建筑物下采煤的地表沉陷预测方法
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。
开采沉陷预计方法研究
摘要针对矿区开采造成的沉陷及其诱发的自然地质灾害，沉陷监测工作显得尤为重要，从监测数据的处理分析中，我们可以获取该地区可能会发生的灾害或破坏，为地表的人、物安全提供灾害预报。
本文分析了目前常用的开采沉陷预计方法、不同预计方法的优缺点和适用情况。
在此基础上，选择目前使用较为广泛的基于概率积分法原理的预计方法，开展一个矿井的沉陷预计工作，根据预计结果分析这样的沉陷将给地表建筑物和构筑物造成的破坏，破坏是否会带来矿区人民生命和财产的危害。
最后对使用概率积分法进行的开采沉陷预计产生误差的原因进行了分析，并提出相应的处理措施，对提高开采沉陷预计的精度有一定的借鉴意义。
关键字：矿区开采沉陷预计ABSTRACTAccording to the subsidence caused by mining induced geological disasters and natural, subsidence monitoring work appears especially important, from monitoring data processing analysis, we can obtain the region may happen for the disaster or destroy, the person, content security surface provide disaster prediction. This paper analyzed the common subsidence prediction method, the advantages and disadvantages of different methods and apply is expected. On this basis, choose a wide range of currently using the principle based on probability integral method of the expected method, the subsidence is expected to begin a mine mining job, get the first panel on the surface subsidence curve, coal and coal seam of isoline map of surface subsidence, according to analysis of the results of such subsidence will give surface buildings and structures, whether the damage caused by mining damage will bring the people's lives and property damage. Finally an error of subsidence prediction, this paper analyses the reasons and puts forward the corresponding measures to improve subsidence prediction accuracy is a certain significance.Keyword：Mining Area Mined Subsidence prediction目录1 引言 (1)1.1 选题的意义和实用价值 (1)1.2 国内外开采沉陷学的发展历史及取得的成就 (1)1.2.1 国外的研究现状 (1)1.2.2 国内研究现状 (2)1.3 现代的开采沉陷预计体系介绍 (9)1.3.1 