黄土覆盖区采动地表裂缝对土壤水分扰动影响的模拟试验研究

[目的]探究黄土覆盖区煤矿开采沉陷变形造成的地表裂缝对土壤水分变化的扰动效应,为采煤沉陷区土壤水分变化规律研究提供数据支撑。[方法]以典型黄土覆盖区的采煤沉陷区为模型,使用自主研制的开采沉陷地表裂缝模拟装置进行物理模拟试验,并在裂缝周围布设水分传感器,分析地表裂缝引起的土壤水分变化特征。利用Hydrus软件构建水文模型,结合物理模拟试验结果对数值计算模型进行优化。采用控制变量法,利用优化后的模型计算在不同裂缝形状、地形以及初始含水量条件下裂缝周围土壤含水量与非变形区土壤含水量差值。[结果]裂缝宽度主要影响土壤水分散失量的最大值,而裂缝深度主要影响散失量最大值出现的位置;裂缝对上坡方向和下坡方向影响规律存在差异,且坡度越大,差异越明显;土壤初始含水量越小,裂缝对土壤水分扰动程度越小;当初始含水量低于20%时,地表裂缝对土壤水分的影响范围不超过15 cm。[结论]在相同边界条件下,土壤水分模拟试验结果与物理试验数据变化规律呈现一致性,利用优化后的数值计算模型可以定量地分析黄土覆盖区土壤水分对采动地表裂缝的响应特征。

采动地表裂缝形成机理的数值模拟

为研究采动地表裂缝的形成机理和采动地表裂缝影响下地表移动变形分布特征.采用有限差分数值模拟软件进行模拟分析.研究表明:工作面开采后,采空区上覆岩层以梁或板的形式沿层理面法线方向移动、弯曲,当移动变形传至地表,使地表拉伸及曲率变形超过土体抗拉强度时便产生裂缝;采动地表裂缝影响下,裂缝远离采空区一盘地表移动变形值均减小,最大变形位于裂缝位置,裂缝具有集中变形特征和阻断变形传播的屏障作用.研究成果对矿区地表建(构)筑物保护、地表裂缝治理具有一定参考价值.

高密度电法探测西部矿区采动地表裂缝深度试验

采动地表裂缝发育深度是决定实现压煤保水开采可行性和安全性的重要因素之一。文中以西部矿区东胜煤田某矿井3105工作面采动地表裂缝为对象,现场试验研究了高密度电法温纳装置与斯伦贝格装置、不同电极距的探测效果。试验结果表明:在地表为砂质粘性土层时、接地条件较差,温纳装置比斯伦贝格装置采集的原始数据信噪比高;高密度电法电极距应选择1 m或小于1 m,才能达到探测采动地表裂缝深度的目的。

采动地表大型厂房建设的决策研究

本文以本溪重型汽车厂为例,阐述采动地表(已采或正在开采的矿区的地表)大型厂房建设的决策研究。 本溪重型汽车制造厂位于本溪市太子河西侧,1950年建成,建有铸铁、铸钢、热处理、加工、液压、齿轮、锻造、铆焊、装配、工具、动力车间等厂房。它以生产68t矿用自卸汽车,各种吨位的两侧自卸汽车、三向倾卸汽车和后倾卸汽车,以及JG250型混凝土搅拌机为主。其中68t矿用自卸汽车扩建工程,曾作为国家六五和七五的重点建设工程,新建铆焊车间厂房为扩建工程的关键单项。

浅析丘陵山区采动地表变形影响因素与责任划分

21世纪初以来,随着矿业的迅猛发展,采动地表变形问题已成为社会严重的不稳定因素,特别是我国南方地区,地下矿山大多位于丘陵山区,其地表建构筑物较为分散,如何处理好这一突出问题,已是当前摆在行政主管部门面前的一项技术难题,只有科学、准确地判定影响因素、划分责任,才能确保政府部门依法行政和当地社会稳定。本文针对丘陵山区采动地表变形情况,进行深入分析和探讨,确立了自然和人为主要影响因素与责任划分原则,对科学、准确地进行影响因素和责任划分工作具有重要的指导意义。

