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Microseismic characteristics and settlement analysis of concrete face rockfilldams on deep overburden layers during the fillingprocess
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作者 Haoyu Mao Nuwen Xu +5 位作者 Peiwei Xiao Guo Liao Feng Gao Xiang Zhou Xinchao Ding Biao Li 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 2026年第2期1034-1048,共15页
Many hydropower projects have been constructed in Southwest China with the strategic goal of achieving carbon neutrality.Most of these hydropower projects utilize concrete face rockfilldams(CFRDs)built on a deep overb... Many hydropower projects have been constructed in Southwest China with the strategic goal of achieving carbon neutrality.Most of these hydropower projects utilize concrete face rockfilldams(CFRDs)built on a deep overburden layer.The deep overburden layer causes uneven settlement between the overburden layer and the dam,which poses a serious threat to the safety of both the construction and operation of the dam.In this study,microseismic(MS)monitoring technology was employed for the firsttime in the fieldof dam fillingengineering,allowing for the real-time monitoring of microfracture in the bedrock during dam construction.The time-frequency analysis method was used to summarize the MS waveform characteristics induced by dam filling.The fracture mechanism of bedrock was revealed,and the relationships among slope deformation,dam settlement,and MS activity were analyzed.The following research results have been obtained.The MS signal induced by dam fillinghas low energy and amplitude,short duration,and high frequency.The fracture of the bedrock was mainly shear failure.MS monitoring can predict deformation during blasting excavation and capture the large settlement that may occur during dam fillingin advance.Research findingshave demonstrated the significantapplication value of MS monitoring technology in predicting the risk of dam settlement and provide a reference for similar projects. 展开更多
关键词 Concrete face rockfilldam(CFRD) Deep overburden layer SETTLEMENT Microseismic(MS)monitoring Dam filling
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Theoretical model and numerical simulation research on minimum overburden thickness of TBM excavation based on surrounding rock arching theory
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作者 ZHOU Zhong SUI Yuchao YAN Haitao 《Journal of Southeast University(English Edition)》 2026年第1期12-25,共14页
Based on the surrounding rock arching and hingeless arch structure theories,a theoretical formula for the minimum overburden thickness was derived.By substituting different mechanical parameters of multiple tunnels at... Based on the surrounding rock arching and hingeless arch structure theories,a theoretical formula for the minimum overburden thickness was derived.By substituting different mechanical parameters of multiple tunnels at home and abroad into this formula,minimum self-supporting arch formulas under different surrounding rock classes were obtained.Based on the actual engineering case of a dual-mode shield tunnel,a numerical model for the tunnel boring machine excavation mode was established to verify the theoretical formulas.Next,three surrounding rock classes,four soil layer thickness gradients,and twelve overburden thickness gradients were designed,resulting in 144 models formed by the combination of the three factors.Uniform tests were conducted,and the pressure arch heights under different surrounding rock classes were obtained.The results show that in the theoretical formulas,the tunnel radius has a linear positive correlation with the pressure arch height,while the tunnel depth has a linear positive correlation with the square of the pressure arch height.According to numerical simulation results,the pressure arch height increases with the increase of the overburden thickness and then tends toward a critical value of twice the tunnel diameter.Finally,the results of the numerical model are in good agreement with those calculated using the theoretical formulas,verifying the rationality of the established theoretical formulas. 展开更多
关键词 minimum overburden thickness tunnel boring machine(TBM) pressure arch numerical simulation self-supporting arch
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Fault-influenced overburden deformation in a steeply dipping submarine orebody
