11-基于下沉等影响原理的倾斜煤层开采沉陷预计方法及应用
矿区开采沉陷原因及防治

矿区开采沉陷原因及防治[摘要]针对煤矿开采对矿区环境、地表破坏的影响,以减轻危害程度为目标,根据深陷原因,提出了防治和控制开采沉陷的技术措施[关键词]开采沉陷;原因;沉陷控制1 背景煤炭的开发为经济快速持续发展提供了基本保证,然而煤炭的大规模开采对矿山及其周围环境造成了严重的破坏日益突出,开采沉陷造成的矿区环境灾害主要有土地塌陷或积水,农田减产或绝产、道路塌陷、房屋变形破坏等,在矿山开发过程中形成的地表沉陷、植被破坏、土地荒漠化、水源枯竭等一系列问题,不仅破坏了矿区的生态环境,甚至对当地居民生存环境构成了威胁。
采空区沉陷致使滑坡、崩塌、地裂、沉陷等地质灾害频繁发生,时刻影响矿井的正常生产和矿区人民的正常生活秩序。
随着煤炭形式的好转,各集团公司都加大了环境的防治和治理,对煤炭事业来说,功在当代,利在千秋,如何准确分析和确定影响煤矿区开采沉陷发生和发展的重要因素是今后有效开展煤矿区开采沉陷防治工作所必须解决的课题,具有重要意义。
2 主要影响因素在煤矿区,影响开采沉陷的因素有很多,来自于不同方面。
一般认为有:地质因素、水文因素、环境因素、采矿因素、时间因素等2.1 地质因素2.1.1 煤层的厚度、埋深及倾角的影响(1)煤层厚度:开采煤层的厚度影响着地表下沉量的大小。
显然,如果其他条件相同时,煤层越厚,则地表下沉量越大,这是因为需要充填的采空区体积较大。
(2)开采深度的影响:随着开采深度的增加,地表各项变形值减小。
这是由于开采深度的增加,地表移动盆地范围增大,地表移动盆地变得平缓,因此,地表各项变形值是与采深成反比关系的。
(3)煤层倾角的影响:煤层倾角的大小对地表移动特征有明显的影响。
对于倾斜煤层,地表沉陷盆地移向采空区较深的一端。
在水平及缓倾斜煤层(0~35°)开采条件下,地表下沉盆地为对称的碗形和盘形。
在煤层倾角大于35。
以上,地表下沉盆地为四周非不对称的碗形和盘形。
当煤层倾角大于54°后,下沉盆地剖面形状又转化为比较对称的碗形或兜形。
煤矿开采沉陷防治和控制技术(三篇)

煤矿开采沉陷防治和控制技术一.沉陷的防治技术途径沉陷破坏的防治技术途径可以从两方面考虑;(1)对开采沉陷的控制,即通过合理选择采矿方法和工艺、合理布置开采工作面、采取井下充填法、覆岩离层带空间充填等措施,来减少地表下沉,控制地表下沉速度和范围,达到保护地表和地面建、构筑物与耕地的目的。
(2)开采沉陷破坏的恢复和整治,运用土地复垦技术和建筑物抗采动变形技术,对开采沉陷破坏的土地进行整治和利用。
1.1.1全部充填开采在煤炭采出后顶板尚未冒落之前,用固体材料对采空区进行密实充填,使顶板岩层仅产生少量下沉,以减少地表的下沉和变形,达到保护地面建、构筑物或农田的目的。
其中水沙充填是充填采煤法中减少地表下沉效果作好的方法,其次是风力充填和矸石自溜充填。
但充填采矿法需要专门的充填设备和设施,还需要有充足的充填材料。
矿井初期投资大,吨煤成本相应的增加。
1.1.2条带开采根据煤层和上覆岩层组合条件,按一定的采留比,在被开采的煤层中采出一条,保留一条。
由于条带开采仅是部分地采出地下煤炭资源,保留了一部分煤炭以煤柱形支撑上覆岩层。
从而减少覆岩移动,控制地表的移动和变形,实现对地面建、构筑物的保护。
但该方法采出率低、巷道掘进多,工作面效率低。
1.1.3覆岩离层带充填根据采空区上方覆岩移动形成三带的岩移特性,在煤炭采出后一定时间间隔内,用钻孔往离层带空间高压注浆,充填,加固离层带空间,将采动的砌体梁结构加固为稳定性较好的连续梁结构,使离层带的下沉空间不再向地表传递,以减少或减缓地表下沉,保护地面建、构筑物或农田。
但该技术难度大,再近一步研究。
1.1.4限厚开采根据矿区地形、水文地质条件和建、构筑物抗变形能力,以不产生地表积水和满足建筑物所要求的保护等级为依据,确定可开采的煤层厚度,开采是仅回采这一厚度的煤,其余各煤层均不开采,以实现减少下沉保护地面建、构筑物及土地的目的。
但该技术采出率低,仅在薄煤层中应用有一定的使用价值。
