉量位于工作面开切眼位置附近,地表最大水平正向位移位于工作面开切眼位置附近,左侧工作面采毕最大负向位移位于工作面终采线位置,右侧工作面采毕最大负向位移位于1^-2煤右侧工作面靠近终采线位置。研究结果可为浅埋双煤层开采的相关研究与工程实践提供理论参考与实际借鉴。

浅埋煤层沟道采动裂缝发育特征及治理方法

黄土沟壑区浅埋煤层开采诱发的地表裂缝灾害相对严重,特别是在沟道底部等煤层埋深极浅区域易与覆岩内部裂隙贯通形成导水通道,致使地表水溃入井下威胁生产安全。为研究黄土沟壑区浅埋煤层回采造成的沟道地表裂缝发育特征及其引发的地表溃水水害防治方法,以陕西省安山煤矿125203工作面菜沟段为研究对象,采用无人机遥感技术和现场实测相结合的方法对沟底裂缝进行填图和动态监测,揭示了采动地表裂缝的平面展布规律、动态发育规律及其与工作面生产进度之间的关系。在此基础上通过实地调查沟道地质条件,提出了沟道地表裂缝不同区域的分区治理方式,并进行了现场实践应用。研究表明:①沟底平行开切眼裂缝多以“台阶状”发育,宽度在5 cm以内的地表裂缝占64%,宽度在5~10 cm的地表裂缝占20%,宽度在10~20 cm的地表裂缝占10%,宽度超过20 cm的地表裂缝占6%;②沟底平行开切眼裂缝初始发育位置与回采位置基本一致,超前或滞后回采位置不足6 m,裂缝角近似垂直;③随着工作面推进,正向坡裂缝呈现出“开裂—稳定”的动态变化特征,反向坡裂缝呈现出“开裂—闭合—稳定”的动态变化特征,平均动态变化时间为3.70 d;沟底平行开切眼裂缝呈现出“开裂—闭(半闭)合—再开裂—稳定”的动态变化特征,平均动态变化时间为5.25 d,有一定的自愈合能力;④基于沟底地形地貌和地表裂缝发育特征及土地利用方式划分了4种治理区域,并针对性地提出了不同区域沟道溃水水害防治方法;⑤工程实践应用结果表明本文提出的分区治理方法能够有效预防沟道地表裂缝溃水水害。

沟谷区浅埋煤层覆岩破坏特征及地面裂缝发育规律

沟谷区浅埋煤层开采覆岩损害特征不仅受覆岩结构影响,同时受地形地貌特征影响。为进一步研究浅埋煤层过沟开采时覆岩运动及损害机理,以陕北浅埋煤层区某矿14210工作面为研究对象,通过建立物理相似材料模型,利用人工测量、变形监测、数据分析等方法,研究沟谷区浅埋煤层开采覆岩破坏规律及地表裂缝形成机理。结果表明:煤层覆岩沉降值曲线在垂向上具有向下继承性,顶板周期性垮落后沉降曲线呈“U”型,沉降值变化速率大的“U”型两侧区域纵向裂隙发育,周期性垮落体边界与自然平衡拱结构基本吻合,并周期性向前发展;地表裂缝可根据坡向与煤层采动方向的关系分为顺向坡推挤裂缝、逆向坡拉张裂缝和沟底隆起3种类型,不同类型裂缝具有不同的动态发育规律。研究成果为沟谷区浅埋煤层开采覆岩及地表损害预测提供了理论基础,对浅埋煤层过沟开采可能因覆岩及地表损害引起的矿井水害防治具有重要意义。

浅埋煤层开采地表裂缝发育规律及机理研究

以柠条塔N1212工作面为研究对象,采用野外地表裂缝填图、裂缝动态监测以及数值模拟方法研究浅埋煤层开采地表裂缝发育规律及机理。结果表明:浅埋煤层开采地表裂缝发育程度高,以“台阶状”裂缝为主;面内裂缝平行间隔展布、间隔距离8~15 m之间;裂缝具有“先开后合”和“只开不合”2种活动特征;覆岩内部应力演化和破坏以“拱”型向前扩展,覆岩裂隙与地表裂缝相互贯通;地表裂缝超前产生及其活动特征与地表移动变形、地表“拉伸-压缩”变形转化、坡体滑移密切相关。

中埋深煤层综采地表裂缝发育规律研究

为揭示陕北侏罗纪煤田中埋深工作面高强度开采诱发的地表裂缝发育规律、空间形态及深度特征,以小保当煤矿首采工作面为研究区,采用地表裂缝填图、裂缝宽度变化动态观测和裂缝示踪开挖观测等方法开展了风沙滩地区中埋深煤层高强度开采地表裂缝静态、动态演化规律及空间形态的研究。研究表明:112201工作面地表裂缝主要有边界裂缝和面内裂缝两类,前者沿平巷、切眼发育,后者于面内平行切眼发育。边界裂缝和面内裂缝宽度小于1.0cm占73%,宽度大于5.0cm仅占3%;裂缝整体发育程度较弱;面内裂缝宽度一般小于2.0cm,两侧无落差,滞后回采位置发育,平均滞后距30.14 m,滞后角84.1°;面内裂缝宽度随时间呈单峰型变化即表现为先开裂、后闭合(半闭合)型动态变化特征,平均活动时间约为7.8 d且缝宽增大和减小的时间基本相等,结合地表移动观测资料给出了裂缝活动时间T的计算公式;平行平巷边界裂缝呈"带状"分布在工作面平巷内侧56 m、外侧18 m的范围内,裂缝宽度则呈现开裂-增大直至稳定的变化特征;工作面地表裂缝空间形态分为楔形,梭形和分叉形3类,沙土层内发育深度不超过2.5m。宽度小于5 cm的裂缝在采后2个月内被风积沙自然掩埋而难觅踪迹,宽度大于5 cm的裂缝在采后6个月内大多被风积沙自然掩埋。这一研究结果对风沙滩地区生态环境治理和水资源保护具有重要参考价值。