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采动覆岩破断运动与地表沉陷智能监控进展与展望
1
作者 黄庆享 李星亮 郭强 《西安科技大学学报》 北大核心 2026年第1期1-14,共14页
为探究采动覆岩破断与地表沉陷的内在关联机制,理清采动覆岩破断运动与地表沉陷智能监控领域从经典理论向智能监控技术的演进脉络,围绕覆岩结构演化、地表沉陷响应机制及监测手段,从理论模型、监测技术以及预测方法等方面,对典型研究成... 为探究采动覆岩破断与地表沉陷的内在关联机制,理清采动覆岩破断运动与地表沉陷智能监控领域从经典理论向智能监控技术的演进脉络,围绕覆岩结构演化、地表沉陷响应机制及监测手段,从理论模型、监测技术以及预测方法等方面,对典型研究成果进行系统梳理及综合评述,分析不同研究范式的内在联系与发展逻辑。结果表明:以“砌体梁”与“关键层”为代表的经典理论,揭示了覆岩破断的宏观控制机制,奠定了岩层控制的理论基础;而以InSAR、UAV测绘、DFOS、微震监测等技术为核心的“空-天-地”一体化监测体系,进一步实现了对覆岩破断规律与地表沉陷过程的动态精细化表征;上述理论与技术的进步,推动着当前研究范式从单一机理分析向多源数据融合驱动的转变,其预测模型亦从传统经验公式向物理机理与数据驱动相融合的智能模型演进;构建“感知-认知-决策”一体化的智能监控理论与技术体系,是实现矿区安全与生态协同控制的必然趋势,未来研究应着力多源异构数据融合、多物理场耦合致灾机理等技术瓶颈,并构建基于数字孪生的智能决策系统,为矿山精准开采与生态保护提供理论与技术支撑。 展开更多
关键词 覆岩破断 地表沉陷 岩层控制 多源数据融合 数字孪生 智能监控
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高位厚硬关键层破断致灾机制及弱化减灾效应研究
2
作者 王君 丁嘉兴 +3 位作者 宁杉 朱卫兵 赵波智 李竹 《工矿自动化》 北大核心 2026年第1期140-147,169,共9页
目前针对高位厚硬关键层的致灾机制研究多侧重于关键层的破断行为及其对采场强矿压的影响作用,关于关键层与煤层间距(层间距)变化对高位关键层的破断形式转变现象及其对应变能“积聚−释放”过程影响的研究相对较少。针对上述问题,综合... 目前针对高位厚硬关键层的致灾机制研究多侧重于关键层的破断行为及其对采场强矿压的影响作用,关于关键层与煤层间距(层间距)变化对高位关键层的破断形式转变现象及其对应变能“积聚−释放”过程影响的研究相对较少。针对上述问题,综合采用理论分析、数值模拟与相似模拟实验方法,揭示了高位关键层破断形式转变机制与能量聚散演化规律,比较了不同层位高位关键层弱化后工作面来压强度的衰减特征,阐明了高位厚硬关键层的弱化减灾效应。研究结果表明:关键层与煤层间距增大会导致关键层悬露区域面积发生变化,改变关键层走向及倾向边界上的弯矩大小及增长规律,促使其破断形式由竖向破断转变为横向破断;高位典型厚硬关键层因其承载能力强,悬露面积较低位关键层更大,弹性应变能积聚量更大,其破断弹性应变能快速释放诱发强矿压灾害的风险更高;水压致裂方法可显著改变关键层的破断步距及采场矿压显现强度,对煤层上方125 m处的高位关键层进行水压致裂弱化后,其破断步距较未弱化时减小40.94%,弹性应变能积聚量降低98.40%,工作面顶板压力下降了48.77%,因高位厚硬关键层断裂诱发的采场强矿压显现得到有效控制。 展开更多
关键词 高位关键层 厚硬岩层 覆岩运移 矿压显现 能量聚散 水压致裂
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急倾斜水平分段联合开采围岩破坏特征及应力传递规律研究
3
作者 伍永平 茹笑辉 +7 位作者 解盘石 王红伟 王立伟 杜玉乾 闫壮壮 田程阳 王乐辰 王正富 《煤炭工程》 北大核心 2026年第1期133-142,共10页
急倾斜煤层群水平分段开采过程中,多分段采动导致顶板运移与应力演化复杂。为研究其破断特征与应力演化机制,以新疆天顺矿为工程背景,结合物理相似模拟与数值计算,研究了围岩非对称破坏特征及能量-应力协同机制。结果表明,采动应力场呈... 急倾斜煤层群水平分段开采过程中,多分段采动导致顶板运移与应力演化复杂。为研究其破断特征与应力演化机制,以新疆天顺矿为工程背景,结合物理相似模拟与数值计算,研究了围岩非对称破坏特征及能量-应力协同机制。结果表明,采动应力场呈明显非对称偏转,沿倾向采空区顶板上下部形成应力集中区,中部为应力释放区,第三主应力逆向偏转,形成非对称应力包络拱。围岩破坏呈三阶段演化:一、二分段为初始稳定阶段,主应力偏转较小,围岩轻微垮落;三分段为临界失稳阶段,主应力偏转显著增大,微震能量和卸荷量均达峰值,承载拱突变失稳,高位岩层剧烈垮落;四、五分段为链式扩展阶段,卸荷范围扩大且微震频次增加,破坏范围随采深扩展。研究揭示顶板稳定性受开采工艺和主应力偏转的协同控制,分段高度为25 m时顶板阶段性失稳,三分段为临界阈值。 展开更多