现代开采沉陷预测方法简介 (9)1.3.2 概率积分法 (9)1.3.3 典型曲线法 (10)1.3.4 剖面函数法 (10)1.3.5 数值计算法 (11)1.3.6 相似材料模拟方法 (12)1.3.7 人工神经网络预测法 (12)1.3.8 灰色系统理论法 (12)1.3.9 时序预计法 (13)2 基于概率积分法的开采沉陷预计 (14)2.1 概率积分法的原理简介 (14)2.1.1 走向主断面上充分采动、半无限开采时预计公式 (14)2.1.2 非充分采动时预计公式 (15)2.1.3 充分采动时，地表移动变形最大值计算公式 (15)2.2 利用概率积分法对一个煤矿开采沉陷进行预测 (16)2.2.1 矿井开拓概况 (16)2.2.2 地表移动变形预测基本参数选取 (16)2.2.3 地表移动变形预计 (17)3 对于提高概率积分法预计精度的方法探究 (20)3.1 现行概率积分法基本参数的确定 (20)3.1.1 下沉系数 (20)3.1.2 主要影响半径r (20)3.1.3 水平移动系数b (20)3.1.4 开采影响传播角θ (20)3.2 存在的缺陷 (21)3.3 数学回归分析的对象 (21)3.3.1 回归分析的对象 (21)3.3.2 回归分析的样本 (22)3.3.3 各参数影响因素的选取原则 (22)3.4 回归分析的步骤 (22)3.4.1 影响因素选取 (22)3.4.2 筛选完全样本 (22)3.4.3 散点图分析 (22)3.4.4 选择合适的回归模型 (23)3.4.5 回归分析(优中取优) (23)3.4.6 确定回归模型并进行误差验证 (23)3.5 概率积分参数的回归分析 (23)3.5.1 最大下沉值W (23)cm3.5.2 最大水平移动值U (24)cm3.5.3 影响半径r (24)3.5.4 开采影响传播角θ (24)3.6 误差分析 (25)3.7 改进预计方法 (25)4 地表沉陷对地表的影响及对地下水的破坏分析 (26)4.1 对建筑物的影响 (26)4.2 对土地、农田、植被及道路的影响 (26)4.3 对地下水的影响 (26)5 结论 (27)6 致谢 (28)参考文献 (29)1 引言1.1 选题的意义和实用价值地下有用矿物采出后，开采区周围岩土体的应力平衡状态遭到破坏，应力重新分布，达到新的平衡。
煤矿开采沉陷预计理论与方法研究评述
煤矿开采沉陷预计理论与方法研究评述摘要：开采沉陷预计是矿山开采沉陷学科的核心内容之一,它对开采沉陷的理论研究和生产实践都有重要意义。
本文详细分析了煤矿开采沉陷预计理论与方法。
关键词：开采沉陷；预计方法；影响因素；预计误差开采沉陷预计理论和方法是认识采动地表移动变形规律、明确沉陷移动机理、开展采动损害评价和责任认定及采动损害控制技术研究的基础，也是开采优化设计的先决条件之一。
一、开采沉陷的预计方法1、剖面函数法。
根据不同开采条件下地表下沉盆地剖面形状,确定不同的剖面函数来描述下沉盆地,作为预计地表移动和变形的公式,这种预计地表移动和变形的方法统称为剖面函数法。
它的优点是使用方便且直观；利用数学公式便于进行数学分析和使用计算机解算；利用较少的实测资料就可以确定预报公式的参数值。
但剖面函数不一定符合实际下沉盆地的形状,特别是预报特征点变形值时可能出现较大的偏差。
该方法仅适合于相同地质采矿条件下的矩形工作面上方的地表移动变形预计。
因此,这种方法没有被广泛使用。
2、影响函数法。
目前，此法所用的参数常根据实测资料求定，可适用于任意形状的工作面，任意开采程度、地表任意点及岩层的移动和变形预计，相比剖面函数法应用范围较广，但没有剖面函数法精度高。
目前已成为我国较成熟的、应用最为广泛的预计方法之一。
3、典型曲线法。
通过建立在研究区域的观测站观测地表移动情况，把观测值绘制成无因次曲线，来表示移动盆地主断面上的变形曲线方法，称为典型曲线法。
该方法虽然预计精度比较高，但需要大量的实测数据，由于很多区域数据不足，造成这种方法局限性比较大，并未被广泛使用。
