厚黄土层深部开采覆岩和地表移动规律研究

为了揭示黄土层深部开采条件覆岩和地表移动规律,基于孟村矿401101工作面开采地质条件,采用地表实测和数值模拟相结合的方法,分析了煤层开采过程中地表移动盆地的分布和变化特征,计算确定了下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形最大值;揭示了厚黄土层深部开采地表沉降量小、移动变形集中、地表移动前期具有突发性沉陷特点,确定了地表活跃阶段下沉量占沉陷总量的66.8%;确定了该矿地表移动角量参数和概率积分预计参数;研究了采动覆岩的位移和应力变化规律。研究成果可为该采区后续工作面和类似采矿条件矿井的开采规划设计和采动损害控制提供有益参考。

软塑黄土层对浅埋黄土超大断面隧道围岩变形的影响

为解决在建西延高铁洛川隧道长大距离穿软塑黄土层施工中存在的问题,进行围岩变形数值模拟分析,建立三台阶预留核心土法施工模型,软塑黄土层分布在拱顶、边墙、拱底时,不同层厚(1、3、5 m)对拱顶下沉及拱腰收敛变形产生影响,结合监控量测数据提出合理的变形控制措施。研究结果表明:(1)对软塑黄土层不同分布以及不同厚度工况下围岩位移进行对比,发现软塑黄土层的存在增大了围岩位移,软塑黄土层分布较其厚度影响更明显,当软塑黄土层位于隧道拱顶上方且厚度为5 m时,影响最大。(2)浅埋软塑黄土隧道在超前管棚作用下,围岩竖向位移与水平位移相较于无管棚超前支护时位移减小,在穿软塑黄土层施工时要及时做好防护。(3)拱顶下沉及拱腰收敛随开挖均呈断崖式急剧变形、持续缓慢变形和变形趋于平稳3个阶段。因此,实际施工时应及时开展开挖初期急剧变形阶段的变形控制,并加强围岩监控量测。

巨厚黄土层宽条带开采地表移动规律及参数优化

为了有效地控制地表移动变形以保护地表建筑物,保证煤炭资源的采出率,最大限度地减小开采损害的影响,应用宽条带开采方案,以彬长矿区的采矿地质条件为工程背景,研究厚黄土层下开采的地表移动规律。通过在开采区域地表布设监测点的方法,结合亭南煤矿现场观测实测数据并对其进行理论分析,描述了深部大采深宽条带开采的地表移动规律,给出了彬长矿区地表移动变形的重要参数,主要影响半径为295 m,主要影响范围角正切值为1.93,地表沉陷范围343 m,边界角为58.96°。运用概率积分和威尔逊理论得出该矿区多个条带工作面开采时,煤柱宽度和采出宽度的最佳匹配计算方法,基于协调开采原则得出了合理的条带开采参数。结果表明,将研究得到的地表移动参数应用于生产实践取得了良好效果,所得的地表移动参数对该矿区具有一定的参考价值。

渭北矿区厚黄土层采动变形数值模拟研究

渭北矿区黄土层覆盖厚度占开采深度的30%～70%,采煤沉陷规律具有特殊性。以渭北矿区大佛寺煤矿首采工作面开采为实例,利用FLAC软件分析了基岩开采沉陷引起的黄土层附加应力与变形的基本特征。数值模拟表明,采动黄土层中的附加竖向应力随着深度增加而增大,在地表附近水平向附加应力相对增量远大于竖直方向,地表变形由水平向附加应力所主导,在采空区上方产生体积压缩,在煤柱上方产生体积膨胀,地表土体单元的体积变形与水平变形及竖向变形具有相同的分布特征。本文揭示了采动黄土层变形的特殊机理,为建立厚黄土层矿区开采沉陷变形预计模型奠定了基础。