关键词 急倾斜煤层 水平分段 围岩破坏 应力传递路径 应力偏转方向
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高速铁路采空区地基“活化”及临界荷载研究
4
作者 高保彬 陈志斌 +4 位作者 任连伟 邹友峰 王昕 朱宏博 任闯难 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第1期70-76,共7页
目的为了合理预计高速铁路列车动荷载是否会引起下方采空区“活化”的阈值,开展高速铁路采空区地基“活化”及临界荷载研究。方法采用理论分析计算和数值模拟相结合的方法,系统分析高速铁路采空区地基“活化”判定、采空区高速铁路列车... 目的为了合理预计高速铁路列车动荷载是否会引起下方采空区“活化”的阈值,开展高速铁路采空区地基“活化”及临界荷载研究。方法采用理论分析计算和数值模拟相结合的方法,系统分析高速铁路采空区地基“活化”判定、采空区高速铁路列车动荷载及对应的列车速度与轴重的计算。基于高速铁路采空区地基“活化”判定与高速铁路列车动荷载计算,建立采空区高速铁路临界荷载计算方法,应用于工程实践并得到临界荷载,对应得到高速铁路列车临界静轴重与临界速度;通过MIDAS软件进行数值模拟计算,求取导水裂隙带高度和临界荷载范围,验证采空区高速铁路临界荷载计算方法及理论分析计算结果的可行性和正确性。结果结果表明:在高速铁路列车通过采空区地表时,临界荷载为26.60 t。以设计静轴重17 t通过采空区地表时,临界车速为188.24 km/h,以设计速度250 km/h通过采空区地表时,临界静轴重为15.20 t。高速铁路列车以不超过计算的临界荷载26.60 t运行时,采空区地基不易“活化”;若同时以设计速度250 km/h和设计静轴重17 t通过采空区地表时,高速铁路列车荷载29.75 t已超过计算的临界荷载,为保证高速铁路和列车安全,应进行采空区处理。结论研究结果对高速铁路在采空区地表的建设和治理方案选择具有一定的指导价值。 展开更多
关键词 高速铁路 采空区 采空区“活化” 交通荷载 数值模拟
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巨厚顶板砂岩含水层下采煤水害防治:理论与技术
5
作者 李振华 黄玉峰 +5 位作者 王文强 杜锋 丁湘 马丹 张勃阳 翟明磊 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第1期270-289,共20页
黄陇煤田煤层赋存于洛河组巨厚砂岩含水层之下,该含水层地下水储量丰富、补给充分,造成煤层开采受顶板水害威胁严重,顶板水害防治技术成为制约矿井安全生产的关键。为全方位分析黄陇煤田巨厚顶板砂岩含水层下采煤水害防治现状,探讨未来... 黄陇煤田煤层赋存于洛河组巨厚砂岩含水层之下,该含水层地下水储量丰富、补给充分,造成煤层开采受顶板水害威胁严重,顶板水害防治技术成为制约矿井安全生产的关键。为全方位分析黄陇煤田巨厚顶板砂岩含水层下采煤水害防治现状,探讨未来基于新技术开展顶板水害防控的重点攻关方向,从水害防治理论和技术视角全方位总结了近年来黄陇煤田巨厚复合顶板砂岩含水层水害防治的研究进展,依据黄陇煤田煤层开采过程中顶板水害特点,顶板充水类型总体上可以划分为3类6型,其中持续性高涌水量水害和非持续性涌水类中的脉冲式涌水、离层突水灾害为主要灾害形式;在理论方面,通过总结巨厚顶板砂岩含水层突水灾害形成的水源、通道、突水预兆、顶板结构、含水层的补给-径流-排泄条件、顶板覆岩破断以及导水通道演化等研究现状,明确了在高强度采动影响下,导水裂隙带发育高度显著,裂采比最高达30以上,直接沟通含水层是引发持续性涌水的原因,含水层补给和采动挤压的双重作用是造成覆岩弯曲下沉带与裂隙带交接区域产生离层空间形成脉冲式突水灾害的原因;总体上明确了强采动条件下覆岩变形破坏特征及水害成灾机制;在技术方面,通过分析现有的导水裂隙带发育高度探查、含水层水文地质参数获取、巨厚顶板砂岩含水层水害治理等技术的优缺点,提出“地下水截流”结合长距离定向钻探与靶向探放技术,形成的“断源截流、集中疏排”是有效防治巨厚顶板砂岩含水层突水的技术体系,并且明确了该技术体系的多元信息智能监测与预警技术建设方向。在总结现行巨厚顶板砂岩含水层水害防治理论和技术的基础上,结合前沿发展方向,明确了黄陇煤田当前仍面临强采动条件下离层水复杂流动路径释水致灾机理不明等问题,在深层次突水机理、高精度探测与监测、新型注浆材料研发、保水开采与生态保护以及矿井水资源化与智能化防控方面指出了今后需要重点发展的方向。 展开更多
关键词 巨厚顶板砂岩含水层 深埋侏罗系煤层 顶板水害防治 离层突水 多元信息预警
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近距离煤层群覆岩结构致灾机理与防控技术
6
