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地铁线路穿越急倾斜煤层采空塌陷区相似模型试验黄昌富;迟大祥;田书广;丁银平;常聚才【摘要】地铁线路穿越煤矿采空塌陷区问题为中国首例,因此进行急倾斜煤层开采岩移基本规律和地铁荷载作用下塌陷区及侧壁围岩稳定性研究具有重要意义.运用相似模型试验方法,模拟开采两组急倾斜特厚煤层,并用数码相机记录开采及加载过程中岩层破断及移动形态.试验反映了急倾斜煤层开采中垮落带形态、裂隙带形成与发展和地表移动特征等共性;此外,分别以顶底板移动角、边界角,表土层移动角、边界角参数计算煤层开采覆岩破坏边界范围,并以此划分不稳定区、基本稳定区和稳定区;考虑地铁及建筑荷载下,塌陷区破断岩体有闭合压实现象,地表最大下沉量为4～5 cm,顶板侧壁不稳定围岩最大离层量2 cm.所得结果对指导现场地铁线路穿越煤层采空塌陷区具有一定的参考意义.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)031【总页数】6页(P58-63)【关键词】相似模型试验;岩层移动;急倾斜煤层;地铁荷载【作者】黄昌富;迟大祥;田书广;丁银平;常聚才【作者单位】北京科技大学土木与资源工程学院,北京100083;中铁十六局集团有限公司,北京 100018;北京科技大学土木与资源工程学院,北京100083;中铁十六局集团有限公司,北京 100018;中铁十六局集团地铁工程有限公司,北京 100029;安徽理工大学能源与安全学院,淮南232001【正文语种】中文【中图分类】TU457地铁线路穿越急倾斜特厚煤层采空塌陷区问题为中国首例，据不完全统计，中国煤矿采空区的分布十分广泛，每年有将近1亿m2的地表由于煤矿采空区的失稳破坏而形成塌陷槽[1]。
研究表明[2]急倾斜煤层开采岩层破坏、移动具有其特殊性和复杂性。
众多学者[3—5]应用相似模型实验研究了急倾斜煤层开采岩移基本特征，然而将实验结果和工程实际相结合的研究甚少。
因此，运用相似物理模型试验，研究急倾斜煤层开采垮落带形态、裂隙带的形成与发育及地表移动特征，并以模型中反映出的顶底板及表土层的移动角和边界角计算覆岩破坏范围；待岩移稳定后在模型表面施加地铁及建筑荷载，观察及监测地铁及建筑荷载下不稳定区域发展变化规律。
特厚急倾斜煤层水平分层开采地表沉陷规律研究本文针对特厚急倾斜煤层水平分层“三下”开采的实际需要,通过现场观测和实测资料分析,研究揭示了特厚急倾斜煤层水平分层开采地表沉陷规律,提出了水平分层开采地表移动角量参数的计算方法；借助模型实验和数值计算等研究手段,揭示了特厚急倾斜煤层水平分层开采岩层移动机理,针对开采过程中岩层移动表现出来的阶段性特征,将开采过程划分为浅部和深部二个开采阶段,总结出了岩层移动浅部拱结构和深部铰接岩梁结构的特征,分析了这两种结构控制下的岩层与地表移动规律及岩移参数的变化规律；揭示了岩层移动方向随倾向位置不同而变化的传播特征,及特厚急倾斜煤层水平分层开采条件下的移动形式。
据岩层移动机理和开采空间与地层产状不一致特征,以随机介质理论为基础,建立了基于开采影响传播角变化的沉陷预计模型和特厚急倾斜煤层水平分层开采地表移动预测方法。
最后结合实例进行了工程应用研究。
急倾斜煤层开采地表移动变形数值模拟
赵娜;王来贵;李建新
【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》
【年(卷),期】2011(0)S1
【摘要】针对急倾斜煤层开采复杂的地质条件,对朝阳某煤矿分别选取了六种方案进行模拟,岩层依次变软,得出六种方案的水平和竖直方向的地表变形曲线及模型在x、y方向的等值线图.结果显示:方案一和方案二的最大值分别为0.026 85 m、0.049 39 m;方案三和方案四的最大值分别为0.066 75 m、0.089 4 m;方案五和方案六的最大值分别为0.134 1m、0.260 3 m.可以得出随着弹性模量的减小也就是随着上覆岩层的变软,地表水平和竖直方向的位移都逐渐增大,影响范围也逐渐变大;地表变形的最大值并不在采空区的正上方,而在采空区法线方向与地表的交点左右.可以为研究急倾斜煤层的开采及变形移动规律提供理论支持.
