浅采空区地表移动规律的模拟研究

利用模拟实验法研究了浅采空区地表的动态和静态移动及变化规律。实验结果表明:当工作面推进到62m时,地表开始发生移动和变形,并随着工作面的推进不断增加,地表动态下沉量不断增加,地表形成了一个移动盆地。开采结束后,地表的静态移动和变形仍在继续,但增量不大,最大增量为440mm。

浅采设计与固废充填相结合的创新应用

在罗河铁矿的开拓工程设计时,为减小回采贫化率,采准工程均布置在-497 m水平,造成下部留有三角矿体损失,通过设计-512 m浅采矿房回收25-9#阶段采场下部压覆的12万t三角矿量,减小贫化;-455 m水平为凿岩、回风水平,基建期间废石均采取利用现场巷道堆存,使得-455 m水平80~90联巷区域巷道被废石占用,通道受阻,严重影响现场通风及人员、设备通行。通过利用25-9#采场切割天井作为废石充填井,将上部-455 m水平70~100联巷,28~33进路区域巷道内堆存的大量废石充填至-512 m浅采空区内。通过创新应用不仅回收了边角矿体,提高了资源回采率,同时也解决了-455 m水平凿岩巷道长期堆存废石无法处理的难题,而且利用固废充填较尾砂胶结充填大大降低了采矿成本。

民采煤窑浅层采空区覆岩应力研究

为了解决城镇居民区下部民采煤窑浅层采空区覆岩应力状态对于地质灾害防治带来的问题,结合采空区物探调查,应用北京网格天地公司深探软件,建立采空区数学模型,选取合理的计算参数,进行数值模拟,对采空区在自重力、不同含水条件下进行分析,结果表明:一般采空区覆岩质地越坚硬,沉降量越小,应力分布越均匀,但当外力超过坚硬岩形变临界值时,坚硬覆岩更易受破坏。

浅埋深大采高工作面矿压显现规律研究

以三道沟煤矿85214工作面为工程背景,对浅埋深大采高工作面矿井的矿压显现规律进行研究,利用理论分析的方法,建立固支梁和悬臂梁模型,确定工作面初次来压步距和周期来压步距分别为104.91和19.90 m。基于覆岩浅埋结构性质,建立短砌体梁和台阶岩梁模型,确定支护阻力分别为5 624和14 461 kN;利用现场试验的方法,对井下支架工作阻力数据实测分析,确定工作面初次来压步距106 m,周期来压步距16.8 m,月平均次数11次,平均支架载荷37.5 MPa,支承压力主要分布于工作面中部区域。研究结果证明了来压步距模型的合理性和有效性,并确定了浅埋深条件下覆岩结构呈现短砌体梁结构和台阶岩梁结构的破断特点,可为矿井生产提供依据。

露天矿台阶爆破扰动下浅埋采空区稳定性研究

为了研究弓长岭露天矿台阶爆破扰动对台阶下方浅埋采空区稳定性的影响;根据弓长岭露天矿真实的工程地质条件和施工方案,基于细观损伤力学理论,采用FLAC3D对台阶爆破扰动下采空区损伤演化过程进行了数值模拟,研究了台阶爆破扰动对露天矿浅埋采空区稳定性的影响。结果表明:施加爆破扰动后,采空区顶板变形量增加,而施加爆破扰动位置距离采空区越近,顶板变形增加量也越大;在距离采空区75 m处施加爆破扰动时,采空区顶板有失稳破坏的风险。

浅埋深大采高工作面矿压规律与影响因素分析

为研究浅埋深大采高工作面矿压规律,分析其主要影响因素,以大柳塔煤矿1-2上煤层开采为背景,结合统计分析、物理模拟、数值计算与工程实践的方法,掌握了工作面初次来压与周期来压的矿压显现规律,揭示了煤层采高、埋深对来压规律的影响。研究表明,来压期间支架工作阻力随采高的增大而增大,动载系数、周期来压步距与采高没有直接的关系。来压期间支架平均工作阻力、动载系数随埋深的增大而增大,周期来压步距与埋深没有直接的关系。1-2上煤层工作面开采的初次来压步距为60 m,平均周期来压步距为12 m,来压期间支架工作阻力一般在6500~8500 k N,少数支架工作阻力会升到9300 kN左右,工作面支护效果良好。

