基于IFM-KS模型的多层煤开采上覆岩层移动模型

双系煤层条件下的重复开采使得单层开采后已经趋于稳定的岩层再次“活化”,加剧了变形破坏的影响。因此,对煤层重复开采后引起的覆岩移动规律进行研究具有十分重要的意义。基于“力学模型+几何方法”融合的IFM-KS模型,提出了适用于多层开采条件下的岩层移动计算模型,揭示了煤层重复开采情况下岩层二次扰动后的移动变形规律。通过理论计算及UDEC数值计算方法验证了双系煤层开采情况岩层移动新模型的预测准确性。结果表明,理论计算的岩层位移结果与采用数值模拟得到的结果整体呈相同的沉降趋势,平均误差率约为15%。结合岩层移动模型计算结果,层间及上覆岩层空隙率的相关计算,与单层煤开采相比,双系煤层开采后造成的采空区空隙率变化剧烈,岩层破坏更加严重,上下采空区可通过裂隙沟通形成漏风通道。该计算模型能为类似采动件下岩层变形预计、采空区空隙率分布等提供一定的参考。

薄煤层开采岩层移动与地表沉陷预测分析

阐述借助数字散斑系统构建煤矿开采模型,并以此模拟煤矿开采期间岩层位移情况。应用北斗卫星导航系统对矿区地表沉陷情况进行动态监测,发现随着开采作业的推进,主断面地表下沉量逐渐增大,最大下沉值接近1 600mm。

地表沉陷与上覆岩层移动规律数值研究

为保证地面建筑物以及地下资源开采的安全,对采空区引起的上覆岩层移断规律以及地表沉陷情况进行研究。以应城市一工程为研究对象,基于FLAC3D数值模型分析和理论模型分析,建立采空区沉陷模型。通过FLAC3D构建模型分析地表沉降情况和上覆岩层移动规律等,得到该区域地表最大沉降29.2cm、采空区顶板岩层移动变形量46.04cm,分析总结了采空区上覆岩层移动呈梯形向马鞍形转变规律,为地表沉陷预测提供依据,可为类似工程提供参考意义。

急倾斜中厚煤层采场顶板岩层移动规律研究

为了实现急倾斜煤层智能化开采,需弄清急倾斜煤层矿山压力与岩层移动规律,以石洞沟煤矿31321工作面为研究对象,采用理论计算、现场矿压监测、微地震监测和数值模拟方法,研究了急倾斜煤层采场矿山压力岩层移动范围。获得了急倾斜煤层工作面采动影响下煤壁前方支承压力影响范围、应力集中系数、初次来压步距和周期来压步距。得到了急倾斜煤层垮落带的自动充填特性与充填高度,采场“三区三带”的分布范围,弄清了急倾斜煤层采场垮落带、裂隙带、弯曲下沉带岩层的移动范围,进一步揭示了急倾斜煤层老顶断裂形成的“厂型”结构。研究结果为石洞沟煤矿实施智能化综采奠定了理论基础。

崩落法开采引起的岩层移动时效性研究

崩落法开采的金属矿山往往会伴随着一系列的地质灾害现象。为保证矿区安全生产,开展崩落法开采引起的岩层移动的时效性研究具有重要意义。以程潮铁矿西区下盘为研究对象,通过将地表10多年GPS监测数据的整理分析,并与现场破坏调查结果和工程地质条件相结合,进而探究不同分区下岩层移动的时效行为。研究结果表明:岩层移动的时效行为与其破坏过程有着密切的关系,不同分区下的岩层移动的时效行为是不同的,可分为初始变形、渐进变形、加速变形和残余变形共4个阶段,分别对应着稳定状态、临界状态、失稳状态以及采矿结束后的蠕变状态;初始变形阶段对应着岩体的初始蠕变过程,渐进变形阶段反映了岩体抵抗自身变形的过程,加速变形阶段与深部破坏面的形成和强烈的应力释放有关;崩落碎石在采矿作业停止后失去了流动空间,在岩体变形挤压下会对围岩提供支撑力进而限制了岩层移动的进一步发展;残余变形时间由岩体的蠕变特性和崩落碎石的压密过程所控制,倾倒滑移区因需要经历一个额外的碎石压密过程而导致残余变形时间更长。

厚大矿体自然崩落岩层移动角BP神经网络预测

为了预测倾斜厚大矿体自然崩落过程的岩层移动范围,选取矿体上盘围岩岩性、下盘围岩岩性、上盘围岩构造特征、下盘围岩构造特征、开采深度、开采厚度及矿体倾角为影响因素,以人工神经网络中的误差反向传播网络模型推导上盘、下盘岩层移动角。结果表明,BP神经网络预测Borska Reka厚大矿体超大规模自然崩落过程上盘岩层移动角为65.1°,下盘岩层移动角为72.2°,预测精度高,预测结果为合理布置地表工业场地及地表沉降监测提供了理论依据。