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作者 GUO Jie LI Guang MA Feng-shan 《Journal of Central South University》 2026年第1期189-201,共13页
Seabed mining operations have been found to induce significant movement and deformation in overlying rock strata,posing serious threats to mining safety.The presence of geological faults further complicates these defo... Seabed mining operations have been found to induce significant movement and deformation in overlying rock strata,posing serious threats to mining safety.The presence of geological faults further complicates these deformation patterns.This study utilized geophysical surveys and the continuum-based discrete element method(CDEM)to investigate how fault activity influences rock deformation and failure.The results demonstrate that:1)Acting in mechanically weak zones,faults exerted a pronounced barrier effect on deformation propagation and stress redistribution within the surrounding rock,leading to markedly divergent displacement patterns on either side of the fault plane.Comparative analyses between single-fault and double-fault models revealed an 18%−22%expansion of the damage zone under the latter,together with significantly intensified deformation and failure;2)The double-fault model exhibited a larger maximum cumulative vertical displacement and a spatial shift in the location of peak deformation,thereby posing a heightened threat to mine safety;3)Acting in an orebody substitute,backfill effectively constrained surrounding rock deformation,enhanced its load-bearing capacity,and delayed the overburden subsidence.Nevertheless,backfill only reduced the amplitude of deformation;it could not entirely prevent settlement.These findings provide essential theoretical insights and foundational knowledge for safer submarine mining practices. 展开更多
关键词 submarine mining steeply inclined ore body fault effect overburden deformation discrete element method of continuum mechanics
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Prediction of overburden layer thickness based on spatial heterogeneity analysis and machine learning models in hillslope regions 被引量:1
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作者 Zhilu Chang Shui-Hua Jiang +4 位作者 Faming Huang Lei Shi Jinsong Huang Jianhong Wan Filippo Catani 《Geoscience Frontiers》 2025年第5期109-122,共14页
The spatial distribution of overburden layer thickness(OLT)is crucial for landslide susceptibility prediction and slope stability analysis.Due to OLT spatial heterogeneity in hillslope regions,combined with the diffic... The spatial distribution of overburden layer thickness(OLT)is crucial for landslide susceptibility prediction and slope stability analysis.Due to OLT spatial heterogeneity in hillslope regions,combined with the difficulty and time consumption of OLT sample collection,accurately predicting OLT distribution remains a challenging.To address this,a novel framework has been developed.First,OLT samples are collected through field surveys,remote sensing,and geological drilling.Next,the heterogeneity of OLT’s spatial distribution is analyzed using the probability distribution of OLT samples and their horizontal and vertical distributions.The OLT samples are categorized and the small sample categories are expanded using the synthetic minority over-sampling technique(SMOTE).The slope position is selected as a key conditioning factor.Subsequently,16 conditioning factors are applied to construct OLT prediction model using the random forest regression algorithm.Weights are assigned to each OLT sample category to balance the uneven distribution of sample sizes.Finally,the Pearson correlation coefficient,mean absolute error(MAE),root mean square error(RMSE),and Lin’s concordance correlation coefficient(Lin’s CCC)are employed to validate the OLT prediction results.The Huangtan town serves as the case study.Results show:(1)heterogeneity analysis,SMOTE-based OLT sample expansion strategy and slope position selection can significantly mitigate the effect of spatial heterogeneity on OLT prediction.(2)The Pearson correlation coefficient,RMSE,MAE and Lin’s CCC values are 0.84,1.173,1.378 and 0.804,respectively,indicating excellent prediction performance.This research provides an effective solution for predicting OLT distribution in hillslope regions. 展开更多
关键词 overburden layer thickness Heterogeneity analysis Random forest regression Slope position Hillslope regions