二、预计方法理论知识1、数值模拟沉陷预计理论。
以实测数据为手段的典型曲线法为基础理论，对矿区层进行科学的比例缩小，利用同等质材建立模型，并进行开采模拟，对开采进行全程观测，对地表异动情况进行数据收集、分析，与原地表结构进行比对，推算出岩层的变形函数。
该种方法优点是成本低、准确率高、周期较短、直观地表；缺点是对模型的相似程度不能给予绝对保证，因此该方法还存在受限发展的状态。
采煤沉陷实施方案
采煤沉陷实施方案
首先，我们需要对矿井地面的地质情况进行详细调查和分析。
通过
地质勘探和监测，了解地下煤层的分布情况、厚度、倾角以及地表
覆岩的性质和变形规律，为制定沉陷实施方案提供可靠的数据支撑。
其次，针对不同地质条件和采煤方式，我们需要制定相应的沉陷控
制措施。
对于浅埋煤层，可以采取地表支撑、沉陷区域划分、沉陷
区域限制开采等措施，有效控制地表沉陷的范围和程度；对于深埋
煤层，可以采取地下水注入、充填等方式，减轻地表沉陷的影响。
同时，我们还需要加强沉陷监测和预警工作。
通过建立完善的监测
网络，对矿井地面沉陷进行实时监测和预警，及时发现沉陷异常情
况并采取相应的措施，保障矿井和周边环境的安全。
最后，我们要加强沉陷治理和修复工作。
对于已经发生的地表沉陷，要及时进行治理和修复，恢复地表的平整和稳定，减少对周边环境
和人民生活的影响。
综上所述，制定科学合理的采煤沉陷实施方案，需要全面了解地质
情况，制定相应的沉陷控制措施，加强监测和预警工作，以及加强
沉陷治理和修复工作。
只有这样，才能有效保障矿井安全，保护环
境，维护社会稳定。
矿山岩层与地表沉陷的预测方法
矿山岩层与地表沉陷的预测方法矿山开采是人类活动中对地球表层最大的改变之一，其对地表沉降和地质灾害的影响也是不可忽视的。
因此，预测矿山岩层与地表沉陷是矿山开采中的重要问题之一。
本文将介绍矿山岩层与地表沉陷的预测方法。
一、矿山岩层与地表沉陷的原理矿山开采会对地下岩层产生影响，导致岩层的变形和破坏，从而引起地表沉降。
矿山岩层与地表沉降的原理是：在矿山开采过程中，岩石的应力状态会发生变化，从而导致岩石的变形和破坏。
当岩石的强度不足以支撑上部地层时，岩石就会向下移动，使地表产生沉降。
二、矿山岩层与地表沉降的预测方法（一）经验公式法经验公式法是根据矿山岩层和地表沉降的历史数据，通过统计分析和回归分析，建立预测模型，以预测矿山开采对地表沉降的影响。
该方法简单易行，适用于类似矿山的预测。
但是，由于该方法只考虑了历史数据，没有考虑到岩层和地表沉降的物理机理，因此预测精度较低。
（二）数值模拟法数值模拟法是使用计算机模拟矿山开采对岩层和地表沉降的影响。
该方法可以考虑岩层和地表沉降的物理机理，预测精度较高。
但是，该方法需要大量的数据和计算资源，建模和计算复杂，需要一定的专业知识和技能。
（三）物理模拟法物理模拟法是通过实验室模拟矿山开采对岩层和地表沉降的影响，以预测矿山开采对地表沉降的影响。
该方法可以直接观测到岩层和地表沉降的变化，预测精度较高。
但是，该方法需要大量的实验室设备和人力物力，成本较高，且实验结果可能受到实验条件的限制。
三、矿山岩层与地表沉降的预测案例以某矿山为例，使用数值模拟法预测该矿山开采对地表沉降的影响。
首先，建立矿山岩层和地表沉降的模型，采用有限元法进行模拟计算。
然后，根据矿山开采的方案和时间表，预测矿山开采对地表沉降的影响。
最后，与实际监测数据进行比对，验证预测精度。
预测结果显示，该矿山开采对地表沉降的影响较小，最大沉降量为10毫米。
与实际监测数据进行比对，预测精度较高，误差小于5毫米。
四、结论矿山岩层与地表沉降的预测是矿山开采中的重要问题之一。
煤矿采空区地表塌陷的预测分析
煤矿采空区地表塌陷的预测分析
海如拉·热合曼
（新疆煤田灭火工程局，新疆 乌鲁木齐 830063）
摘要：煤矿采空区地表塌陷危险预测具有综合性的特点，相关部门需根据煤层深度、覆盖变化、工程地