采空区上覆岩层移动破坏动态力学模型的应用

采用采动岩体动态力学模型，对采动引起的覆岩移动破坏的时空规律进行了研究，结合兴隆庄矿５３０６工作面的地质、开采条件，对采动引起的断裂带发育发展规律，岩体内部离层发生发展规律、地表下沉规律等问题进行了分析，并对观测结果作出了较以前的各种理论模型更为符合实际的解释，该模型可在实际工作中得到很好地应用．

多断层控制深部开采岩层移动规律分析

针对断层发育的深部矿体回采,上覆岩层移动规律分析是安全设施设计和工程实践面临的关键问题之一。基于工程案例的开采技术条件,厘清了矿山开采主要影响断层的分布特征,据此建立了涵盖多断层、多地层交叉的数值分析模型,分析了多断层控制条件下深部开采上覆岩层移动规律。研究结果表明,回采活动是导致岩层沉降位移的主要因素;矿体上盘边界角大于下盘边界角;深部开采扰动易造成近矿断层活化,显著控制地表位移沉降规律,多断层叠加会增加岩层移动规律的复杂性。研究结果可为矿山安全设施设计提供技术支撑,也可为同类型矿山安全开采提供有益借鉴。

地质动力引起岩层移动变异及突变灾害研究

在地质动力的作用下,矿山地下开采正常的岩层与地表移动规律将发生变化,甚至会发生突变灾害。本文基于地球动力区划的理论和方法,对北票台吉矿急倾斜煤层深部开采条件下,煤层地板形变、断层活化、动力突变现象进行了分析研究。提出了区域应力活动是岩层移动变异和地下动力现象的力源,地下采矿活动为地质动力释放提供了空间条件的观点。文中还讨论了矿山地质动力的作用特征、区划方法和对岩层与地表移动的影响规律。

采场弯曲下沉带内部巷道变形与岩层移动规律研究

利用岩层弯曲下沉带内的一条巷道 ,通过设点观测下沉值、量测巷道两帮及顶底移近量 ,结合采面推进速度及矿压观测资料 ,以及FLAC3D的计算机数值模拟计算 ,研究了岩层弯曲下沉带内部巷道的变形和岩层移动规律 ,丰富了上覆岩层移动的佐证 ,在新集矿区获得了岩层内部的移动参数 ,为巷道煤柱的留设提供了直接依据 ,为反程序开采中合理错开上下层的布面时间提供了依据 .

岩层移动离层演化规律及其应用研究

通过试验与理论分析 ,对岩层移动过程中的离层位置与离层量、离层动态发育特征及其影响因素进行了深入研究。结果表明 :覆岩离层主要出现在各关键层下 ,覆岩离层最大发育高度止于覆岩主关键层。当相邻两关键层复合破断时 ,尽管上部关键层的厚度与硬度比下部关键层大 ,其下部也不会出现离层。关键层初次破断后的离层区长度和最大离层量仅为关键层初次破断前的2 5 %～ 3 3 %。因此 ,离层区充填应在关键层初次破断前进行 ,并保持关键层不破断。针对目前覆岩离层区充填工艺不能阻止覆岩关键层初次破断的问题 ,提出了离层区充填与留设煤柱相结合的“覆岩离层分区隔离充填减沉法” 。

岩层移动模拟研究中加载问题的探讨

基于岩层控制关键层理论 ,通过相似材料模拟实验及 UDEC与 FLAC数值模拟计算 ,对岩层移动模拟研究中将部分岩层省略 ,而代之以均布载荷作用在模型上部边界的作法所存在的问题及应遵循的原则进行了研究 .结果表明 ,当简化为均布载荷的岩层中包含关键层时 ,将引起岩层载荷分布特征的改变 ,从而导致岩层破断距模拟结果的失真 ;只有主关键层上部的岩层可以简化为均布载荷 ,包含关键层时不能简化为均布载荷 ,其等值载荷与被省略岩体中关键层的位置及其破断特征有关 .