作者 谭云亮 李学斌 +4 位作者 刘学生 范德源 宋世琳 张宇 宋虎 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期314-337,共24页
与单一煤层开采相比,近距离煤层群开采时因受上部煤层开采后覆岩结构运动影响,其下煤层开采诱发覆岩结构“重复性”运动及矿压显现规律更加复杂,对下煤层采动巷道围岩控制带来很大不确定性。基于近距离煤层群开采条件下层间坚硬岩层赋... 与单一煤层开采相比,近距离煤层群开采时因受上部煤层开采后覆岩结构运动影响,其下煤层开采诱发覆岩结构“重复性”运动及矿压显现规律更加复杂,对下煤层采动巷道围岩控制带来很大不确定性。基于近距离煤层群开采条件下层间坚硬岩层赋存特征与承载结构演化规律,提出了完整承载型、局部承载退化型、局部承载失效型和退化失效复合型4类覆岩结构模型,分析了4类覆岩结构在工作面初次与周期来压过程中的动态演化,揭示了不同开采阶段顶板结构对采场支护与巷道围岩稳定性的影响机制,获得了煤层群开采条件下裂断拱延展倾角演化规律及其影响因素,并综合考虑关键块间的水平挤压力、煤层开采高度、层间距以及覆岩碎胀特征等因素,给出了4类煤层群开采覆岩结构力学与工程转化条件。然后,以双马一矿近距离煤层群开采为实例,通过相似材料试验与数值模拟相结合的方法,获得了双马一矿煤层群开采覆岩结构类型,并分析了下煤层采动巷道围岩变形破坏及能量演化规律。进一步地,围绕围岩承受能量总值与峰值能量阈值之间的关系,揭示了下煤层采动巷道围岩变形破坏失稳机理,并考虑不同覆岩结构运移对下煤层产生的附加应力影响,提出了围岩失稳判识系数计算方法,给出了围岩失稳能量判据。经计算,双马一矿4-2煤层Ⅰ0104_(2)05工作面采动巷道顶板失稳判识系数为0.246,帮部失稳判识系数为0.962,有一定失稳风险。在此基础上,提出了适用于不同覆岩结构类型的“远场卸压—近场加固”递进式控制技术体系,在对Ⅰ0104_(2)05工作面运输巷进行应用后,锚索受力降低了17.3%,顶底板和两帮移近量分别减小了60.5%和61.9%,围岩控制效果显著。最后,对不同影响因素与近距离煤层群开采覆岩结构类型之间的关系进行了讨论。 展开更多
关键词 煤层群 覆岩结构 转化条件 巷道失稳 能量 递进式控制
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厚松散层内“类散体拱”结构演化及覆岩运移规律
7
作者 谭毅 王宇 +5 位作者 李辉 张少普 冯羿翔 葛志博 汤泽 张志翔 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期43-53,共11页
目的为探究松散层内“类散体拱”结构发育与地表损害之间的关系,开展厚松散层内“类散体拱”结构演化及覆岩运移规律研究。方法以鹤煤五矿2303工作面为研究背景,综合运用PFC颗粒流数值模拟、现场钻孔漏失量观测联合微动勘探实测和非线... 目的为探究松散层内“类散体拱”结构发育与地表损害之间的关系,开展厚松散层内“类散体拱”结构演化及覆岩运移规律研究。方法以鹤煤五矿2303工作面为研究背景,综合运用PFC颗粒流数值模拟、现场钻孔漏失量观测联合微动勘探实测和非线性回归分析等方法进行研究。结果随着工作面推进,基岩整体破坏形态呈“正梯形”,松散层底部颗粒受基岩弯曲下沉扰动形成“拱形”胶结破坏区,颗粒在运动压实过程中形成具有一定承载能力的“类散体拱”结构;裂隙场、应力场和位移场均具有阶段性发育特征,导水裂隙带高度发育经历快速增长、缓增、骤增和稳定4个阶段,应力场演化主要经历基岩“压力拱”结构发育、“压力拱”与“类散体拱”结构联合演化、“类散体拱”结构发育3个阶段,地表下沉主要经历缓慢下沉、快速下沉、急速下沉和稳定下沉4个阶段,“三场”演化各阶段相互对应;通过在地表构建测量圆测量开采过程中地表下沉值,地表下沉曲线整体呈近似“V”形,开采结束后在采空区中部地表出现“台阶裂缝”,采空区两侧出现拉伸裂缝,与实际勘探结果吻合;现场联合钻孔漏失量观测和微动勘探实测表明,2303工作面导水裂隙带高度为147.46 m,裂采比为16.49;垮落带高度为57.46 m,垮采比为6.43;基于回归理论构建厚松散层地表最大下沉值多元非线性预测公式,有效降低了考虑单一影响因素地表最大下沉值预测误差,获得良好的拟合优度0.98。结论研究方法可为类似条件下煤矿的安全生产以及地表保护提供参考。 展开更多
关键词 厚松散层 类散体拱 导水裂隙带 覆岩破坏 地表下沉
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巨厚含水松散层下采动围岩应力-损伤-渗流场演化及地表沉陷特征模拟研究
8
作者 徐良骥 徐华锋 +1 位作者 刘潇鹏 曹宗友 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期11-21,共11页