质条件等，搜集完备的数据，进行先期预测判断，多角度分析煤层开采对环境的影响程度，并提出相应的解
针对煤矿开采，施工部门必须准确分析采空区地表塌陷 的原因，设计合理的解决方案，同时根据采空区结构与煤 层分布，进行全面控制与精确预测，确保开采工作的有序 进行，促进煤矿产业的平稳发展。实际调查发现，现在大 多数的煤矿开发企业都没有重视施工预案的安排，没有考 虑开采中可能出现的突发情况，如地表塌陷、煤层陷落等 问题。从施工角度分析，造成采空区地表塌陷的因素有很 多，施工人员操作不当、施工步骤环节分布错误、监督检 测缺失、环境考察不到位等等。所以，不管在开采前还是 开采后，都必须派施工队检测地质结构，整合信息数据， 并结合煤矿开采的实际情况做好预报工作，提升整个施工 的安全性。
降速率。同时，监管部门需定时观测搜集地表塌陷的程 度，制作成表格，以便后期分析核对，完善施工计划。其 中，最为关键的是采空塌陷区的矿坑信息调查，技术人员 可以利用无线探测仪来勘测采空区矿坑的分布位置、构造 破碎情况、蚀变带和节理裂隙，导入数据库形成三维动画 图，技术部门便可以参照这些信息数据来预测判断地表塌 陷情况，从而合理制定解决方案。 3.3 正确处理地表塌陷问题，确保煤矿资源有序开采
易出现地面凹陷。根据实地调研和资料分析，山西地带煤矿 开采的深度大，形成“U”型凹陷形态，逐渐发育成冒落带。
2）如果进行多层开采，机械开采工具会造成岩土层松 动，稳定性下降，采空区的空间位置也会越来越小，地面 塌陷的系数也越来越高。根据各类数据来看，矿层一般分 为6层，如果不断开采挖掘，则导致整个采空区内部沉陷， 继而发生安全事故。
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。
条带开采地表沉陷预计参数的确定
条带开采地表沉陷预计参数的确定
概率积分法是条带开采地表移动和变形预计常用的方法,而概率积分法预计的精度取决于其预计参数的确定.以国内大量的条带开采实测资料为基础,应用相似理论对条带开采地表沉陷的相似现象进行了模糊聚类分析,计算出了条带开采地表沉陷预计参数.根据所得条带开采地表沉陷相似现象的分类及其地表沉陷预计参数,应用模式识别对待求条带开采地表沉陷预计参数进行了求取.工程实例表明,用模糊优化确定的预计参数进行条带开采地表移动和变形预计,其预计结果更加可靠、准确.。
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(2) 岩石与煤物理力学参数 根据大量岩石力学实验证实 ,岩石破坏后强度有所
降低 ,产生弱化 ,这是莫尔 —库仑准则所不能反映的 ,故 本文对岩石与煤采用虎克 —布朗 ( Hock —brown) 强度 准则 :
合理 。但一般来说 ,在同等条件下 ,二计算模型 简化为二维平面模型 。
(3) 采区结构的简化 。为模拟方便 ,对巷道工程 、每 一工作面的开采量等不予考虑 ,模拟时简化为实体 。工 作面的倾斜长度为 100m ,走向长度为 300m 。工作面的 开采分顺序式开采 (图 1) 和间隔式开采 (图 2) 两种方 法。
边界条件按剖面所处位置的应力条件以及按照开
采沉陷的原理确定 。边界条件为 :水平方向上左右两侧
取水平位移约束边界 (即 ux = 0) ,下边界取垂直位移约
束边界 (垂直位移 uy = 0) ,上边界 (地表) 为自由边界 。
由于研究区域范围不大 ,可以认为研究区域处于均
匀分布的应力场中 ,并且认为岩石中不存在构造应力 ,
σ1s =σ3 + mσcσ3 + sσ2c
(2)
式中 :σ1s ———在岩石峰值强度时的最大主应力 ;
σ3 ———最小主应力 ;
m ,s ———材料常数 ,取决于岩石性质和原始破裂状
况;
σc ———岩石单轴抗压强度 。
此外 ,当拉应力超过材料的抗拉强度时 ,材料将发
生拉破坏 。表 2 给出了试验测试的岩石和煤的物理力
2008 年第 4 期 西部探矿工程 1 03