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Study on the effect of mining height on overburden strata movement in longwall mining
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作者 Ying Ma Qunying Wu +4 位作者 Jinhong Yang Fuqiang Gao Jinfu Lou Bingwei He Jianzhong Li 《International Journal of Coal Science & Technology》 2025年第4期160-173,共14页
The mining height of a coal seam is a critical factor influencing the detachment,collapse,and formation of the collapse angle of the strata during strata movement.To clarify the mechanism by which mining height affect... The mining height of a coal seam is a critical factor influencing the detachment,collapse,and formation of the collapse angle of the strata during strata movement.To clarify the mechanism by which mining height affects strata movement characteristics,a physical model experiment was conducted based on the geological conditions of the Panel 122104 in Caojiatan Coal Mine in Shaanxi.The experiment examined strata movement at mining heights of 1 m and 10 m,identifying differences in detachment,collapse behavior,and collapse angles under these two conditions.The results indicate the following:Delamination range directly governs collapse patterns,with higher stress concentration accelerating delamination initiation and expanding affected zones.1 m mining height exhibits a“superposed fixed beam”structure with lower strength compared to the“fixed beam+cantilever beam”configuration under 10 m height.A model estimating collapse step shows 9.13%average error.Strata structure dictates collapse angle mechanisms:Pseudo-plastic deformation under 1 m height determines collapse angle through vertical tensile stress boundaries,whereas 10 m height exhibits brittle fracture behavior with collapse angles approximating fracture angles.Periodic collapse volume above working face directly correlates with mine pressure intensity and is positively correlated with the caving step distance,collapse angle,and caving range.These parameters show higher values under 10 m mining height,resulting in more pronounced mine pressure manifestations compared to 1 m conditions. 展开更多
关键词 Mining height overburden movement DELAMINATION Collapse angle Structural instability
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Effect of Seismic Bedrock Interface Depth on Surface Ground Motion Parameters of Deep Overburden Sites
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作者 Yiyao Shen Xiuli Du +1 位作者 Liyun Li Dong-Mei Zhang 《Journal of Earth Science》 2025年第4期1623-1631,共9页
Ground response analysis and determination of site-specific ground motion parameters are necessary for evaluating seismic loads to enable sustainable design of aboveground and underground structures,particularly in de... Ground response analysis and determination of site-specific ground motion parameters are necessary for evaluating seismic loads to enable sustainable design of aboveground and underground structures,particularly in deep overburden sites.This study investigates the influence of bedrock interface conditions and depth of soil deposits on obtained site-specific ground motion parameters.Employing the one-dimensional seismic response analysis program SOILQUAKE,the ground responses of five representative soil profiles and 1050 case studies are calculated considering three different site models of seismic input interfaces.The analysis employs the actual bedrock interface with a shear wave velocity of 760 m/s as the reference input bedrock interface.The results illustrate that the selection of the bedrock interface condition significantly affects the seismic response on the ground surface of deep overburden sites.Specifically,the ground surface acceleration response spectra at longer periods are notably smaller compared to those at the actual bedrock site.This may present a challenge for designing long-period high-rise buildings situated in deep overburden sites.It is recommended to select a seismic input bedrock interface closely approximating the actual bedrock depth when conducting seismic response analyses for deep overburden sites. 展开更多
关键词 seismic bedrock interface deep overburden sites soilquake frequency consistent method seismic response
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Effects of spatial heterogeneity on pseudo-static stability of coal mine overburden dump slope,using random limit equilibrium and random finite element methods:A comparative study
