基于SBAS-InSAR的西部开采沉陷超前影响角反演研究

煤矿开采沉陷超前影响角的反演需要动态监测数据,传统观测手段在矿区大范围、长时间序列的动态监测存在劳动强度大、数据量少等问题。以西部鄂尔多斯色连二煤矿12314工作面为例,利用SBAS-InSAR技术解算21景Sentinel-1A数据得到2020年9月至2021年8月该工作面的动态沉陷盆地边界,通过联合工作面回采进度反演超前影响角和边界角,并分析了西部矿区开采沉陷超前影响的特性。得出以下结论:在非充分采动时,超前影响角随着开采范围的增大而减小,由55°减小到44°;当达到充分采动后,超前影响角开始出现了增大的趋势,由44°增大到68°;当地表达到稳沉后,此时超前影响角等于边界角,稳定在68°。西部矿区超前影响角呈现出不同于常规的变化特性:即达到充分采动后,超前影响角出现增大的变化趋势。经分析认为,与西部矿区弱胶结覆岩前期易崩塌,后期易压实的特性有关;非充分采动时,覆岩垮落发育偏高,空隙存于岩体内部,地表沉陷缓和;当达到充分采动后,存于岩体内部的空隙被快速压实传递到地表,使地表沉陷加速,甚至出现切落式下沉,导致超前影响角增大(即超前影响范围减小)。该研究成果为西部矿区开采地表建(构)筑物等设施的动态保护提供重要的参考意义。

关键层破断对地表移动变形超前影响的机理研究

探讨了地表移动变形超前影响的本质,揭示了关键层破断对地表移动变形超前影响的机理。基于关键层理论进行地表移动变形超前影响机理分析,通过分析神东矿区钻孔内部位移监测记录、物理相似模拟试验成果及综采工作面矿压显现规律、地表沉陷观测记录等,研究关键层破断与超前影响距(角)周期性变化之间的关系。研究结果表明:超前影响距(角)不是一成不变的常量,而是周期性变化的变量;原创性提出超前影响距最大值和最小值之差与工作面周期来压步距大致相等的新观点;实例证明新观点是科学可靠的。为探索实现采场来压与地表移动变形的有机统一提供了新的技术思想。

基于DInSAR沉陷区超前影响角计算修正方法

基于澳大利亚West Cilff煤矿开采期间获取的差分干涉合成孔径雷达(DInSAR)数据,以动态开采过程中超前影响角为例,研究对比实际超前影响距与DInSAR实测超前影响距的偏差,提出采用距离影响系数修正沉陷区DInSAR超前影响角的计算方法,实现直接利用DInSAR获取数据,研究沉陷区变形规律.

亭南煤矿综放工作面巷道超前影响范围研究

为掌握亭南煤矿302综放工作面开采对两巷的超前影响范围和强度,对超前支护方式的合理性进行评价,通过超前支护支架立柱的工作压力监测分析以及工作面巷道变形量观测分析,确定了302综放工作面超前影响范围约为25m,工作面开采对两巷距工作面10m内的巷道影响较大。现场观测巷道整体变形量比较小,最终确认302综放工作面超前支护方式合理。

高强度开采超前影响距与采动程度关系的模拟研究

为了研究浅埋深高强度开采超前影响距与采动程度之间的关系,利用UDEC数值模拟研究了二者之间的关系并结合哈拉沟煤矿测量数据进行了验证。研究结果表明:在浅埋深高强度开采条件下,工作面推进长度刚达到启动距时,超前影响距并不是超前工作面,而是滞后工作面一定距离;随着采动程度的增大,超前影响距逐渐增大并超前于工作面,后减小到一稳定值。

轻放工作面超前采动影响带范围考察确定

轻型综合机械化放顶煤开采试验,是焦作矿区在突出煤层进行采煤工艺改革的尝试。通过对工作面回采期间超前影响带的考察确定,为工作面加强卸压抽放治理瓦斯涌出问题提供依据。

深部回采工作面过断层期间矿压显现规律分析

为了进一步掌握深部冲击地压矿井工作面过断层期间超前压力影响范围,保证工作面顶板安全,采用数值模拟和理论分析相结合的方法研究鲁西南某冲击地压矿井回采过断层的影响,并建立了相对应的模型。结果表明:断层对煤层最大主应力分布影响较大,轨道顺槽巷帮最大主应力随与切眼距离增大而减小,而胶带顺槽巷帮最大主应力随与切眼距离增大,与断层距离减小而减小;随与切眼距离增大,与断层距离增大而增大。回采期间,其超前影响距离为85~95m区间,在回采期间应对轨道顺槽超前范围加强监测。