建筑物下采煤的地表沉陷预测
谢东海1 ,冯 涛1、3 ,袁 坚2 ,黄存捍3 ,刘金海1
(1. 湖南科技大学能源与安全工程学院 ,湖南 湘潭 411201 ; 2. 湖南省第一工业设计研究院 ,湖南 长沙 410011 ; 3. 中南大学资源与安全工程学院 ,湖南 长沙 410083)
(1) 对矿岩性质的假设 。假设矿岩为各向同性 、均 质且符合摩尔 - 库仑弹塑性模型的介质 。
(2) 对计算模型的假设 。对地下开采来说 ,地下矿 山开采是一个空间问题 ,应采用三维空间计算模型更为
10 4 西部探矿工程 2008 年第 4 期
学参数 。
表 2 岩石与煤物理力学参数
厚度 岩层
E
(m) ( GPa)
粉砂岩 60 2. . 37
硅质泥岩 54 6. 5
粉砂岩 50 3. 06
细砂岩 30 8. 4
砂质泥岩 30 6. 5
粉砂岩 50 8. 05
煤21
细砂岩 40 12. 5
υ
0. 21 0. 28 0. 22 0. 17 0. 25 0. 18 0. 36 0. 22
摘 要 :开采建筑物下的煤炭资源可以缓解矿区采掘接替紧张的矛盾 ,延长矿井服务年限 ;同时要求 最大限度地减小地下开采对地表建筑物损害 。以新生煤矿伍家冲矿井为研究对象 ,运用 FL AC 数值 模拟软件进行工作面开采对地表移动和变形的预测 ,并与现场实测数据对比 。研究表明 ,预测与实测 数据耦合性好 ;间隔开采是保护地面建筑物的最佳开采方法 。 关键词 :建筑物下采煤 ;地表沉陷 ;破坏等级 ;间隔开采 中图分类号 : TD325 文献标识码 :B 文章编号 :1004 —5716 (2008) 04 —0103 —04
采用间隔开采时 ,倾斜值为 2. 871mm/ m ,参照《砖 石结构建筑物的破坏 (保护) 等级》,开采后建筑物的破 坏等级为 Ⅰ级 ;主要是由于 24607 工作面和 24611 工作 面开采后造成地表倾向变形值相互抵消所致 。采用顺 序开采时 ,倾斜值为 5. 001mm/ m ,开采后建筑物的破 坏等级为 Ⅱ级 。因此 ,根据地表倾斜变形值分析 ,间隔 式开采要优于顺序式开采 。
则岩石中的应力主要由上覆岩石的重量引起 ,垂直应力
和水平应力可以分别由下式求得 :
σz = r H
(6)
σX
=σY
=
μ 1 - μr
H
(7)
式中 :γ———上覆岩石的重力密度 ;
H ———单元立方体所在的深度 ; μ———岩石的泊松比 。
4 数值模拟结果分析
顺序式开采和跳采式方式两种方法各有利弊 。顺
矿井开采沉陷对环境造成很大的影响 ,其主要表现 为 :地表耕地受到破坏 ;干旱山区地表水系受到破坏 ;平 原地区大片地表移动形成盆地面积水 ;受采动影响的山 地产生滑坡 ,危及工业及民用建筑物和生活生产设施的 安全[3 - 4] ;道路塌陷 、房屋变形破坏等 。报据调查测算 , 井下开采每万吨原煤造成的土地塌陷在 0. 03 ～ 053 hm2 ,平均为 0. 13～0. 20hm2 。按我国原煤产量推算 , 每年仅采煤行业导致的土地塌陷即达 2. 67 ×104 hm2 。 据不完全统计 ,我国因采矿业造成的地面塌陷面积已达 (33. 33 ～ 40. 00) ×104 hm2 , 其 中 耕 地 为 8. 67 ×104 hm2[5 ] 。
本次研究以伍家冲矿 24 采区为例 ,应用 FL AC 软 件进行数值模拟 ,模拟地下开采引起的岩层破坏和地表 移动的过程 ,分析不同开采方法的移动角 ,并最终得出 地表下沉曲线模型 。 3. 1 基本假设
在数值模拟过程中 ,为了使计算结果比较接近实际 情况 ,对岩体介质性质 、计算模型 、矿山地质条件 、受力 条件 、采矿工艺及采矿方法等都作了必要的假设 。
表 3 两个方法开采后地表移动和变形各参数的最大值
方 下沉 水平移动 水平变形ε 曲率
倾斜 i
案 ( W/ mm) (μ/ mm) (mm/ m) ( Kmm/ m2 ) (mm/ m)