目的为了揭示巨厚含水松散层复杂地质条件下采动围岩损伤与地表沉降特征,探讨松散层厚度、基岩厚度和含水层失水等因素对地表沉降的影响。方法以淮北巨厚含水松散层矿区为研究区域,采用数值模拟方法,使用FLAC3D将应力-损伤-渗流耦合数... 目的为了揭示巨厚含水松散层复杂地质条件下采动围岩损伤与地表沉降特征,探讨松散层厚度、基岩厚度和含水层失水等因素对地表沉降的影响。方法以淮北巨厚含水松散层矿区为研究区域,采用数值模拟方法,使用FLAC3D将应力-损伤-渗流耦合数学模型应用于巨厚含水松散层下煤层开采,分析采空区围岩损伤、渗透系数、地表采动与非采动沉降的演化特征。结果采后围岩损伤与渗流增高区呈“马鞍形”分布,随着松散层厚度增加,风化带原生裂隙扩展,在内部形成渗流优势通道,引导第四含水层水渗入,引发含水层失水固结,地表下沉加剧,下沉盆地中心区域更加平缓,地表沉降增长速率先快后缓。随着基岩厚度增加,采动围岩损伤和渗透增高区演化高度表现为先增后减,当基岩较薄时,整体易下沉、损伤范围易扩大,基岩较厚时,抑制风化带损伤演化,减少甚至阻止第四含水层水渗入风化带,降低第四含水层失水固结压缩沉降影响。结论松散层厚度和基岩厚度均对采动围岩损伤与渗透性能分布具有显著影响。松散层以自身重量为载荷对基岩产生影响,基岩厚度通过影响关键层的承载能力调节采动围岩损伤演化范围,与第四含水层直接接触的风化带是导致第四含水层失水的重要因素。研究结果可为巨厚松散层下煤层开采中的突水防治与地表沉陷控制提供关键理论指导。 展开更多
关键词 巨厚含水松散层 开采沉降 流固耦合 开采损伤 渗透系数 地表沉陷
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浅埋煤层大采高工作面覆岩结构研究
9
作者 黄庆享 高锦龙 韦业豪 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期224-238,共15页
基于神东和陕北煤炭基地的覆岩条件,通过对大采高工作面实测来压特征和覆岩垮落高度统计分析,结合物理相似模拟,研究了大采高工作面覆岩垮落特征,提出了大采高工作面等效直接顶的定义。根据等效直接顶对采空区的充填程度,将顶板结构分... 基于神东和陕北煤炭基地的覆岩条件,通过对大采高工作面实测来压特征和覆岩垮落高度统计分析,结合物理相似模拟,研究了大采高工作面覆岩垮落特征,提出了大采高工作面等效直接顶的定义。根据等效直接顶对采空区的充填程度,将顶板结构分为充分充填型和非充分充填型,分析了等效直接顶短悬臂梁结构对工作面支架的静载。研究得出:大采高工作面覆岩单一关键层一般形成“高位斜台阶岩梁”结构,该结构滑落失稳是工作面强来压的主要原因。大采高工作面覆岩双关键层下组关键层破断后可以形成稳定的“砌体梁”结构或易发生滑落失稳的“斜台阶岩梁”结构,上组关键层一般形成“砌体梁”结构,即覆岩双关键层形成“双砌体梁”结构或“斜台阶岩梁-砌体梁”结构,常见的是来压较强烈的“斜台阶岩梁-砌体梁”结构。上、下2组关键层关键块的同步与异步失稳是工作面大小周期来压的原因。根据大采高工作面“斜台阶岩梁-砌体梁”顶板结构模型,给出了工作面支架工作阻力理论计算方法,并通过了实例验证,可为大采高工作面顶板控制和支架选型提供理论依据。 展开更多
关键词 大采高工作面 等效直接顶 基本顶关键层 高位斜台阶岩梁结构 支护阻力
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采动影响下逆断层稳定性及覆岩移动规律研究
10
作者 郭文兵 胡超群 +1 位作者 张伊辉 葛志博 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期1-10,共10页
目的为了深入探究采动影响下逆断层稳定性和覆岩移动规律,避免断层受采动影响发生活化失稳,开展采动影响下逆断层稳定性和覆岩移动规律研究。方法系统剖析采动影响下断层活化机制,量化评估逆断层上下盘不同开采条件下断层活化难易程度,... 目的为了深入探究采动影响下逆断层稳定性和覆岩移动规律,避免断层受采动影响发生活化失稳,开展采动影响下逆断层稳定性和覆岩移动规律研究。方法系统剖析采动影响下断层活化机制,量化评估逆断层上下盘不同开采条件下断层活化难易程度,对比分析相应覆岩破坏方式和裂隙发育规律。结果结果表明:(1)在逆断层上盘开采时,覆岩节理法向和剪切位移矢量均趋于0,表明采动对覆岩移动和断层活化未产生显著影响,断层在开采影响下出现应力集中现象,但并未发生滑移;(2)在逆断层下盘开采时,覆岩沉降最大值比上盘覆岩沉降最大值高0.16 m,且裂隙发育高度更高,覆岩节理法向和剪切位移矢量分别为0.4,1.3 m,断层在采动影响下出现应力集中和“活化”滑移失稳现象;(3)利用活化风险指数Q判断断层活化风险大小,对比上下盘开采情况发现,下盘开采后断层更易发生“活化”滑移;(4)上下盘工作面开采时,断层稳定需分别满足T/F>0.087,T/F>11.43,因此下盘开采时断层更易失稳;(5)上下盘工作面开采时,断层稳定性差异显著,在下盘工作面开采时,工作面右侧与断层的水平距离需大于117 m。结论研究结果对回收煤炭资源和保障井上下安全具有重要意义。 展开更多