【总页数】4页(P241-244)
【关键词】急倾斜煤层;地表移动;ANSYS;数值模拟
【作者】赵娜;王来贵;李建新
【作者单位】辽宁工程技术大学矿业技术学院;辽宁工程技术大学力学与工程学院【正文语种】中文
【中图分类】T-55
【相关文献】
1.千米深部急倾斜煤层开采地表移动变形规律研究 [J], 张文志;邹友峰;任筱芳
2.急倾斜煤层开采地表移动变形预计研究 [J], 贺林
3.急倾斜煤层开采地表移动变形预计 [J], 黄森林;余学义;范凯;赵雪
4.急倾斜多煤层开采地表沉陷数值模拟 [J], 华乐;赵涛;武振;彭磊
5.急倾斜煤层开采地表移动规律数值模拟研究 [J], 朱强;高明中;孙超;纪文涛;任飞因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
急倾斜煤层采动覆岩移动模式及机理研究地下煤层开采引起的地表沉陷是一个复杂的力学过程,对于急倾斜煤层开采而言,煤系地层的倾角是决定覆岩移动和破坏的重要因素之一。
在以往的研究中,人们将更多的注意力集中在地表沉陷最终形态的数学描述上,通过建立相应的剖面函数来逼近地表沉陷盆地的形态。
然而由于急倾斜煤系地层上覆岩体复合介质在水平方向的非均质性和地层结构的复杂性,使得人们对急倾斜煤层采动覆岩移动模式与机理研究极不充分,影响了急倾斜煤层开采沉陷的正确预计、防治和矿区地表沉陷的治理。
本文针对急倾斜煤层开采地表沉陷研究的实际,在分析总结已有研究成果的基础上,将理论分析、相似材料模拟实验、数值模拟与工程实例相结合,以煤系地层倾角为主控因素,分别基于薄板小挠度理论与最小势能原理、分叉理论,分析了急倾斜煤层覆岩“厂”型移动拱岩板的稳定性与极限跨距;基于复合层状介质理论,建立了“厂”型移动拱复合岩层移动的计算模型;基于相似材料模拟实验理论,建立了倾角为60o的相似材料模拟实验模型,并应用先进的三维激光扫描仪对实验模型进行观测,对观测的数据进行处理和分析;基于数值模拟软件ANSYS强大的计算功能,研究了急倾斜煤层开采覆岩岩层组合效应、倾角变化对岩层移动的影响,以及地表沉陷的三维数值模拟等。
主要研究工作具体如下:(1)根据急倾斜煤层岩层移动的特征和传力机制,首次提出了急倾斜煤层岩层移动的“厂”型移动拱模式。
直接顶上端岩体受拉力和剪切力作用而沿法线方向剪断或拉断,并逐步向老顶扩展,采场正上方未冒落覆岩形成水平横梁,对老顶上端起支撑作用。
冒落矸石充填采空区底部,对直接顶下段岩体起支撑作用,老顶中的上位岩层受水平横梁和矸石的支撑作用沿近似法线方向向采空区弯曲,从而形成“厂”型移动拱结构。
(2)基于薄板小挠度理论与最小势能原理、分叉理论,分析了急倾斜煤层覆岩“厂”型移动拱结构的稳定性。
应用薄板小挠度理论与最小势能原理分析了“厂”型移动拱左拱岩板是四边固支或简支的薄岩板,在纵横载荷的作用下岩板的极限跨距和移动拱的法向高度;应用分叉理论分析了“厂”型移动拱水平支撑。
急倾斜煤层开采地表移动规律数值模拟研究作者：朱强高明中孙超纪文涛任飞来源：《安徽理工大学学报·自然科学版》2012年第03期摘要：为了研究急倾斜煤层开采下地表沉陷的移动规律，运用求解非线性大变形问题有限差分法（FLAC3D）对急倾斜煤层开采下进行数值模拟，重点分析了岩体移动引起的地表变形。
结果表明：急倾斜煤层开采下地表在走向呈对称性下沉盆地，而在倾向上呈非对称性的兜瓢形下沉盆地，地表的变形主要集中在煤层顶板方向一侧，以及最大下沉点和水平移动向煤层的上山方向偏移。
关键词：急倾斜煤层；地表沉陷；数值模拟中图分类号：TD823文献标识码：A文章编号：1672-1098（2012）03-0071-因采矿引起的岩层移动波及到地表，使地表产生移动、变形、破坏的现象以及过程称为地表移动。
开采引起的地表移动过程受多种地质因素和开采因素影响，随着采深、采厚、采煤方法以及煤层产状等因素的不同，地表沉陷的大小也完全不同。