基于ArcGIS的煤矿开采沉陷预测与可视化分析

基于ArcGIS的煤矿开采沉陷预测与可视化分析石秀伟;李晶;赵换新;王凤娇;张瑞娅【摘要】以山东平原矿区某新开发矿区为研究对象,应用基于概率积分法的MSPS 软件对其首采区的开采沉陷情况进行了模拟开采预测;利用ArcGIS强大的空间分析和图形显示功能对预测结果进行了可视化分析和三维立体显示;将预测结果与实际沉陷情况进行了对比,结果表明:预测结果真实地反映了开采沉陷对周围环境的影响范围及影响程度,可为该新开发矿区的采煤塌陷的提前治理及压煤村庄的搬迁选址提供真实、科学的依据.%The mining subsidence at first mining district of a coal mine at Shandong plain mining area was forecast by the Mining Subsidence Forecasting System software based on the probability integral method. The prediction results were analyzed by the 3D model of ArcGIS,which reflected the situation of mining subsidence in the form of Three-dimensional graphics. Compared with the actual situation,the accuracy of the forecast result is verified. It reduces the losses caused by mining subsidence and provides an intuitive and effective basis for controlling mining subsidence.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2012(000)009【总页数】5页(P103-106,166)【关键词】开采沉陷;ArcGIS;概率积分法;可视化分析【作者】石秀伟;李晶;赵换新;王凤娇;张瑞娅【作者单位】中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院【正文语种】中文开采沉陷是一个在时间和空间上都非常复杂的过程。
煤矿开采地表沉陷预测及分析方法

目前 中 国大 中型煤 矿 大多 采 用 综合 机 械 化采 煤 工 艺, 条带 式 采 煤 方 法 , 煤 层 赋 存 条 件 大 多 为 近 水 平 煤 层 。因此 , 本 次 主要 针 对 以 上 采 煤 工 艺 和 采 煤 方 法 以 及 煤 层倾 角小 于 4 5 。 的井 工煤 矿项 目地 表 沉 陷预 测 方 法进 行 阐述 。 2地 表 沉 陷预 测 方法 目前 我 国地 表 沉 陷预 测 可 以选 用 负 指 数 函数 法 ;
中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司北京100120煤矿开采过程中及开采后会导致地表沉陷我们可以采用概率积分法进行煤层开采沉陷预测得出地表下沉等值线图和地表移动变形最大值
煤矿开采地表沉陷预测及分析方法
王麒( 中煤 国际工程集 团 北京华 宇工程 有限公司 , 北京 1 0 0 1 2 0 )
摘 要: 煤矿 开采过 程中及开采后会导致地表沉陷 , 我们 可以采用概 率积分法进行煤层开采沉陷预测 , 得 出地表下沉等值线 图和 地表移动变形最大值 。通过 沉陷预 测结果可 以为土地复垦及地表沉陷防治措施提供依据 , 对 以后煤 炭开采具有参 考价值。
s i n ‘ D
‘
( 4 ) 沿 ‘ p 方 向水平 移动 U
U ( x , Y , ‘ p ) = v 争 v × [ u c ( x ) × w。 ( Y ) × c o s q  ̄ + u 。