关键词 逆断层 开采扰动 活化 裂隙发育 应力集中
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大倾角工作面上下端头采动顶板非对称失稳力学机理及实证研究
11
作者 张炜 胡阳 +3 位作者 朱乐章 曹林超 赵圣勋 王雷 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2026年第1期11-21,共11页
以袁店二井煤矿7276大倾角工作面为工程实例,通过UDEC数值模拟证实了大倾角工作面上下端头采动顶板砌体梁结构的存在,并基于采场砌体梁理论,构建了大倾角工作面上下端头顶板砌体梁结构力学模型,分析了砌体梁结构滑落-回转稳定性,推导了... 以袁店二井煤矿7276大倾角工作面为工程实例,通过UDEC数值模拟证实了大倾角工作面上下端头采动顶板砌体梁结构的存在,并基于采场砌体梁理论,构建了大倾角工作面上下端头顶板砌体梁结构力学模型,分析了砌体梁结构滑落-回转稳定性,推导了上下端头顶板结构抗滑落能力与抗回转能力表达式,确定了不同失稳模式下支架所受载荷计算方法。在此基础上,判别了7276大倾角工作面“上端头顶板滑落失稳、下端头顶板回转失稳”模式,现场实测得出上端头支架工作阻力沿工作面倾向呈均匀分布,下端头支架工作阻力沿工作面倾向呈抛物线形增长,实测数据约是理论分析结果的82%~95%,验证了大倾角工作面上下端头顶板非对称失稳力学机理分析的合理性。研究成果可为大倾角工作面采动顶板控制提供理论指导。 展开更多
关键词 大倾角工作面 砌体梁结构 非对称失稳 支架载荷分布 现场实证
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基于无人机倾斜摄影的采空塌陷区识别方法
12
作者 张雷雨 朱进军 刘小丽 《金属矿山》 北大核心 2026年第2期269-275,共7页
针对传统人工解译方法在采空塌陷区识别过程中存在效率低下和主观性强的问题,结合无人机倾斜摄影技术与深度学习算法,提出了一种基于无人机倾斜摄影技术的采空塌陷区识别方法。该方法首先采用DJI Phantom4 RTK无人机在某矿采空塌陷区进... 针对传统人工解译方法在采空塌陷区识别过程中存在效率低下和主观性强的问题,结合无人机倾斜摄影技术与深度学习算法,提出了一种基于无人机倾斜摄影技术的采空塌陷区识别方法。该方法首先采用DJI Phantom4 RTK无人机在某矿采空塌陷区进行倾斜摄影测量,获取高分辨率的影像数据和三维点云数据;其次,利用Context Mapper三维重建软件对获取的数据进行处理,生成测区DOM(Digital Orthophoto Map)影像(分辨率2 cm)和DSM(Digital Surface Model)数据(分辨率5 cm);最后,结合形态学特征和光谱特征,构建了基于深度学习的塌陷区识别模型,以实现高效、准确的塌陷区自动识别。试验结果表明:所提方法在采空塌陷区识别中的总体精度达到94.3%,Kappa系数为0.91,显著优于传统人工解译方法。此外,所提方法的工作效率优于人工解译方法,显著降低了人为主观因素对识别结果的影响。在50个验证样本中,所提方法成功识别出47个塌陷区,仅漏判2个,误判1个,显示出该方法具有较高的可靠性,为地质灾害快速识别和动态监测提供了新的技术路径,具有较好的应用价值。 展开更多
关键词 采空塌陷区 无人机倾斜摄影测量 深度学习 目标识别 形态学 光谱特征
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厚松散层下煤层开采全地层移动变形时空演化特征
13
作者 张平松 许时昂 +4 位作者 吴海波 李圣林 傅先杰 郭立全 鲁海峰 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期239-254,共16页
煤炭资源井工开采会引发上覆地层的移动变形,对工业广场建(构)筑物运维、采区规划及矿井安全生产造成严重影响。揭示基岩、松散层与地表三者之间的移动变形差异性及其垂向形变传递特征,对于矿区安全开采与沉陷控制具有重要实践意义。以... 煤炭资源井工开采会引发上覆地层的移动变形,对工业广场建(构)筑物运维、采区规划及矿井安全生产造成严重影响。揭示基岩、松散层与地表三者之间的移动变形差异性及其垂向形变传递特征,对于矿区安全开采与沉陷控制具有重要实践意义。以两淮新集矿区为研究对象,采用分布式光纤感测技术构建全地层监测系统,通过开展三维物理相似模型试验与工程原位测试相结合的方法,利用应变表征数据研究了煤层开采过程中全地层垂向移动过程及其变形分布与演化特征。研究表明:基岩、松散层与地表的移动变形呈现非整体、不连续特征,基岩与松散层内部变形表现出典型的分段性。在变形时序特征上,基岩表现为“陡沉—慢沉—稳沉”的快速传递模式,松散层呈现“缓沉—陡沉—慢沉—稳沉”的含隔水层分段变形模式,而地表则表现为“慢沉—缓沉—稳沉”的非均速渐变移动模式。进一步分析发现,基岩段变形传递速率是松散层段的4.8倍,而基岩段变形传递时间仅为松散层段的0.27倍。现场监测结果表明:全地层下沉构成中,基岩段下沉贡献率为78.4%,松散层段下沉贡献率为21.6%。回采阶段上覆地层受沉积层状结构及疏水共同作用,内部拉伸变形主要集中于采空区上方离层发育区及采空区边界附近,而压缩变形则集中于煤壁前方支承压力影响区。研究结果深化了厚松散层下煤层开采覆岩移动变形传递机制的认识,可为开采过程中从被动沉陷控制转向主动减沉、减损提供数据支撑与科学指导。 展开更多