综采工作面巷道超前应力和围岩变形研究

不同开采方法巷道超前应力和围岩变形所体现出的特征有所不同。为研究综采工作面的超前应力和围岩变形特征,以永兴煤矿Z2371工作面为研究对象,采用现场观测的方法进行研究。通过观测的数据可以看出:超前应力的影响距离约60 m,峰值点距综采工作面约在16 m,应力集中系数约2.88;回风巷顶板最大下沉速度18 mm/d,运输巷顶板最大下沉速度12 mm/d;回风巷两帮围岩相对移近的最大速度12 mm/d;运输巷两帮围岩相对移近的最大速度15 mm/d,综采工作面在回采过程中巷道起动变形距离45 m。超前应力影响距离60 m大于巷道起动变形距离45 m,造成这种现象的原因是巷道支护抵抗了超前应力的影响。

可伸缩超前支架在无煤柱工作面中应用

针对店坪煤矿9-204切顶卸压无煤柱工作面在回采过程中,沿空留巷段超前影响区顶板出现下沉、断裂、破碎等现象,采用传统液压单体柱支护时不仅劳动强度大、自动化水平低,而且单体柱容易变形、卸压困难等现象,降低了对顶板支护效果,严重影响着无煤柱工作面安全高效回采。为此,通过技术研究设计了一套可伸缩超前支架,并进行实际应用,解决了传统支护效果差、难度大等技术难题,使顶板下沉量控制在0.12 m以下,取得了显著应用成效。

综放工作面回采对临近巷道的影响

通过理论分析及现场实测等方法,研究了18101综放工作面在回采期间对相邻辅运顺槽的影响,为工作面设计及巷道支护提供理论依据。在对18101工作面未做补强支护的情况下,相邻巷道滞后工作面130~190 m范围内为工作面滞后压力影响较大范围,滞后工作面190 m以外为稳定区域。

综放工作面顶板精准预裂与村庄保护煤柱留设尺寸研究

为探究常村煤矿村庄保护煤柱合理留设尺寸与切顶卸压对地表起到的保护作用,利用UDEC数值模拟软件验证不同煤柱留设方案的可行性,通过采动对地表造成的超前影响范围来看,认为将村庄保护煤柱从200 m减小至180 m,并配合切顶卸压措施实现顶板精准致裂后,可将地表沉降量控制在合理范围之内。该研究可为其他类似矿井提供借鉴。

钱营孜煤矿首采面应力分布特征的数值模拟

为了分析综采工作面超前支承压力的分布特征,以及塑性区、围岩位移分布规律和采动影响下煤层底板的破坏规律,应用UDEC软件对钱营孜煤矿3212综采工作面进行了数值模拟对比分析.结果表明工作面推进190 m,前方支承压力基本维持不变,应力集中系数为2.4左右,超前影响范围为35 m左右,底板岩层破坏的程度和深度在几个开采周期中保持一致.这些结果与现场矿山压力观测结果基本吻合,为巷道超前支护、加强支护提供了理论与技术依据,也可以为相似条件下工作面的安全开采及支护提供借鉴.

动态开采过程中河堤内部水平移动规律研究

文章利用sv30测斜仪获取了河堤内部水平移动值,通过分析得到了该地质采矿条件下的水平移动稳定距、稳定角以及超前影响距、超前影响角,用理论方法确定了不同深度开采地表水平移动曲线,得到了正错动区宽度与距地表深度之间的拟合关系式,实测规律与理论规律一致,并将该拟合关系式应用到河堤实际治理中,实践效果证明了该治理方案的正确性。

时序DInSAR技术提取下沉盆地的角量值

文章以大柳塔52304工作面为实验区,利用X波段、高分辨率、短重访周期的TerraSAR-X影像数据,进行时间序列的合成孔径雷达差分干涉测量(DInSAR)处理,获取了工作面采动过程中下沉盆地的形变信息。利用ENVI提取下沉值大于等于10mm的下沉盆地,并用伪彩色显示,叠加工作面图,结合工作面回采的进度表,提取了不同阶段下沉盆地的超前影响角、边界角等参数,对比实地观测参数。实验结果表明,可以利用高分辨率影像的DInSAR技术监测下沉盆地边缘及提取边界角。