0
( Y )×W。 ( x )×s i n c p ] ( 5 ) 沿 ‘ p 方 向水平 变形 8
( 3 ) 沿 ‘ P 方 向曲率 k
k( x , Y , ‘ P )=
型 墨
a y
=
采煤塌陷区土地建筑利用技术与工程应用

Series No. 521
November 2019
·安全与环保·
金属矿山
METAL MINE
总 第 521 期 2019 年 第 11 期
采煤塌陷区土地建筑利用技术与工程应用
朱 伟1
(中煤科工集团唐山研究院有限公司,河北 唐山 063012)
摘 要 我国采煤塌陷区土地量大面广利用率低,加大对采煤塌陷区土地利用具有重要意义。为科学评估采
关键词 开采沉陷 采煤塌陷区 概率积分法 残余沉陷变形 地基稳定性
中图分类号 TD325
文献标志码 A
文章编号 1001-1250(2019)-11-176-06
DOI 10.19614/ki.jsks.201911029
Construction Utilization Technology and Engineering Application of the Land in Coal Mining Subsidence Area
荷载影响,地表还将产生一定的残余沉陷变形,可能
对新建建筑物产生一定的损害影响,特别是对新建
高层和大跨度建(构)筑物影响严重(图 2),因此需要
对采空区地表残余沉陷变形进行预测。
本研究采用概率积分法对地表残余沉陷变形进
地表沉陷预计系统在缓倾斜煤层开采中的应用

1概述
参数包括煤层埋深 、 煤层倾角 、 上山方位角 、 影响角系数 K 初次采动系 、 数 q煤厚、 、 重复采动系数、 水平移动系数 、 下山影响角正切、 上山影响角
正切 、 面点数 、 工作 拐点平移信息 、 拐点平移系数 和工作面角点坐标及 编号。《 地表移动与变形预计系统》 界面菜单如图 1 所示 , 包括初始化 、 参数输 入及检查 、 参数查询 、 数据处理 、 绘制等值线图和库的查询等, 在 实际的应用中预计系统的主要工作流程如图 2 所示。
合理取舍预测参数值 , 应用《 地表移动与 变形预计 系统》 sr 软件 二者结合 , 和 ur e 对地表沉陷进行预计 , 出地表沉陷的二 维和 三维结果, 得 使 地表沉 陷能直观 的表现 出来, 以更好 的说 明煤层 开采 带来的地质环境 问题。
关 键 词 : 煤 沉 陷 ; 动 变形 ; 维立 体 ; 采 移 三 系统
图 3各 采 区工作面 划分 图
申申
I
建 编 l 工 面 数 l 算 据 l 值 参 输入 立号 输八 作 参 I 数 线 数 计 I 等
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科技 论坛
・ 3・ 6
地表沉陷预计系统在缓倾斜煤层开采 中的应用
解钢锋 吴亚安 席 国 强
( 中煤科 工集团西安研 究院 , 陕西 西安 7 0 5 ) 10 4 摘 要 : 于平原地 带、 对 近水平煤层 的开采 沉陷特点 , 用概 率积分法进行预 测研 究 , 采 综合考虑矿 区开采地质及采矿技 术影响 因素 ,
大三 上 开采沉陷考试答案

22、 重复采动地表移动参数变化:1下沉系数 q复1=(1+a)q初 q复2=(1+a)q复1 q初、q复1、q复2:初采、第一次复采、第二次复采的下沉系数; a:下沉活化系数 2 最大下沉角,重复采动时最大下沉角较初次采动增大 3 边界角、移动角 重复采动时,边界角减小5~10°,移动角减小10°~15° 4 充分采动角、超前影响角、最大下沉速度滞后角。重复采动时,充分采动角增大1°~5°,超前影响角减小10°~15°,最大下沉速度滞后角增大5°~10°。
13 、描述地表移动盆地形态和范围的角量参数:主要是边界角、移动角、裂缝角、松散层移动角。
14 、描述地表移动盆地内移动和变形的指标是:下沉、倾斜、曲率、水平移动、水平变形、扭曲和剪切变形。