关键词 厚松散层 全地层移动 分布式光纤感测 变形传递特征 沉陷监测
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倾斜不规则工作面开采沉陷预计模型的构建与实现
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作者 赵春苏 陈俊杰 闫伟涛 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期204-212,共9页
目的为提升复杂开采条件下地表移动变形预计精度,准确预测倾斜不规则工作面开采引起的地表移动与变形。方法基于采深变化的单元影响函数,提出倾斜煤层任意开采单元采深计算方法,并构建适用于倾斜不规则工作面的沉陷预计模型。该模型利... 目的为提升复杂开采条件下地表移动变形预计精度,准确预测倾斜不规则工作面开采引起的地表移动与变形。方法基于采深变化的单元影响函数,提出倾斜煤层任意开采单元采深计算方法,并构建适用于倾斜不规则工作面的沉陷预计模型。该模型利用格林公式将沉陷面积分转化为边界线积分,推导了相应的线积分预计公式,并给出数值求解方法。在此基础上,开发了一体化预计程序,实现了从参数输入、积分区间确定到线积分求解的全流程计算,能够输出地表下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形等预计结果的可视化,评价分析工作面采动损害的等级,并结合实际矿区倾斜工作面开采实例,对所构建的预计模型进行验证与分析。结果结果表明,提出的倾斜不规则工作面开采移动变形预计模型和一体化程序,能够有效解决复杂开采条件下地表沉陷的精确预测计算和采动损害等级划分,预计结果符合开采沉陷基本规律,预计下沉的相对误差小于10%,满足工程预计的精度要求。结论预计模型具有可靠性和实用性,预计精度高,可为倾斜不规则工作面矿山开采优化设计和地表损害精准评估与防护对策制定提供理论依据和技术支撑。 展开更多
关键词 开采沉陷预计 不规则工作面 倾斜煤层 概率积分法 格林公式
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浅埋强风化条件下综采工作面破碎顶板改性控制技术研究
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作者 刘国庆 梁明 +4 位作者 武岗 胡浩东 王强 乔一洋 梁顺 《煤炭工程》 北大核心 2026年第1期68-75,共8页
针对浅埋强风化破碎顶板条件和沟谷地貌耦合作用下的顶板管理难题,以冯家塔煤矿3209浅埋工作面过强风化区顶板管控为工程背景,采用现场实测、数值模拟、理论分析以及工业性试验方法,研究了3209工作面过浅埋风化区掘—采全周期围岩稳定... 针对浅埋强风化破碎顶板条件和沟谷地貌耦合作用下的顶板管理难题,以冯家塔煤矿3209浅埋工作面过强风化区顶板管控为工程背景,采用现场实测、数值模拟、理论分析以及工业性试验方法,研究了3209工作面过浅埋风化区掘—采全周期围岩稳定性控制技术,评估了掘巷期间注浆锚索对顶板的补强支护效果,揭示了浅埋工作面在地表沟谷地形及顶板风化复合作用下的矿压显现机理。结果表明:在工作面回采期间运输巷顶板最大垂直应力达到2.45 MPa,顶板最大下沉量为248 mm,塑性区最大发育范围约20 m,顶板内裂隙以拉剪裂隙为主。冲沟地貌下工作面上方地表最大下沉量为1.76 m,超前支承压力峰值为5.40 MPa,应力集中系数达到1.8;工作面开采距离超过80 m后,裂隙趋于稳定增长,并提出了工作面强风化、破碎顶板注浆“再造”的安全回采控制技术方案,现场实施效果表明:顶板注浆措施有效提升了围岩整体稳定性和抗变形能力,工作面回采期间仅局部出现了煤壁片帮、端面漏冒情况,工作面整体顺利推进,且未出现压架情况;有效解决了工作面过浅埋风化区掘—采全周期的围岩控制问题。 展开更多
关键词 浅埋强风化区 沟谷地貌 矿压显现 注浆改性 巷道支护
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高位承压水作用下采场强矿压机理物理模拟
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作者 袁芳 唐建新 +1 位作者 孔令锐 闫振雄 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2026年第1期306-322,共17页