煤系地层倾角是决定上覆岩层的移动和破坏形式及地表移动与变形程度的重要因素之一。
当前我国“三下”采煤一直是国内外煤炭行业的重要研究课题，煤矿开采引起的地表沉陷问题一直以来都是矿山研究的热点问题。
但是概率积分法只适用于缓倾斜煤层，由于急倾斜煤层地质条件及破坏机理和水平煤层开采时有本质的不同，所以对于急倾斜多煤层开采引起地表移动的许多现象还没有得到满意的解释，对于急倾斜煤层预计偏差较大。
为此迫切需要对这类矿山的地表移动规律问题进行全面研究。
本文用建立在拉格朗日算法基础上的FLAC3D有限元分析软件，对因煤层开采引起的地表沉陷规律进行了数值模拟研究，对急倾斜多煤层开采造成的地表沉陷变形进行预测分析和探讨，为工程实践提供理论依据。
1地质背景新集三矿位于凤台县境内，处于淮南煤田中段南部的边缘。
淮南新集三矿西三采区新生界地层由第四系和第三系组成，厚度为143～167 m，属于厚冲积层。
煤层倾角平均为60°。
急倾斜煤层分段开采围岩裂隙场演化及瓦斯运移规律研究新疆是我国14个亿吨级大型煤炭生产基地之一,其急倾斜煤层储量占世界同类煤层储量的30%以上。
急倾斜煤层赋存较为复杂、开采难度较大,目前新疆地区常用的开采方法是水平或斜切分段放顶煤采煤法,由于其采放比较大、顶煤及顶板控制难度大、底部煤体自卸压瓦斯解吸及运移、采空区遗煤较多等特点,导致工作面瓦斯防治工作难度较大,瓦斯、顶板等动力灾害事故频发。
乌东煤矿的煤层赋存条件、采煤方法、瓦斯防治技术等方面都具有代表性,以乌东煤矿为试验点,对急倾斜煤层分段开采围岩裂隙场演化、瓦斯运移及涌出规律、瓦斯涌出预测模型及瓦斯抽采关键技术优化等多个方面进行系统研究,开展的主要工作如下:基于乌东煤矿煤层赋存和开采方式,采用相似模拟实验方法,构建了急倾斜煤层分段开采模型,自上而下共布置六个开采区段,按照采放比1:7.3进行模拟开采,通过布置实时监测的应力传感器与位移测点,对工作面顶板、顶煤的破坏、运移规律进行了观测和研究,分析了工作面底板、底煤应力变化规律。
工作面覆岩形成典型的“抛物线”状断裂边界及“椭抛形”垮落带;下断裂弧的下角内、支架上方的“Z”形铰接结构空隙区和上断裂弧的顶角内空隙区,构成了瓦斯富集区域和漏风通道。
采用PFC<sup>3D</sup>离散元数值模拟软件构建了急倾斜煤层分段开采的三维模型,依据煤岩体物理力学参数选择了数值模拟的计算参数,通过高性能计算机工作站的动态模拟解算,得到了工作面围岩裂隙场演化规律以及工作面围岩裂隙场孔隙率分布动态数据集,数值模拟的底板应力变化规律与相似模拟实验结果一致;将孔隙率分布动态数据集通过数据耦合方式导入COMSOL多物理场数值模拟软件,建立瓦斯涌出及运移数学模型,得出了急倾斜煤层分段开采在一定瓦斯压力、裂隙场条件下的瓦斯浓度分布和空间运移规律。
通过分析底部煤体应力演化规律,在沿工作面推进方向,建立工作面底部煤体在原始状态、工作面煤壁应力集中时、工作面开采后和采空区垮落稳定后等不同阶段的应力变化计算模型,编程导入MathCAD软件,绘制了底部煤体应力趋势图,并建立了底部煤体在应力集中、自卸压过程中底煤瓦斯解吸及运移的预测模型。
急倾斜临界角煤层开采围岩破坏规律摘要：本文研究了急倾斜临界角煤层开采围岩破坏规律。
研究过程采用实地观察、数字模拟、试验分析和统计学分析等方法，详细分析了急倾斜临界角煤层开采的影响因素和影响规律。
研究发现，急倾斜临界角煤层开采的破坏因素主要是应力、断层和渗流。
其中，应力因素对开采造成的破坏影响最大，断层的影响相对较小，渗透率较低的渗流易使围岩破坏加剧。
此外，急倾斜临界角煤层开采时注意参与者的安全，减少煤层开采时可能引发的破坏。
关键词：急倾斜临界角煤层、围岩破坏、应力、断层、渗流正文：一、引言随着煤矿开采深度的加深，急倾斜、高节理等临界角煤层海拔逐渐增加，煤层开采时引发的破坏也越来越严重。
围岩破坏是煤层开采过程中最为常见的一种破坏形式，因此，研究急倾斜临界角煤层开采围岩破坏规律对煤矿安全生产具有重大意义。