重复采动地表沉陷和生态环境治理分析

本文首先简要分析了重复采动地表沉陷规律,进而分别从应用信息化手段、搭建综合治理技术体系两个方面分析如何有效应对矿区重复 采动地表沉陷对生态环境造成的破坏。

采动地表与输电线塔大板基础协同变形规律研究

为保障矿区输电线塔在采动影响下安全运行,通过理论分析和数值模拟探究采动地表与输电线塔大板基础协同变形规律。以某工作面上覆输电线塔大板基础为研究对象,基于基础的破坏形式,建立了大板基础力学模型,结合概率积分法推导得出地表与拉伸区、压缩区及中性区基础的协同变形关系式。理论分析表明:采动基础变形的关键参数有基础弹性模量(E_(j))、土体泊松比(μ)、基础根开(b_(t))、土体弹性模量(E)、电塔自重(P)和基础截面惯性矩(I_(y));基础水平变形ε_(j)与E_(j)和μ呈负相关,与地表水平变形ε、b_(t)和E呈正相关;基础倾斜变形i_(j)与地表倾斜变形i、P和b_(t)呈正相关,与E_(j)和I_(y)呈负相关。数值模拟表明:拉伸区基础水平变形>压缩区基础水平变形>中性区基础水平变形。

采动地表土体沉陷对桥梁桩基影响试验研究

因地下煤层开采引发的地表土体沉陷,对其上方公路或铁路桥梁桩基产生严重危害,甚至引发整个桥梁失稳破坏。基于采动引发的地表沉陷规律和地表沉陷预计概率积分法原理,研制了一套模拟地表沉陷土体桩基载荷试验系统。采用该系统对位于地表不同沉陷位置的4根模型桩开展了试验研究;试验实测了桩身轴力、桩侧摩阻力及桩–土相对位移在地表沉陷过程中的变化;试验实测地表沉降量和概率积分法计算值二者吻合较好,证明了该试验系统模拟地表沉陷的可靠性;试验发现4根试验模型桩桩身轴力和桩侧摩阻力的变化均与所在的地表沉陷曲率变化相关,地表沉陷曲率变化越大,则桩身轴力和桩侧摩阻力变化就越大;桩–土相对位移分析表明,地表沉陷曲率越大,则桩–土相对位移越大,且可能产生桩侧负摩阻力,加剧桩体下沉,引发上部桥梁结构产生不均匀沉降,甚至破坏。研究结果对于采动区桥梁桩基的保护与加固具有重要参考价值。

关于采动地表灾害预测及防治对策研究

矿区内现状下主要存在崩塌、采空地面塌陷、地裂缝地质灾害。本文通过结合预测结果及矿区内已发生的地质灾害情况,预测出下一年的崩塌、滑坡、采空地面塌陷、地裂缝地质灾害易发区,并对矿井地表水水害进行了预测和评价,与此同时针对各灾种对晋牛煤矿矿井安全生产的危险性大小,提出了相应的防治措施及建议,为矿井的安全生产提供参考。

地表岩移观测在店坪煤矿地表采动影响中的应用

岩层移动与地表沉降对于煤矿地表采动具有直接影响,在掌握研究对象具体信息的基础上,围绕移动观测站设计目的与沉降监测技术依据进行分析,探讨了如何选取和建立控制点与监测点,明确移动观测的内容后对地表调查结果进行总结,分析了地表岩移观测应用于店坪煤矿的社会和经济效益。