为研究高位承压水作用下采场强矿压机理,采用物理模拟试验方法,建立了含承压水试验系统的物理相似模型,分析了高位承压水作用下覆岩破断运动规律。研究结果表明,高位承压水作用下,对采场矿压起控制作用的岩层由基本顶第1亚关键层上升至... 为研究高位承压水作用下采场强矿压机理,采用物理模拟试验方法,建立了含承压水试验系统的物理相似模型,分析了高位承压水作用下覆岩破断运动规律。研究结果表明,高位承压水作用下,对采场矿压起控制作用的岩层由基本顶第1亚关键层上升至高位主关键层。高位主关键层初次和周期断裂步距大幅减小,断裂位置有向煤壁靠近的趋势。含水层(高位主关键层)下位岩梁呈现出自上而下的整体复合破断特征,采场顶板断裂位置由控顶区后方前移至煤壁。顶板复合破断时,裂隙发育高度、采场顶板最大位移、岩层断裂角均显著增大,增幅分别为743%、509%、27%,顶板来压强烈,揭示了采场强矿压显现的根本原因。高位承压水作用导致工作面超前支承压力集中范围和应力集中程度大幅增加,基本顶第1、2亚关键层和高位主关键层前支承压力升高区范围、支承压力峰值、后支承压力升高区范围平均增幅达611%、33%、124%。 展开更多
关键词 物理模拟 强矿压 承压水 岩层移动
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充填采矿对地表变形破坏影响的研究现状与展望
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作者 张凡 聂兴信 +5 位作者 吴功勇 张鑫 阮顺领 孙浩翔 娄一博 罗小新 《采矿技术》 2026年第1期207-215,共9页
充填采矿技术是保障矿区地表稳定性的关键技术,其多场耦合作用机制与生态协同效应已成为绿色矿山建设的关键科学问题。通过对多场耦合建模、纳米改性/地聚合物材料、InSAR智能监测等领域的全景式综述,凝练当前三大技术瓶颈:热渗流应力... 充填采矿技术是保障矿区地表稳定性的关键技术,其多场耦合作用机制与生态协同效应已成为绿色矿山建设的关键科学问题。通过对多场耦合建模、纳米改性/地聚合物材料、InSAR智能监测等领域的全景式综述,凝练当前三大技术瓶颈:热渗流应力多场耦合模型难以精确表征深部复杂环境交互机制;充填材料可持续性的失衡;监测体系实时性与精度不足制约动态预警。基于此,提出三大突破方向:构建跨尺度多物理场耦合模型,实现微观材料行为宏观地质响应的全域映射;研发低碳高性能纳米SiO_(2)改性材料,融合AI与IoT技术,构建动态预警系统;创新性地提出“材料工艺监测环境”四维协同智能框架,首次实现多场耦合效应与生态响应的定量解耦,通过“材料性能优化→工艺参数调控→监测数据反馈→环境约束适配”的闭环智能联动机制。通过整合多尺度力学解析、智能算法优化与政策动态适配,为矿区地表稳定性控制提供了从分子设计到生态重构的系统解决方案,对推动矿业低碳转型具有重大理论与工程价值。 展开更多
关键词 地表变形破坏 充填采矿 多场耦合 纳米改性材料
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基于SBAS-InSAR与PSO-LSTM的露天矿地表形变预测方法
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作者 郑俊析 杨飞 +3 位作者 王浩宇 杨志勇 李军 胡桂林 《金属矿山》 北大核心 2026年第2期259-268,共10页
对露天矿地表形变的特征和趋势进行分析和预测,是保障矿山绿色安全生产的重要环节。面向特大型露天矿,以新疆将军戈壁二号露天矿为例,基于SBAS-InSAR方法和粒子群优化算法的长短期记忆网络(PSO-LSTM)模型,提出了一种露天矿地表形变分析... 对露天矿地表形变的特征和趋势进行分析和预测,是保障矿山绿色安全生产的重要环节。面向特大型露天矿,以新疆将军戈壁二号露天矿为例,基于SBAS-InSAR方法和粒子群优化算法的长短期记忆网络(PSO-LSTM)模型,提出了一种露天矿地表形变分析与预测方法。该方法首先通过SBAS-InSAR方法计算了该矿地表形变,在此基础上针对当前水准测量、GNSS等形变监测方式在特大型露天矿存在的效率较低、空间覆盖范围有限等问题,采用粒子群优化算法(Genetic Algorithm Optimization,PSO)优化长短期记忆模型(Long Short-term Memory,LSTM),构建了PSO-LSTM模型进行形变预测。研究表明:(1)矿区整体平均形变速率为-2.832 mm/a,整体呈下沉趋势,其中内排土场地表形变速率明显高于其他区域;空间上,内排土场、东排土场分布较为均匀;时间上,东排土场和北排土场形变速率较低,速率大小较为恒定。(2)通过剖面线可以发现,北排土场空间形变分布呈现非均匀性,东排土场则表现出相对均衡的形变特征。