二、研究方法本文采用实地观察、数字模拟、试验分析和统计学分析等方法，对急倾斜临界角煤层开采的影响因素和影响规律进行详细分析。
三、研究结果1.影响急倾斜临界角煤层开采围岩破坏的主要因素有应力、断层和渗流三种。
2.应力因素对围岩破坏的影响最大，围岩的抗拉强度、孔隙度、含水量和渗透率都会影响应力的变化，从而影响急倾斜临界角煤层开采的围岩破坏。
3.断层的发育不规则、布置复杂也会影响急倾斜临界角煤层开采时围岩的破坏，因此，断层对开采破坏的影响也相对较大。
4.渗流因素对煤层围岩破坏的影响也不可忽视，渗透率低的渗流更容易使围岩破坏加剧。
四、结论以上研究结果表明，急倾斜临界角煤层开采的破坏因素主要为应力、断层和渗流，除应力影响最大外，断层和渗流也会影响开采时围岩破坏的规律。
此外，在急倾斜临界角煤层开采时，应加强对应力因素及断层、渗流等因素的监控，完善围岩破坏预测技术，并采取有效的技术措施，减少煤层开采时可能引发的破坏。
五、技术措施急倾斜临界角煤层开采时，应根据现场实际情况，采取相应的技术措施。
1.动态监测法：采用有效的动态地质监测技术，实时监测煤层围岩变形，并及时将监测结果以图像、文字等形式传输到安全控制室，以便及时采取相应的处理措施。
急倾斜矿体采空区岩移规律相似模拟试验研究刘永亮;孙光华;叶洪涛;赵坤;胡亚飞【摘要】针对冀东铁矿床赋存特性和地下采空区的特点,开展相似模拟试验研究,分析地下采空区围岩的变形破坏规律.研究表明:随着试验的进行,采空区两侧围岩位移量的差值逐渐增大,围岩应力平衡受到破坏;围岩位移量随时间的变化共分三个阶段:剧增、缓增和剧增;其中缓增阶段历经时间最长;上盘围岩下沉方向指向采空区,下盘围岩下沉方向竖直向下,位移变化趋势呈由上向下水平分层递减.该研究结果为有效地进行急倾斜硬岩矿体开采研究提供了参考.%According to occurrence characteristics and goaf area features of iron ore deposits in East Hebei Province , the similar simulation tests were conducted to analyze the deformation and failure laws of surrounding rock in goaf area .The resluts showed that with the increase of displacement difference between two sides of the goaf , the stress balance of surrounding rock was gradually bro-ken.It could be concluded there were three stages of displacement changes , including a rapid in-crease , a slow increase and another rapid increase .But the slow increase stage lasted the longest time.The hanging surrounding rock subsided toward the goaf area , while the footwall surrounding rock subsided downward vertically .The subsiding displacement showed a decreasing variation tend-ency layer by layer .The study provided a significant reference for effective mining of steeply in-clined hard-rock.