金属矿山崩落采矿法引起的岩层移动规律分析

以典型陡倾结构面条件下的金属矿山——程潮铁矿西区为例,通过对矿区的地表变形监测资料及宏观破坏特征分析,认为矿区的岩层移动分为2个阶段,第1阶段为采空区顶板岩体破坏扩展至地表引起塌陷阶段;第2阶段为采空区周边围岩向采空区的倾倒破坏阶段,并得出了倾倒滑移区的地表岩体变形规律:岩体主要发生水平移动,水平移动值大于沉降值;变形先以缓慢变形为主,然后进入一个快速变形阶段,存在明显的转折点;开采沉陷和地形引起的应力同向叠加作用,使得地表岩体沿下坡方向的变形值增大,特别是水平移动值。同时揭示了矿区岩层移动角的分布特征;南部岩层移动角大于北部,究其原因是北部受最为发育的NNW、NNE结构面影响,倾倒破坏较为严重。所得成果为其他类似的金属矿山工程提供可借鉴的规律。

基于岩层移动的“煤与煤层气共采”技术研究

研究了岩层移动对煤层气卸压运移的影响,结果证明,覆岩关键层的破断运动对邻近层煤层气涌出的动态过程起控制作用;覆岩主关键层位置将决定下保护层可能的最大卸压高度.

矸石变形非线性及其对岩层移动的影响

采用数值模拟方法研究了矸石充填体变形非线性特征对岩层移动的影响,比较了双屈服模型和弹性模型在开采沉陷动、静态规律以及覆岩破坏等方面模拟结果的差异.研究结果表明:在达到充分采动后,采用弹性模型和双屈服模型模拟地表沉陷基本一致;在非充分采动模拟过程中,采用弹性模型和双屈服模型在模拟地表移动与变形极值、下沉速度、移动盆地特征等方面均存在较大的差异.

光测方法在岩层移动相似模拟实验中的应用

以淮南潘一矿11-2槽煤层2171(1)工作面为工程背景,进行了深部开采情况下上覆岩层的移动和地表沉陷相似材料模型实验.将非接触式的光学测量技术数字散斑相关方法引入到该实验中来,对该方法应用于相似材料模型实验的精度进行了分析,通过计算得到了不同推进度下的上覆岩层移动的全场等高线云图,分析了上覆岩层的移动规律.结果表明,数字散斑相关方法不仅克服了传统机械点测量方法的某些缺点,同时具有较高的精度,可用于相似材料的模型实验.

程潮铁矿东区地下采矿引起地表沉降和岩层移动初探

以大量的现场实测资料为基础,分析了程潮铁矿东区地下采矿引起的地表沉降和岩层移动规律。东区现有地表下沉属于不连续下沉,岩层破坏主要是缓慢型破坏。当矿体开采深度与回采累计垂直高度的比值大于17时,岩层移动不会波及到地表;当矿体开采深度与回采累计垂直高度的比值小于17时,分三种情形考虑。

BOTDA在岩层移动相似材料模拟试验中的应用

为了研究岩层移动变形相似材料模拟试验过程,采用布里渊光时域分析技术(BOTDA)对相似材料模拟试验进行分布式应变测量,在3 m平面应力模型内埋设2根传感光纤,对应位置布置百分表5个,对比分析岩层移动变形过程中的布里渊频移变化。试验结果表明:BOTDA分布式光纤传感技术实现了相似材料模拟试验的分布式应变测量,不仅能很好地测量光纤沿线的岩层垮落情况,而且能够感知和反映某一点处岩层的移动变形特征,为相似材料模拟试验提供了一种全新的测试方法,对相似材料模拟试验测试技术的发展有积极作用。

岩层移动动态过程的离散单元法分析

将上覆岩体视为含有不连续面（如节理等）的层状块体模型，采用离散单元数值模拟方法，研究了岩层内部直至地表的动态移动过程．根据实测资料，得到了上覆岩层从直接顶板直至地表整个范围内的移动动态关系，验证了离散单元法分析的结果．

金属矿开采岩层移动角预测知识库模型及其工程应用

在分析国内外大量充填矿山岩层移动研究成果的基础上,用神经网络建立金属矿充填开采岩层移动角与矿体上下盘围岩性质、地质构造、地下水、开采深度、矿体走向长度、开采厚度及矿体倾角9个影响因素的知识库模型。采用梯度下降法与混沌优化方法相结合,使神经网络知识库模型实现大量样本快速训练的同时,避免陷入局部极小,同时提高了模型计算精度。利用神经网络知识库模型的容错和非线性映射功能,对岩层移动角各影响因素的敏感性进行分析。将知识库模型应用于三山岛金矿新立矿区海下开采岩层移动角预测,分析新立矿区海岸竖井受采动影响的安全范围,并提出保护竖井的安全措施。研究结果表明:矿体上下盘围岩普氏系数是影响岩层移动角的决定因素,地下水和上下盘围岩地质构造是岩层移动角的主要影响因素。