浅埋近距煤层开采覆岩与地表裂缝发育规律及控制

我国西部神府东胜煤田主要赋存浅埋近距煤层,煤层埋藏浅,覆岩上部厚松散层大范围分布,近距煤层开采导致覆岩与地表裂缝发育严重,加剧了原本脆弱的生态环境进一步恶化。为探究浅埋近距煤层开采覆岩与地表采动裂缝发育规律,掌握其控制方法,以柠条塔煤矿1-2煤层和2-2煤层开采为背景,结合实测统计分析、物理模拟和分形理论,掌握浅埋顶部单一煤层开采和重复采动下覆岩与地表裂缝发育特征,揭示煤柱布置对裂缝发育的控制作用。研究表明,煤层开采导致的地表裂缝可分为平行于工作面的动态裂缝和工作面开采边界地表裂缝(切眼边界侧地表裂缝和区段煤柱侧地表裂缝),动态裂缝在开采后能够实现自修复,工作面开采边界的地表裂缝不能自修复。下煤层开采区段煤柱侧覆岩与地表采动裂缝发育严重,其与区段煤柱错距密切相关。1^(-2)煤层开采后,基岩垮落角为60°,土层垮落角为65°,边界煤柱侧地表裂缝的宽度为0.26 m。下部2^(-2)煤层开采,煤柱叠置、错距20、40 m时,区段煤柱侧覆岩采动裂缝宽度分别为0.81、0.45和0.22 m,地表裂缝宽度分别为0.65、0.30和0.12 m。通过确定合理煤柱布置方式,能够有效控制覆岩和地表采动裂缝的发育程度,据此确定柠条塔煤矿1^(-2)煤层和2^(-2)煤层开采的合理煤柱错距应大于40 m。

采动区铁路桥的可靠性研究

根据煤矿采动区地表沉陷变形规律,建立合理的数值计算模型,研究地下开采引起的地表移动变形对原设计的桥体结构和地基产生的附加内力和附加变形规律,分析桥体在受采动影响后结构和地基的可靠性,研究有效的加固改造方案,确保在采动引起的地表不均匀、大幅度沉陷过程中桥体的安全可靠.

基于遗传算法改进BP网络的地表沉陷预计

本文采用遗传学习算法和误差反向传播算法相结合的混合算法来训练前馈人工神经网络,即先用遗传学习算法进行全局训练,再用BP算法进行精确训练,使网络收敛速度加快和避免局部极小。作为实例,将该方法应用于地表沉陷预计问题中。建立了采动地表沉陷的神经网络预计模型,利用矿区大量的地表沉陷实际观测数据样本对该神经网络进行训练和学习,并用该网络对几组数据进行采动地表沉陷预计。结果表明,该神经网络预计模型具有收敛速度快、预测精度高的优点,为采动地表沉陷预计提供了实用的方法。

地表倾斜变形对高压线铁塔的影响研究

以采动影响下高压线铁塔为原型,采用数值模拟方法对地表倾斜变形与铁塔内力和变形特征关系进行了研究,分析了不同地表倾斜变形情况下高压线铁塔内力、位移和基础支座反力和临界地表倾斜值.结果表明:随着地表倾斜值的增加,高压线铁塔杆件的轴向压应力及拉应力最大值均呈二次方关系增加,高压线塔倾斜度及横担歪斜度呈线性关系增加.当采动引起的地表倾斜变形超过安全临界倾斜变形值时,铁塔杆件最大轴向应力超过其许用应力,处于不安全状态;高压线铁塔基础支座反力呈显非线性变化.这些研究为采动区高压线铁塔的安全性分析与评价提供了理论依据.

厚松散层条件下地表采动裂缝宽度的计算方法

地表采动裂缝是地下煤层开采引起地表采动损害的一种显现形式。限于研究手段和方法,目前对地表采动裂缝宽度的定量计算鲜有研究。基于实测资料,根据几何学原理推导了地表采动裂缝宽度的计算公式。与实测对比验证表明,该式计算结果与实测基本吻合。为煤矿区土地复垦工程量计算和土地损害程度提供了判断方法。