【期刊名称】《矿产保护与利用》【年(卷),期】2017(000)001【总页数】5页(P29-33)【关键词】相似模拟试验;VIC-3D观测;围岩;急倾斜矿体【作者】刘永亮;孙光华;叶洪涛;赵坤;胡亚飞【作者单位】华北理工大学矿业工程学院,河北唐山063009;河北省矿业开发与安全技术重点实验室,河北唐山063009;华北理工大学矿业工程学院,河北唐山063009;河北省矿业开发与安全技术重点实验室,河北唐山063009;华北理工大学矿业工程学院,河北唐山063009;河北省矿业开发与安全技术重点实验室,河北唐山063009;华北理工大学矿业工程学院,河北唐山063009;河北省矿业开发与安全技术重点实验室,河北唐山063009;华北理工大学矿业工程学院,河北唐山063009;河北省矿业开发与安全技术重点实验室,河北唐山063009【正文语种】中文【中图分类】TD853.391空场法开采过程中形成大量地下采空区，不仅造成地表开裂塌陷、山体滑坡，而且空区突发性崩落导致空区气浪冲击、空区群失稳等灾害，直接影响地下安全生产[1]。
急倾斜近距离下保护层开采岩层移动相似模拟戚灵灵;彭信山;刘明举【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(035)001【摘要】针对豫西某矿急倾斜近距离下保护层开采设计,以矿井现场工程概况为基础,通过相似模拟试验及现场考察,对保护层开采过程中岩层移动变形及裂隙发育进行研究,据此分析该矿急倾斜近距离下保护层开采的可行性及预期卸压效果.结果表明:保护层开采过后,顶板以缓慢下沉为主,未出现大规模垮落,岩层移动量最大位置位于倾斜中部略偏上;相似模拟所得倾斜下部卸压角为73°,现场考察倾斜下部卸压角为72°,《防治煤与瓦斯突出规定》中在煤层倾角为50°情况下倾斜下部卸压角参考值为70°,三者高度吻合;岩层移动以及裂隙发育使被保护层得以卸压,也可为卸压瓦斯运移和瓦斯抽采提供通道;被保护层开采条件不会破坏,该矿此类型保护层开采安全可行,可以达到预期防突效果.【总页数】6页(P37-42)【作者】戚灵灵;彭信山;刘明举【作者单位】河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454000;河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室(省部共建国家重点实验室培育基地),河南焦作454000;河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454000;河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室(省部共建国家重点实验室培育基地),河南焦作454000;河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454000;河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室(省部共建国家重点实验室培育基地),河南焦作454000【正文语种】中文【中图分类】TD713.3【相关文献】1.倾斜俯伪斜下保护层开采保护范围划定相似模拟实验研究 [J], 赵文杰;王宏图;舒才;施峰2.急倾斜远距离下保护层开采过程数值模拟及现场应用 [J], 郑万成;杨波;李一波3.急倾斜煤层深部开采岩层移动数值模拟研究 [J], 田秀国;戴华阳4.近距离下保护层开采覆岩运动相似模拟实验 [J], 宋卫华;刘晨阳;赵健;韩彦龙;李幼泽5.急倾斜煤层开采上覆岩层移动变形规律分析 [J], 于波;张金铭因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