15、下沉曲线分布规律:在采空区中央上方O点处地表下沉值最大,从盆地中心向采空区边缘下沉逐渐减小;在盆地边界点A,B处下沉为零,下沉曲线以采空区中央对称。
超充分采动:当达到充分采动后,回采工作面的尺寸再继续扩大时,地表的影响范围相应扩大,但地表最大下沉值不再增加,地表移动盆地将出现平地,地表有多个点的下沉达到最大下沉值的采动情况。
6、 充分采动角:指在充分采动条件下,在地表移动盆地的主断面上移动盆地平底的边缘在地表水平线上的投影点和同侧采空区边界连线与煤层在采空区一侧的夹角。
4 、地表移动的形式:地表移动盆地、裂缝及台阶、塌陷坑。
5 、非充分采动;当采空区尺寸小于该地质采煤条件下的临界开采尺寸时,地表任意点的下沉值均未达到该地质采煤条件下应有的最大值,这种采动称为非充分采动。
煤矿开采地表沉陷预测与生态影响评价

煤矿开采地表沉陷预测与生态影响评价摘要:贵州作为煤炭资源较为丰富地区之一,地下埋藏的煤层开采以后,上覆的岩层将由于失去支撑而产生移动,且由上而下依次形成垮落带、裂缝带和弯曲下沉带,由下至上波及到地表,开采过程中地下水的疏干将加剧这一过程,矿区的岩层移动甚至地表的塌陷是井工法采煤特有的环境破坏问题。
因此对矿山地表沉陷的进行预测,生态环境进行评价,使矿山企业减少了对土地及生态环境的破坏,同时对生态文明建设也具有重要意义。
关键字:煤矿;生态环境;地表沉陷0、矿井概况马幺坡煤矿位于贵州平坝县乐平乡,距平县城28km。
井田可采煤层4层(M8、M9、M12、M14煤层),平均总厚度5.54m,煤层倾角4º~10º,煤层结构简单,属于稳定煤层。
采用斜井开拓方式。
通过采用LOS卫星多光谱影像,利用REGION MANAGER处理软件编制评价区1/50000生态图件,并进行数据统计。
该矿属于贵阳安顺石灰岩山原常绿栎林常绿落叶混交林及石灰岩植被小区。
土壤为石灰土和黄壤。
该区水土流失类型以水力侵蚀为主,水土流失侵蚀方式为面蚀,属中度流失区。
项目区平均土壤侵蚀模数为1557t/(km2.a),允许土壤侵蚀模数500t/(km2.a),土壤侵蚀以轻度侵蚀为主。
1、地表沉陷预测模式与参数确定覆岩沉陷的状况,受覆岩性质、煤层赋存条件、开采深度、采煤方法及地表地形地貌的直接影响。
采用概率积分法进行预测,利用中国矿业大学开发的《矿区沉陷预测预报系统hpMSPS软件》进行计算。
(1)地表移动变形预测模式采用概率积分法作为预测地表移动与变形的模式,其变形与移动的最大值分别由下式计算[5]。
最大地表下沉值Wmax=q﹒m﹒cosα(mm)最大地表倾斜值imax= Wmax /r(mm/m)最大地表曲率值Kmax=±1.52Wmax /r2 (10-3/m)最大水平移动值Umax=b﹒Wmax (mm)最大水平变形值εmax=±1.52 b﹒Wmax /r (mm/m)式中:m—煤层法线采厚,m;q—下沉系数;α—煤层倾角;b—水平移动系数;H—开采煤层距地表垂深(采深),m;r—主要影响半径,r=H/tgβ ,m;tgβ—主要影响角正切;(2)地表移动参数的确定马幺坡煤矿煤层倾角5º~9º。
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Prediction Method and Application of Incline Coal Seam Mining
Subsidence Based on Subsidence Principle
TIAN Guo-can1,2 ,XU Nai-zhong1,2 ,GAO Chao1,2
( 1. Mining Institute,China Coal Research Institute,Beijing 100013,China;
t 2. Coal Mining & Designing Department,Tiandi Science & Technology Co. ,Ltd. ,Beijing 100013,China) 网 e Abstract: The past mining subsidence prediction method was analyzed,subsidence prediction model was built based on subsidence