A 545. 5 B 950. 2
141. 81 247. 05
1. 135 1. 976
0. 023 0. 040
表土物理力学参数 ρ
υ (103 kg/ m3 )
0. 32
1970
0. 3
2000
C ( M Pa) 0. 125 0. 145
摩擦 角 24 15
图 1 顺序式开采示意图
图 2 间隔式开采示意图
(4) 模拟计算不考虑与时间有关的物理量 。 3. 2 模型建立
进行模拟计算的模型采用 FL AC4. 0 建立 ,坐标原 点设在左下角 ,X 轴水平 ,由左向右方向为正方向 ; Y 轴 竖直 ,由下向上为正 。在模型的左侧 ,固定 X、Y 方向位 移 ,在其底部只固定 Y 方向位移 ,在其右侧只固定 X 方 向位移 。 3. 3 网格划分
地下开采引起的岩层移动及地表下沉是一个复杂 的物理 、力学变化过程 ,它涉及到采矿的各个领域 。在 国外 ,早在 15 世纪 ,地表开采沉陷问题就已被人们所注 意 。我国从 20 世纪 50 年代开始研究村庄下压煤不迁 村开采技术 ,前期以引进和学习国外先进经验为主 。我 国建筑物下采煤的试验研究工作从 20 世纪 60 年代开 始 ,先后在本溪 、鹤壁 、抚顺 、枣庄 、峰峰 、蛟河等矿区进 行建筑物下采煤试验 ,取得了丰富的经验和宝贵的监测 资料 。然而 ,在涉及到开采方法与地表移动和变形的关
系时 ,迄今对其研究还比较少 ,涉及到地面建筑物的保 护就更少 。运用 FL AC 数值模拟软件对其进行预测 , 并与现场实测数据进行对比 ,以揭示其规律 。 2 工程概况
湖南伍家冲矿 24 采区位于井田北翼 ,北邻矿井边 界 ,南临 22 采区 , 浅部至北大巷保安煤柱 , 深部至 350m 煤层底板等高线 ,整个采区面积约为 22 ×104 m2 , 地质储量为 79 ×104 t ,工业储量为 66 ×104 t ,可采储量 52. 8 ×104 t 。根据钻孔资料表明 ,采区出露地层与井田 地层一致 ,有二叠系 、三叠系和第四系 ,成煤时代属二叠 系乐平统龙潭组属三角洲平原的沼泽沉积含煤段平均 厚度为 3. 59m ,区内有 1908 一个钻孔 。采区设计主采 六煤 。采区地层呈单斜构造 ,倾角 13°左右 ,浅部地层 , 小型地质构造发育 ,采区南翼边界是 F8 断层 ,次生构 造发育 。地面建筑物多为民用住宅 ,比较密集 ,不宜搬 迁。 3 数学模型的建立
ρ= 1600 + 800 (1 - e - ) 1. 25t kg/ m3
(3)
E = 15 + 175 (1 - e - 1. 25t ) M Pa
(4)
μ = 0 . 05 + 0. 2 (1 - e - ) 1. 25t
(5)
式 (4) ～式 (6) 中 :时间 t 的单位为 a 。
3. 5 边界条件的确定
1 概述 煤炭是当今主要的能源 。随着社会的发展和生产
技术的进步 ,人们对能源的需求量越来越大 。煤炭从地 下采出后 ,其上方覆盖岩层失去支撑 ,岩体内部的原有 应力平衡状态受到破坏 ,引起岩体内应力的重新分布 , 使采空区周围的岩体产生位移 、变形直至破坏 。当采空 区面积达到一定的范围后 ,引起采空区上方地表产生移 动与变形 。地表的移动与变形影响建筑物的基础 ,导致 建筑物出现移动和变形 ,甚至出现破坏现象[1 - 2] 。
增加 ,采空区冒落矸石逐步被压实 ,强度逐步提高 ,可近 似地用弹性支撑体表述 。模拟中采用改变垮落带力学 参数的办法 。矸石的密度ρ、弹性模量 E 和泊松比μ都
2008 年第 4 期 西部探矿工程 1 05
随时间 t 而增加 ,可由下列经验公式表述[6] :
表变形值的叠加 ,可能加重地表建筑物的损害程度 。两
种方法的模拟结果如图 3 、图 4 和图 5 。
4. 1 两种方法预测的下沉曲线
图 3 两种开采方法的下沉曲线图 A - 跳采时地表下沉曲线 ;B - 顺序开采时地表下沉曲线