辛置煤矿间歇开采岩移机理及沉陷规律研究

为了研究巨厚黄土层下间歇开采岩移机理及地表沉陷规律,基于辛置煤矿的地质采矿条件,对条带开采煤柱的稳定性进行了理论分析,得到了倾斜煤层煤柱稳定性的判别函数;采用UDEC数值分析方法反演了百亩沟村庄下前期条带开采覆岩及地表沉陷特征,揭示了岩层移动的机理,获取了研究区域主断面的地表沉陷值。隔离煤柱回收后,依据现场实测数据,分析了间歇开采地表动态和静态地表沉陷特征,求取了地表移动角值参数和概率积分预计参数。研究结果表明,前期条带开采煤柱能够形成稳定的核区,煤柱安全系数为2.34,关键层不破断,地表最大下沉217 mm,最大水平拉伸变形为0.41 mm/m,小于窑洞的Ⅰ级抗拉伸水平变形的临界值。间隔煤柱回采后,地表移动初始期和活跃期偏短累计219 d,最大下沉点下沉量与下沉时间服从负指数函数关系;地表终态最大下沉1 537 mm,水平拉伸变形为3.98 mm/m,地表建(构)筑物所受的采动损坏程度超过了Ⅱ级。间歇开采后地表沉陷下沉系数为0.74,开采影响传播角系数为0.6。

厚黄土区大采高一次采全高地表移动变形规律

厚松散层下大采高一次采全高工作面开采强度大,回采率高,地表沉陷变形和岩移参数有其自身特点和规律。为研究大采高工作面地表移动变形规律,在王庄煤矿8101工作面上方设置了地表移动观测站。通过对观测资料的分析研究,揭示了厚黄土覆盖区、厚煤层一次采全高条件下地表沉陷变形特征,获得了该地质采矿条件下地表岩移预计参数和各种角值参数,分析了地表裂缝的发育、分布特征、裂缝宽度和深度等规律。与综放开采条件下的观测成果相比,大采高一次采全高工作面地表移动变形更加剧烈,沉陷过程在空间上和时间上更加集中,对地面建构筑物的影响更为显著。

基于数值模拟的厚黄土煤炭开采区冒裂带高度研究

陕北黄土高原煤矿区覆盖着厚黄土层且水资源短缺,为了指导其安全生产和水资源保护,以黄陵二号矿为例,应用多种方法研究冒裂带发育高度,以期得出较优的预测方法,并得出黄陵矿区适合的裂采比.研究主要利用有限差分软件(FLAC3D)进行数值模拟,由于厚黄土自重影响基岩开采沉陷,计算中使用了厚黄土有效载荷对应的等效开采宽度.研究还应用了经验公式计算法和实际钻探测量法,对比实际钻探测量数据,数值模拟结果与其较为一致,而经验公式计算结果则小得多.因此在黄陵厚黄土层煤矿区,经验公式并不适用,而数值模拟则较为准确.通过综合分析计算结果,得出黄陵二号矿适合的裂采比为28,并应用裂采比对黄陵二号矿首采区顶板突水危险性进行了分区预测,为其水害的预防和控制提供了参考.

陕西关中全新世以来黄土塬区土壤侵蚀研究

通过对西安市蓝田县白鹿塬、长安区少陵塬以及宝鸡陵塬的土壤侵蚀调查,得出了关中平原全新世以来塬区土壤侵蚀的一些重要规律。研究表明,塬区土壤侵蚀较弱,侵蚀强弱以土层是否缺失或土层的厚度变化为主要依据。塬区普遍表现出塬边侵蚀强,愈向塬里,侵蚀愈弱,而且进入塬内部,侵蚀以低洼地为强,高平地为弱的规律。强烈的沟谷侵蚀实际是洼地侵蚀的一种演变形式。冷干和温湿气候均会产生土壤侵蚀,且全新世冷干期侵蚀的土层厚度比温湿期大约7倍,但这并不代表温湿气候比冷干气候更有利于黄土高原的发育。