处的下沉值为:
w = r1 e ( x0,y0)
2
( -π
x
- x0)
2+( r2
y -y0)
2
( 1)
r = H /tanβ
( 2)
沉系数、主要影响角正切、水平移动系数、开采影 响传播角以及上山、下山、开切眼边界、停采线边 界的拐点偏移距。
初始参数设置完之后对所有角点进行沿重心的 坐标旋转,使走向方向沿 X 轴正方向,倾向沿 Y 轴正方向,以便于随后求得沿走向或倾向的地表移 动变形值。然后通过设计好的预计模型对所要预计 的影响范围、任意剖面或任意点的移动变形进行计
65
总第 135 期
煤矿开采
2017 年第 2 期
的相关信息,工作面各角点的坐标不再需要手工录 入,可通过对 CAD 组件的调用实现直接对任意形 状的多边形进行角点坐标捕捉。
地质采矿条件参数的输入包含煤层采高、工作 面最大采深、工作面煤层倾斜方向、煤层倾角、下
U ( x,y) 处的单元开采引起地表坐标 P ( x0 ,y0 )
言之一,既继承了 C++语言的强大功能,又有 VB 的快速编写方式,对于构建系统界面具有无可比拟 的优势。既可以保证快速、稳定地构建应用程序, 又能在进行开发的时候调用现有的、无论是什么语 言编写的 COM 对象,具有极强的交互性。因此决 定采用 C#语言来完成系统框架的构建[4]。系统整 体构架见图 1。
( 1. 煤炭科学研究总院 开采研究分院,北京 100013; 2. 天地科技股份有限公司 开采设计事业部,北京 100013)
[摘 要] 通过对以往开采沉陷的预计算法进行分析,采用下沉等影响原理建立沉陷预计的模
型,设计适用于任意形状工作面的开采沉陷预计程序。该程序采用 C#语言编写,进一步优化了工作
t 是等价的[6]。然后对公式 ( 1) 进行面积分得到整
网 e 个工作面的开采对任意地表点 ( x0,y0) 产生的
刊∮ j.n 下沉值:
a w( x0,y0)
= wmax
D
r1 e dxdy r2
y -y0)
2
( 9)
期 c 式中,wmax 为该工作面开采后地表最大下沉值。
depth variation in incline coal seam mining subsidence prediction could be eliminated in the model by triangle division method com-
期 a pared in calculated area,and then more accurate prediction method could be provided for incline coal seam prediction. c Key words: subsidence principle; incline coal seam; mining subsidence; C# language; probability integrity method
接工作面的其他各点,将整个区域划分为若干个三
煤 h 角形并对每个三角形进行二重积分的三角形划分 国 .c 法,以此来确定积分上下限并消除由矩形叠加算法 中 w 引起的计算误差[5],但该解决方法依然没有对地
表沉陷主要影响半径 r 值的变化因素进行考虑,只
w 是采用平均采深值将 r 值设定为一个常量。但在实 w 际开采过程中,倾斜煤层条件下的采深是随着工作
式中,r 为主要影响半径; H 为采空区坐标点 ( x, y) 处的采深; tanβ 为地表沉陷预计参数中的主要 影响角正切。
在开采区域较大,并且煤层倾角不为 0 的情况 下,采深 H 值随着煤层的倾向和走向在不断地变 化。若图 3 中 A 点 为 最 大 采 深 位 置,其 坐 标 为 ( xa,ya) ,工作面 ABCD 上任意一点 U ( x,y) 的 采深值则需要由煤层倾角、煤层倾向以及最大采深
dy1 H0 - ( y1 - y0 ) tanα