不同季节条件下浅埋煤层采空区地表垂直漏风规律研究

在采动影响下浅埋煤层综放工作面上覆岩层垮落形成与地表贯通的裂隙,这些裂隙导致的地表垂直漏风对采空区煤自燃有重要影响。为研究不同季节条件下浅埋煤层采空区地表垂直漏风规律,分别在冬、春、夏、秋4个季节利用SF_(6)气体示踪法对陕西陕煤曹家滩矿业有限公司122108工作面进行地表垂直漏风测定,分析了不同季节地表和井下采空区的温度、大气压强及漏风速率变化规律。结果表明:①冬季工作面地表和井下采空区之间的温差相对较大,最大温差可达37.7℃,夏季工作面地表和井下采空区之间的温差相对较小,最小温差仅为0.9℃;冬季工作面地表和井下采空区之间的最大气压差达40.37hPa,夏季工作面地表和井下采空区之间的最大气压差为22.47hPa;春季和秋季工作面地表和井下采空区之间的温差、气压差则相差不大。②冬季漏风速率相对较大,平均最大漏风速率达8.364m/min;夏季漏风速率相对较小,平均最大漏风速率为6.918m/min;春季与秋季的漏风速率相差不大。③距工作面较近时,漏风速率较大。根据地表垂直漏风规律,可采取井下均压、进回风隅角封堵及地表裂隙覆盖等措施,以保证122108工作面安全开采。

浅埋深超大采高综放工作面矿压显现规律研究

本文围绕浅埋深超大采高综放工作面的矿压显现规律从多角度展开探究。首先,对工作面煤层顶底板的特征以及设备的选型与配套进行概述;其次,设计了矿压监测方案,包括矿压监测设备的布置、选择以及观测要求;最后,阐述了工作面的矿压显示规律,并着重表述了工作面顶板控制岩层、工作面支架工作阻力的确定以及矿压监测数据分析的重要性。

浅埋采空区对路基稳定性影响的数值模拟

为分析浅埋采空区对路基稳定性的影响,针对某新建公路穿越浅埋采空区的实际情况,采用FLAC3D建立三维模型进行了数值模拟,得出了浅埋采空区影响下公路路基的沉降规律,探讨了浅埋采空区对道路行车安全的影响,并在此基础上进一步分析了交通荷载、地下水与采空区耦合作用对路基稳定性的影响。研究结果表明,该采空区的移动和变形仍未结束,受浅埋采空区的影响,地表将出现不均匀的沉降和横向、纵向裂缝以及道路中心线的偏移,进而在公路路面形成塌陷坑,对路基稳定性造成较大威胁;当采深较浅时,交通荷载、地下水渗流作用会导致采空区活化,进一步增加路基沉降,宜采取注浆措施进行加固。

北京地区浅层采空区高密度电法探测应用分析

高密度电法已广泛应用于煤层采空区探测之中,采空区充填性质的不同造成其在高密度电法数据剖面中的表现特征也不相同。本文主要介绍运用高密度电法进行浅层小煤窑采空区探测的一些经验和案例。采用高密度电法中的温纳装置对门头沟地区未充填、部分充填的小煤窑巷道和石景山区富水充填的小煤窑采空区的探测,取得了很好的效果。探测结果显示,未充填和部分充填的小煤窑巷道表现为高视电阻率异常,位置与测线周边发现的小煤窑窑口位置相对应。而富水充填的小煤窑采空区表现为低视电阻率异常,经钻探验证,采空区内充填有富含水的粉末状的煤灰,含坑木。需注意在山区进行高密度电法测试时,台阶状的地形对高密度电法测试的干扰影响较大,以温纳装置为例,测试数据在台阶地形处表现为高低阻相邻的八字形干扰,且电极距越小,干扰越明显。