浅埋厚黄土层下综放工作面过沟谷强来压机理分析

通过矿压分析、理论计算深入研究了千树塔煤矿13302工作面过沟谷区域时的冲击来压。研究结果表明:过沟谷强来压常发生在进入沟谷中部和底部阶段。通过建立沟谷下"非对称压力拱"结构力学模型,得出过沟谷时形成稳定压力拱的条件:沟谷允许最大深度与黄土层厚度、周期来压步距、黄土摩擦因数成正比,与压力拱高度和侧压系数成反比;当工作面向沟谷推进过程中,沟谷深度逐渐增加,当超过允许最大深度时,压力拱会突然失稳,沟谷段上覆黄土载荷层给基本顶造成冲击,这是造成浅埋薄基岩厚黄土层下过沟谷冲击来压的主要原因。

六盘山盆地黄土塬区地震采集技术研究

黄土塬地质条件非常复杂,被认为是世界级难题。宁夏南部六盘山盆地属于典型黄土塬地貌的沉积盆地。该区勘探程度低,勘探潜力大,但该区表层沉积了巨厚黄土层、深层不同构造单元差异大,在采集上需克服地表和地下的双重影响。文章分析了该区地质条件以及勘探难点,并结合该区的攻关实际资料和应用的新技术、新方法,总结出一套针对该区的地震采集技术系列,可以指导该区后期地震勘探工作。

西宁地区黄土土层厚度对场地地震动参数的影响

对西宁地区具有不同厚度黄土场地内的黄土土层进行地震动反应分析,得到场地有效峰值加速度随黄土层厚度的增加而产生变化;峰值速度和峰值位移随着黄土层厚度的增加而缓慢减小;随着黄土层厚度的增大,加速度反应谱峰值点向长周期移动,厚层黄土场地具备软弱土场地的某些特性。以上结论可为该地区今后开展地震危险性分析及建筑抗震设防工作提供参考意见。

六盘山盆地黄土塬区地震数据采集技术

宁夏南部六盘山盆地属于典型黄土塬地貌的沉积盆地,该区表层沉积了巨厚黄土层,深层不同构造单元差异大,在地震数据采集上需克服地表和地下的双重影响。分析了该区地质条件以及勘探难点,结合实际资料并应用新技术和新方法,总结出一套针对该区的地震数据采集技术,可以指导该区后期地震勘探工作。

不同类别黄土场地覆盖层厚度对地表加速度反应谱的影响研究

为研究不同类别黄土场地覆盖层厚度对地表加速度反应谱的影响,对收集的近百余个黄土场地实际钻孔资料进行了详细研究,选取和构建了若干个计算剖面,利用一维等效线性化方法计算出不同类别场地(Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类)的地表加速度反应谱,讨论了各类场地覆盖层厚度对地表加速度反应谱的影响,并对不同场地类别的加速度反应谱进行了对比分析。研究表明,黄土地区各类场地的特征周期均明显大于建筑抗震设计规范所给值,不同区域需要深入研究。

彬长矿区“对滑型”黄土滑坡及其形成机制

近年来由于煤炭资源的高强度开采,黄土沟壑区因采煤沉陷引发的沟谷"对滑型"滑坡发育,且滑坡规模大,稳定性差。以李前—白厢滑坡为例,在现场调查的基础上,采用数值模拟分析的方法,探讨了"对滑型"黄土滑坡的形成机制,总结了"对滑型"滑坡的形成条件。研究结果表明:在工作面跨沟回采过程中,上方黄土层指向采空区中心的位移向量与采煤扰动作用下沿坡体倾斜的位移向量产生动态叠加,导致"对滑型"滑坡的发生,且回采后到达一侧的坡体往往早于先到达一侧坡体滑坡;坡向与回采方向相同的一侧,滑坡类型为推移式,坡向与回采方向相反的一侧,滑坡类型为牵引式,且推移式滑坡规模往往大于牵引式滑坡。"对滑型"滑坡的形成需要具备4个主要条件:黄土坡体、沟谷地貌、采矿扰动、降雨催化。