w dx = H0 - ( ya - y) tanα
w dx1
H0
( 11) ( 12)
D1 [1
- ( y1
1 - y0)
H0
(
e dx dy -π
x1
- x0)
2+( r12
y1
- y0)
2
1
1
tanα 2
]r1
=
∑n
i=1
si 2r1[1
第 22 卷 第 2 期 ( 总第 135 期) 2017 年 4 月
煤矿开采 COAL MINING TECHNOLOGY
Vol. 22No. 2 ( Series No. 135) April 2017
基于下沉等影响原理的倾斜煤层开采沉陷预计方法及应用
田国灿1,2 ,徐乃忠1,2 ,高 超1,2
a 对式 ( 9) 进行换元并积分可得
炭 in w = ( x0,y0)
煤 h wmax D1
1 r2
e dx ( ( -π
x1
- x0)
2+( r12
y1
- y0)
2
1
dx ) dx1
dy1(
dy ) dy1
国 .c 同时由式 ( 5) 、( 6) 可得
( 10)
中 w dy = H0 - ( ya - y) tanα
面各角点坐标和最终计算结果的处理,并通过对计算区域采用三角形划分法的对比得知本模型可以进
一步消除倾斜煤层在开采下沉计算中由采深的变化所带来的误差,为倾斜煤层的预计提供了更为准确
的计算方法。
[关键词] 下沉等影响原理; 倾斜煤层; 开采沉陷; C#语言; 概率积分法
[中图分类号] TD327 [文献标识码] A [文章编号] 1006-6225 ( 2017) 02-0065-04
续偏导数的条件下,则下面等式成立:
∮ ( Q - P) dxdy = Pdx + Qdy
D X Y
S
这就是线积分和面积分转换的格林公式,其中
S 为区域 D 的边界曲线[7-9]。
图 4 工作面点与投影点的坐标关系
将式 ( 4) 、( 5) 、( 6) 、( 7)
w = r1 e ( x0,y0)
( 5)
同理
图 2 三角形划分法示意
2. 1 等影响工作面及相关变量的转换
( x1 - x0 ) =
H0
( 6)
( x - x0 ) H0 - ( ya - y) tanα
如果用 r1 来表示投影至水平面的等价工作面
开采主要影响半径,则
由沉陷预计概率积分法计算公式,地下坐标点
r1 = H0 / tanβ
1 程序设计技术路线 在开发环 境 方 面,C # 作 为 目 前 主 流 的 编 程 语
图 1 系统整体构架
如图 1 所示,程序的运行首先需要获取工作面
[收稿日期] 2016-10-27
[DOI] 10. 13532 / j. cnki. cn11-3677 / td. 2017. 02. 017
H = H0 - ( ya - y) tanα
( 4)
将地表点 P ( x0,y0 ) 与工 作 面 上 任 意 点 U
( x,y) 相连接并延长至最大点采深所在的水平面
M 得到点 Q ( x1,y1) ,并由图 4 可知等比关系
( y1 - y0 ) =
H0
( y - y0 ) H0 - ( ya - y) tanα
( 7)
66
田国灿等: 基于下沉等影响原理的倾斜煤层开采沉陷预计方法及应用
2017 年第 2 期
形,对面积分的上下限进行判定并求取二重积分的
算法比较复杂,因此将式 ( 13 ) 转化为线积分对
其进行求解。
由数学分析可知,当区域 D 是一个单连通域,
且函数 P ( X,Y) ,Q ( X,Y) 在 D 上具有一阶连
[基金项目] 国家自然科学基金 ( 51604151)
[作者简介] 田国灿 ( 1991-) ,男,河北衡水人,在读硕士研究生,研究方向为开采沉陷预计。
[引用格式] 田国灿,徐乃忠,高 超 . 基于下沉等影响原理的倾斜煤层开采沉陷预计方法及应用 [J]. 煤矿开采,2017,22( 2) : 65-68.
2
( -π
x1
- x0)
2+( r12
y1
- y0)
2
带入 ( 1)
可得 ( 8)
由式 ( 13) 可知 r1 为常量的情况下对 x 进行
积分相对比较简单,又由高斯误差函数