浅埋深大采高工作面矿压显现规律及煤壁稳定性研究

浅埋深大采高工作面存在支架载荷大、煤壁偏帮严重等问题,文章通过分析上湾矿浅埋深大采高工作面液压支架的实际工况,预测了浅埋深条件下老顶形成的结构。应用数值模拟和理论分析的手段,着重分析了浅埋深大采高综采工作面的矿压显现特征、大采高工作面片帮机理,并提出防片帮措施。

大采高浅埋深开采地表裂缝成因分析研究

为了掌握大采高浅埋深开采地表裂缝发育规律,以超化煤矿22001工作面为研究对象,通过现场监测和理论分析,获取地表裂缝分布特征及变形参数,分析了地表非连续变形的形成原因。结果表明:动态裂缝超前距为38.5 m,发育周期19 d;裂缝最终呈现密度大、宽度小、无台阶型发育、压缩变形区域小、裂缝角偏小的特征。上覆岩层中关键层的破断是地表裂缝产生的根本原因,因覆岩岩性较软,松散层较厚,应力在传递过程中受到削弱,进而降低了台阶裂缝发育的可能性;黄土层抗拉能力弱,故地表形成了密集分布、无台阶发育的裂缝特征。

浅层采空区塌陷危险性评价方法研究

鉴于浅层采空区的复杂性、不确定性,目前缺乏针对浅层采空区塌陷危险性的有效评价方法。在对浅层采空区详尽客观调查探测基础上,提出了基于层次分析法的模糊综合评判定量评价方法评价采空塌陷危险性。首先,在研究区工程地质条件、采空区塌陷机理和塌陷影响因素分析基础上建立采空塌陷评价因子体系及标准;其次,针对离散型和连续型变量因子的不同,分别采用专家评定法和适宜的隶属度函数模型构建隶属度评价矩阵,同时采用层次分析法中的特征向量法确定因子权重;最后,通过权重矩阵和隶属度矩阵的合成运算得到评价结果向量,按贴近度原则确定危险性等级。研究结果表明,模糊综合评判方法在评价浅层采空区塌陷危险性方面是可行并有效的。

综合物探在京西浅层小煤窑采空区探测中的应用效果及问题探讨

本文概述了京西浅层小煤窑采空区的分布情况和现状,指出京西门头沟发展规划过程中小煤窑探测的必要性,从分析小煤窑采空区的地球物理场特征入手,研究了不同物探方法在小煤窑采空区探测中的适宜性。通过圈门的工程实例展示了高密度电法、瞬变电磁法及多道面波法的应用效果,总结了不同物探方法的优缺点,证明了工程地质勘察中采用综合物探法取得完整、准确探测结果的必要性和有效性,提出应用中出现的问题并给出了解决的建议,同时强调了物探与钻探综合地质解释的重要性。

浅埋大采高工作面支卸组合沿空留巷技术研究与应用

针对目前沿空留巷技术普遍存在辅助运输量大、巷旁支护初期强度低等问题,研究分析了“支卸组合-泵充混凝土支柱”沿空留巷技术。以三江煤矿109工作面为实例,建立了大采高工作面沿空留巷力学计算模型,采用理论计算手段,确定了留巷巷道超前水力压裂卸压高度和巷旁泵充混凝土支柱支护强度,并应用于工业试验。结果表明,采用水力压裂卸压后,端头支架工作阻力平均降低12%;埋深92m、采高5.24m的综采工作面采用Ф1000mm泵充混凝土支柱,留巷期间最大应力27.9MPa,支柱完好,巷旁支护强度足够;留巷期间巷道最大顶底板移近量83mm,顶底板收缩率2%,顶板最大离层量23mm,整体变形较小。“支卸组合-泵充混凝土支柱”沿空留巷技术在大采高工作面的成功应用,可为类似地质采矿条件矿井的无煤柱开采提供技术借鉴。