综放工作面回采巷道围岩变形阶段确定方法

为分析综放工作面前方巷道变形特征,以河林煤矿j7401综放工作面为研究对象,采用理论分析和现场实测方法进行深入研究。根据超前支承压力的分布曲线,定义了工作面前方巷道的3个变形阶段,分别为急速变形阶段、减速变形阶段和稳定变形阶段。急速变形阶段和减速变形阶段的分界点是超前支承压力和原岩应力的交点,减速变形阶段和稳定变形阶段的分界点是超前支承压力的峰值点。对j7401工作面开采过程中的超前支承压力和巷道变形分别进行观测,并采用最小二乘拟合方法分析整理观测数据。根据超前支承压力观测数据对巷道围岩变形阶段进行划分,急速变形阶段和减速变形阶段的分界点位于工作面前方8.1m,减速变形阶段和稳定变形阶段的分界点是工作面前方19.8m。根据巷道变形观测数据划分变形阶段,急速变形阶段和减速变形阶段的分界点位于工作面前方8.9m,减速变形阶段和稳定变形阶段的分界点是工作面前方20.1m。该划分方法的两个误差分别为0.8m和0.3m,证明根据超前支承压力划分巷道围岩变形阶段的方法可行,精度较高。

与位置有关正态时间函数模型构建及参数

动态预计为煤炭开采过程中工作面上方的建构筑物保护提供依据,时间函数作为动态预计的核心尤为重要。传统时间函数研究对象为单点,对开采过程中时间参数随位置变化规律研究不足。基于正态分布时间函数具有较好的时空完备性,通过引入超前影响距L1和最大下沉速度滞后距L2,在优化后的正态时间函数基础上建立了与位置x有关的时间函数模型并给出了参数开始移动时间tp和移动持续时间tc的计算公式。结合某工作面走向点实测数据,运用最小二乘拟合法探究了形态参数c随位置x的变化规律,并选取不同地质条件下的工作面验证规律可靠性。研究结果表明:形态参数c在模型范围内分为两段,第1段表现为减函数,第2段为稳定值,分界点为超前影响距与充分采动距之和。拟合参数代入模型后,将观测点预测值与实测值比较,预测相对中误差保持在5%~9%;在较软弱地质条件下的另一工作面,预测相对中误差保持在1%~5%。正态时间函数单点精度优于或等于传统的Knothe时间函数、双参数Knothe时间函数、Logistic函数,且模型整体精度稳定,精度能够满足实际预测需要。通过处理工作面实测数据,将预测值与实测值对比,其相对中误差在合理范围内,证实了模型的可靠性。因此正态分布时间函数模型可为矿区地表沉陷精确动态预计服务。

葫芦素煤矿首采工作面地表移动观测技术及规律研究

为了研究厚层风积沙出露地表的煤矿沉陷规律,以葫芦素煤矿为例,利用RTK技术,联合其他观测仪器,进行现场地表移动观测,获得了地表移动相关参数,为有效解决地表建(构)筑物压煤问题、指导矿井安全生产、丰富该区域的覆岩移动变形规律,提供了可靠依据。

翟镇煤矿1401E回采巷道矿压监测及数据分析

翟镇煤矿为了揭示、总结在工作面推进过程中,前方煤壁内的应力分布规律,以及由此造成的回采巷道变形情况,特在1401E工作面巷道中建立了矿压监测站。通过分析监测数据,得出了工作面前方煤体垂直应力产生较大集中区域、应力集中系数及超前影响范围,为巷道的合理布置、维护提供了可靠依据,减少了巷道维修费用,具有很好的推广应用价值。

矿区地表沉陷的D-InSAR监测方法

基于两景ALOS PALSAR影像,利用D-In SAR技术,获取了2007-12-10—2008-01-25时段某矿区的地表沉降形变场。然后采用D-In SAR监测值,提取该回采时期矿区工作面超前影响角,并与实测数据求取值进行对比,结果表明利用D-In SAR技术求取工作面超前影响角是可行的。利用基于模拟退火算法(SA)的概率积分参数反演方法,求取了矿区工作面非充分采动下的概率积分参数。求参结果表明,利用基于SA的概率积分参数求取方法进行矿区概率积分参数求取是可行的。研究成果对矿山开采沉陷D-In SAR监测具有重要参考价值。

极近距离煤层重复采动矿压显现规律

为深入研究极近距离煤层重复采动矿压显现规律,以六家煤矿SⅡN26-7工作面为研究对象,采用数值模拟、相似材料模拟试验和现场监测的方法,对围岩应力、覆岩运动规律、工作面超前采动影响范围进行分析.研究结果表明:在上部6-6煤层开采的影响下,SⅡN26-7工作面超前支承压力峰值降低了7 MPa;顶板初次垮落步距和周期来压步距与开采6-6煤层相比减小了13.5 m和7.3 m,应力峰值距煤壁距离减小了4 m,应力集中系数降低了0.5;工作面超前采动影响范围为35 m;极近距离煤层重复采动,工作面超前支承压力、顶板来压步距均有降低,矿压显现强度有所减弱.