采用均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)和平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)、平均绝对百分比误差(Mean Absolute Percentage Error,MAPE)和决定系数(R2)作为预测精度的评价指标。结果显示:相对于支持向量回归模型(Support Vector Regression,SVR)和LSTM模型,PSO-LSTM模型的RMSE和MAE至少降低了16%和30%,PSO-LSTM模型稳定性更好、偏差更小,反映出该模型能够有效捕捉采区地表形变的波动趋势,并且具有一定的稳定性。研究成果为露天矿地表形变分析与预警提供了新思路,对于特大型露天矿地表形变监测与预测有一定的参考意义。 展开更多
关键词 露天矿 SBAS-InSAR方法 形变预测 PSO-LSTM模型 粒子群优化算法 长短期记忆模型
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陕北白垩系冻结软岩抗折力学宏微观特性研究
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作者 闫和平 亓兴晗 +1 位作者 徐程 杨玉贵 《中国矿业》 北大核心 2026年第1期223-231,共9页
针对陕北地区白垩系软岩地层冻结法凿井工程常发生冻结管断裂、外层井壁垮塌等问题,本文以榆横矿区白垩系软岩为研究对象,采用XRD与SEM研究了洛河组中粒砂岩的矿物成分与微观结构特征;开展了白垩系软岩在冻结过程中的核磁共振试验,获得... 针对陕北地区白垩系软岩地层冻结法凿井工程常发生冻结管断裂、外层井壁垮塌等问题,本文以榆横矿区白垩系软岩为研究对象,采用XRD与SEM研究了洛河组中粒砂岩的矿物成分与微观结构特征;开展了白垩系软岩在冻结过程中的核磁共振试验,获得了冻结软岩的孔隙率和孔隙冰含量变化规律;并对不同温度(-5℃、-10℃、-15℃和-20℃)下的冻结软岩进行了抗折力学试验,分析了白垩系冻结软岩的抗折宏观力学特性与断面微观形貌特征。研究结果表明:洛河组中粒砂岩矿物成分以石英、钾长石、钠长石为主,高岭石黏土矿物含量达到18.7%;岩石内部结构由颗粒状矿物堆叠而成,存在较多的连通孔隙、微裂隙及局部孔洞。冻结过程中孔隙冰含量随温度降低先呈现快速升高、后缓慢升高直至平缓的趋势。白垩系冻结软岩抗折强度随温度降低先呈现快速增加、后逐渐平缓的变化趋势;与-5℃抗折强度相比,-10℃、-15℃及-20℃下的抗折强度分别提高了231.2%、288.0%及304.8%。随着温度的降低,洛河组砂岩断裂形态逐渐趋于平直,断裂面表面粗糙度减小。该研究成果对于揭示白垩系软岩地层的冻结过程演化与冻结壁破坏机理具有重要工程意义。 展开更多
关键词 白垩系软岩 力学特性 表面粗糙度 抗折强度 孔隙冰
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蒙东极弱胶结地层综放开采覆岩运移规律数值模拟研究
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作者 权锡柱 黄尊英 闫帅 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期156-165,共10页
目的为掌握蒙东白垩系极弱胶结地层综放开采覆岩运移规律及地表沉陷特征,以五间房煤田典型工作面为工程背景,开展蒙东极弱胶结地层综放开采覆岩运移规律数值模拟研究。方法首先,基于PFC2D 5.0建立颗粒流数值模型,对比地表沉降的现场实... 目的为掌握蒙东白垩系极弱胶结地层综放开采覆岩运移规律及地表沉陷特征,以五间房煤田典型工作面为工程背景,开展蒙东极弱胶结地层综放开采覆岩运移规律数值模拟研究。方法首先,基于PFC2D 5.0建立颗粒流数值模型,对比地表沉降的现场实测值与模拟值,验证模型参数的合理性;其次,综合力链图、主应力图与位移图分析综放开采覆岩的运移规律;最后,分析埋深、采高、推进速度影响下覆岩运移特性的敏感性。结果结果表明:上覆岩层大体经历3个阶段:陷落拱形成和快速湮灭阶段、陷落盆地逐步形成阶段、陷落盆地周期性扩展阶段;移动支承压力场峰值的分布范围为8.19~11.86 MPa,回采200 m时其最大偏应力场峰值为10.76 MPa,应力水平普遍较低,但明显高于岩层的力学强度;覆岩运移的3个阶段末期的地表最大沉陷值分别为0.95,6.67,8.85 m,相比西部侏罗系矿井的开采实践,地表沉降明显较大;敏感性分析结果表明,采高、埋深与推进速度的R值分别为5.37,2.76,2.01,说明采高对覆岩运移的影响最大。结论该研究成果可为蒙东白垩系极弱胶结地层采动引起的灾害防控提供理论指导。 展开更多
关键词 白垩系 极弱胶结地层 颗粒流 覆岩运移 敏感性分析
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