浅埋煤层采空区直流电法探测水槽模拟试验研究

浅埋煤层采空区因其埋藏浅,易造成地表塌陷,给人们生产和生活带来严重影响。直流电法探测是查明其分布状况的有效手段,浅埋煤层采空区直流电法探测电性响应特征研究可有效指导野外生产并提高探测精度。以直流电法的探测理论为基础,以水槽模拟为研究手段,选用不同介质模拟充气高阻浅埋煤层采空区和积水低阻浅埋煤层采空区,根据相似准则建立了浅埋煤层采空区的地电模型,通过水槽模拟研究了直流电法温纳装置、施伦贝谢装置和单边三极装置下浅埋煤层采空区的地电场响应,通过不同图件对比分析了高阻、低阻采空区在直流电法3种不同装置上的响应特征。水槽模拟试验结果表明:浅埋煤层采空区在直流电法不同装置上均有明显的电性差异,四极测深和三极测深均能较好地反映出高、低阻采空异常体在平面上的位置;温纳装置对高、低阻采空区反应都较好,且垂向分辨率较高;施伦贝谢装置随探测深度加大分辨率会降低;单边三极装置对采空异常反应最为灵敏,但异常位置稍有偏差。

京西浅层采空区稳定性对工程建设的影响

选取京西门头沟地区横岭场地的两个典型地质剖面,利用FLAC3D数值软件,模拟分析了开挖松动、充水饱和以及地面建设加载等因素作用下,浅层采空区稳定性及与工程建设的相互影响。结果表明,浅层采空区必须防止巷道充水,否则工程建设加载会加快巷道的坍塌,从而也将影响地面工程建设的进行。对于双层采空区,将会出现叠加效应。

纳米瞬变电磁法在煤矿浅层采空区探测中的应用

综合地面物探瞬变电磁法的应用发展技术,根据探测区的地球物理特征电性差异,运用GDP-32Ⅱ多功能电法仪,以纳米瞬变电磁法探测某煤矿浅层采空区为例,通过对实测资料的处理及拟视电阻率断面图、平面等值线图的综合分析,准确地探测出了该区域采空区的分布位置,说明应用GDP-32Ⅱ多功能电法仪以纳米瞬变电磁法探测煤矿浅层采空区是可行的。

分布式高密度电法探测浅埋深采空区试验研究

通过在鄂尔多斯范家村煤矿已知采空区采用分布式高密度电阻率法进行装置形式、电压等参数试验,并对相应剖面曲线、典型剖面、立体切片等进行了电性响应特征分析,系统分析最佳试验参数和采空区识别特征,用于探测、识别未知采空区。结果表明:通过分布式高密度电阻率法优化试验,并对相应的曲线、二维剖面、三维切片等响应规律分析,形成浅埋深采空区高密度电阻率法精细探测体系,且验证效果较好。

浅埋采空区瞬变电磁法响应特征试验研究

为了查明浅埋深采空区的瞬变电磁法响应特征,在鄂尔多斯矿区选取有代表性的已知浅埋深采空区,进行不同线框尺寸、发射电流、发射频率、增益等参数条件下单支曲线电磁响应特征的分析,并在典型剖面中进行已知采空区与正常煤层视电阻率对比,总结浅埋深采空区的判识标志。研究结果表明:对埋深小于150 m的采空区,选择发射线框不宜大于180 m、发射电流宜大于12 A、频率不宜小于25 Hz、24～26左右增益的参数组合,采集的试验数据信噪比高。将参数优化结果应用到实际探测中,采空区附近测点归一化电位曲线与正常岩层相比有明显差异,采空区附近测点归一化电位衰减更快,表现在视电阻率断面图上,采空区边界误差不超过10 m,可实现浅埋深采空区精细探测。