汾渭盆地西北缘巨厚黄土湿陷特性现场试验研究

方便、快速、准确地获取黄土湿陷性参数对我国西部地区重大工程建设中解决湿陷性问题具有重要的意义。以汾渭盆地西北缘具有代表性的彬州新民塬区巨厚层黄土为研究对象,在对5 987组原状试样进行压缩试验的基础上,系统研究黄土物理指标随深度的变化规律及单一指标与湿陷系数相关性。根据湿陷系数与各单物理指标相关性系数的高低,结合指标的类别,选取密度、孔隙率和饱和度3个指标作为黄土湿陷的多物理指标模型的因子,采用线性回归法建立了湿陷系数与3个相对独立物理指标的多元线性预测模型。验证结果表明,所建立模型预测精度较高,可以满足该区域黄土湿陷系数预测及工程应用要求,可为该地区快速准确地评价黄土湿陷特性提供了依据。

井工煤矿开采对坡面形态及侵蚀的影响研究

井工煤矿开采会引起围岩移动、地表形态改变,间接造成坡面侵蚀。基于大佛寺煤矿采采矿条件和土壤侵蚀特点,研究了黄土层厚度对采煤沉陷区不同坡形坡面形态及侵蚀的影响。利用FLAC3D数值模拟软件对采煤引起的地表变形进行仿真模拟计算,结果表明井下采煤必然会引起坡面坡度增加、坡长减小,坡面侵蚀模数及径流模数增大,大于100m的黄土层厚度能有效控制坡面坡度增加、坡长的减小、坡面侵蚀模数和径流模数的增大。增大黄土层厚度,坡面侵蚀增大量由大到小对应的自然坡型排序为:直线坡、凸坡、凹坡、混合坡,且增大黄土层厚度,对于控制直线坡坡面形态和坡面侵蚀的影响更为有效。

厚黄土层薄基岩综放开采地表移动规律研究

通过对地表岩移观测资料的分析研究,获得了厚黄土层薄基岩综放开采条件下岩移参数和岩移角值,揭示了该地质采矿条件下地表移动变形的一般规律和特点。研究认为厚黄土层薄基岩综放开采条件下,地表移动变形在时间上和空间上更为集中,采空区上方地表下沉值大,煤层上方下沉值明显较小,地表下沉系数大,水平移动系数偏小,地表下沉速度快,地表沉降活跃期短,但活跃期的累计下沉量占总沉降量的比重高。

巨厚黄土塬区地震采集技术

黄土塬地质条件非常复杂,是地震勘探中的困难区域。宁夏南部六盘山盆地属于典型黄土塬地貌的沉积盆地。该区勘探程度低,勘探潜力大,但该区表层沉积了巨厚黄土层、深层不同构造单元差异大,在采集上需克服地表和地下的双重影响。笔者详细分析了该区地质条件以及勘探难点,并结合该区的攻关实际资料和应用的新技术、新方法,总结出一套针对该区的地震采集技术系列,可以指导该区后期地震勘探工作。

采动影响下厚黄土层沉陷规律研究

采动影响下厚黄土层沉陷规律研究对指导矿区进行"三下"压煤开采设计和完善开采沉陷预计理论等工作具有重要意义。为得到采动影响下厚黄土层沉陷规律,以阳湾沟煤矿6204工作面采动影响下上覆厚黄土层为研究对象,采用钻孔电视探测和多点位移传感器实时监测等方法,探测黄土层内裂隙分布情况以及黄土层内部采动沉陷规律。结果表明:厚黄土层完整性好,内部无明显裂隙;厚黄土层近于整体下沉,且其下沉值近似等于地表下沉值,黄土层与地表同步运动。

湿陷性黄土地区扩底桩竖向承载特性数值模拟分析

结合湿陷性黄土地区大直径扩底桩现场浸水载荷试验,利用PLAXIS有限元软件,在考虑湿陷性黄土湿陷变形的基础上,从桩端持力层厚度及变形模量的变化对单桩竖向承载力的影响进行了数值模拟分析,对其影响程度进行了定量计算。研究结果表明:湿陷性黄土地区,持力层临界厚度为3D(D为扩底端直径),桩端持力层变形模量的提高可以显著增加单桩竖向极限承载力,单桩极限承载力的提高主要通过桩端阻力的提高来实现,而且桩侧摩阻力对单桩极限承载力的分担也不可忽视。