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作者 Madhumita Mohanty Rajib Sarkar Sarat Kumar Das 《Earthquake Engineering and Engineering Vibration》 2025年第1期83-99,共17页
Sudden and unforeseen seismic failures of coal mine overburden(OB)dump slopes interrupt mining operations,cause loss of lives and delay the production of coal.Consideration of the spatial heterogeneity of OB dump mate... Sudden and unforeseen seismic failures of coal mine overburden(OB)dump slopes interrupt mining operations,cause loss of lives and delay the production of coal.Consideration of the spatial heterogeneity of OB dump materials is imperative for an adequate evaluation of the seismic stability of OB dump slopes.In this study,pseudo-static seismic stability analyses are carried out for an OB dump slope by considering the material parameters obtained from an insitu field investigation.Spatial heterogeneity is simulated through use of the random finite element method(RFEM)and the random limit equilibrium method(RLEM)and a comparative study is presented.Combinations of horizontal and vertical spatial correlation lengths were considered for simulating isotropic and anisotropic random fields within the OB dump slope.Seismic performances of the slope have been reported through the probability of failure and reliability index.It was observed that the RLEM approach overestimates failure probability(P_(f))by considering seismic stability with spatial heterogeneity.The P_(f)was observed to increase with an increase in the coefficient of variation of friction angle of the dump materials.Further,it was inferred that the RLEM approach may not be adequately applicable for assessing the seismic stability of an OB dump slope for a horizontal seismic coefficient that is more than or equal to 0.1. 展开更多
关键词 coal mine overburden dump slope random limit equilibrium method random finite element method seismic slope stability spatial heterogeneity
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倾斜煤层开采覆岩裂隙分布规律试验研究 被引量:1
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作者 柴敬 吕伟明 +3 位作者 韩志成 朱海涛 侯树宏 马永生 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2026年第1期1-10,共10页
为研究倾斜煤层采动覆岩裂隙分布规律,选择枣泉煤矿150202工作面作为研究对象,将分布式光纤感测技术应用于物理相似模拟试验中,监测岩层内部应变,并结合分形理论,得到不同工作面长度下覆岩裂隙分形维数云图,定量表征了覆岩裂隙发育程度... 为研究倾斜煤层采动覆岩裂隙分布规律,选择枣泉煤矿150202工作面作为研究对象,将分布式光纤感测技术应用于物理相似模拟试验中,监测岩层内部应变,并结合分形理论,得到不同工作面长度下覆岩裂隙分形维数云图,定量表征了覆岩裂隙发育程度和分布特征;提取光纤沿线处的裂隙分形维数,进一步分析了光纤应变数据与覆岩裂隙分形维数之间的关系。研究表明:工作面两侧裂隙发育更充分,工作面上部贯通裂隙分布更集中,覆岩裂隙分形维数呈现两头高中间低的驼峰状,工作面上部峰值宽度小于工作面下部;裂隙率和分形维数总体均呈现上升趋势,覆岩裂隙分形维数呈上升—稳定—下降的周期性发展趋势;模型开挖过程中水平光纤应变曲线由单峰、双峰状向三峰状演变,由于煤层倾角的影响,光纤应变呈非对称分布特征,其左侧峰值远大于右侧,水平光纤沿线的裂隙分形维数峰值分布特征与光纤应变峰值分布特征保持一致;覆岩裂隙分形维数云图有分区特征,垂直光纤应变和其沿线分形维数曲线都呈现台阶状,台阶分界面与覆岩“三带”裂隙发育高度相对应,给出了垂直光纤应变与其分形维数之间的函数关系。研究结果为分布式光纤传感技术表征覆岩裂隙发育程度提供参考。 展开更多
关键词 采动覆岩 裂隙发育 分形理论 模型试验
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从离层注浆到覆岩隔离注浆充填的创新与发展
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作者 许家林 轩大洋 +1 位作者 李建 王秉龙 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期209-223,共15页
建筑物压煤开采一直是困扰煤矿的重大技术难题,为了解决我国这一问题,20世纪80年代开始在近10个煤矿开展了离层注浆减沉试验,取得了一定效果,但由于其实际减沉率达不到建筑物保护的要求,通过离层注浆开采建筑物压煤的技术可行性受到质... 建筑物压煤开采一直是困扰煤矿的重大技术难题,为了解决我国这一问题,20世纪80年代开始在近10个煤矿开展了离层注浆减沉试验,取得了一定效果,但由于其实际减沉率达不到建筑物保护的要求,通过离层注浆开采建筑物压煤的技术可行性受到质疑而逐渐被弃用。基于岩层控制的关键层理论和全柱状学术思想研发的覆岩隔离注浆充填技术,2009年率先在淮北矿区成功应用,解决了建筑物压煤开采的难题,应用范围、规模、领域不断扩大。当前,覆岩隔离注浆充填热度有增无减,为促进行业技术健康发展,有必要科学回顾、全面审视发展历程,清晰厘定理论、技术层面的差异,系统论述覆岩隔离注浆充填在理论、技术、实践等方面的创新。在原理层面,鲜明地将技术实质由离层注浆的“寻找离层”扭转到隔离注浆的“压实注浆”,坚定了正确的指导思想与理论方向。从采动覆岩卸荷膨胀累积效应审视发现,离层受到抑制作用,最大量通常小于采高的10%,有些条件下甚至没有,离层注浆将重心放在“离层空间”并加以灌注,实践证明其充填量少、注采比小,难以阻止关键层破断下沉,这是离层注浆减沉效果不及预期的根本原因。覆岩隔离注浆的压实注浆方法,变被动“寻找离层”为主动“挖掘空间”,通过注浆压力的“托上压下”作用,在关键层破断前将其下部卸荷膨胀岩层重新压实,从而产生可注浆充填空间,大幅提高注采比,在采空区中部形成压实支撑体,对关键层结构产生支撑并保持长期稳定性。在原理创新的基础上,从技术层面攻克了往哪注、注多少、怎么注等3方面难题,将压实注浆由抽象理论转化为工艺方法。在注浆层位方面,创新提出了主层位概念,从根本上确保了注浆充填的控沉效果;通过基于关键层位置的裂隙带高度预计等理论方法的运用,确保了注浆充填隔离层的安全性;尤其是在全柱状学术思想的指导下,针对薄基岩厚松散层条件下覆岩结构由基岩关键层向松散层拱结构转移,覆岩隔离注浆的层位也由基岩进化到松散层底界,并取得了实践创新。围绕充填量与注采比的关键技术问题,从理论上阐明了充填物料由固相浆材到液态浆体再到压实固结的过程,进而根据岩层移动规律确定了充填体在空间上呈梯台状的赋存形态,并提出了考虑岩体碎胀与地表沉陷的注采比计算式,回答了能够注多少以及需要注多少的问题,彻底颠覆了以离层量预计充填量的认知。进而,提出了以注采匹配为核心的注浆控制技术,使压实注浆转化为可控的导向注浆,从源头保障了减沉效果;加之注浆钻孔布置等系列设计方法,与钻孔压力、密度、流量参数监测调控的运用,实现了采动黑箱地层中钻孔注浆的长周期健康运行,以及地表沉陷控制效果的稳定性。在系列理论与关键技术支撑下,覆岩隔离注浆将注采比提高到50%以上,地表下沉系数控制在0.1以下,满足了建筑物保护的要求,实现了村庄不搬迁开采(减沉),以及百万吨级煤基固废的综合利用(减排)、含水层保护(减漏)和矿震防治(减震)。发展方向是,针对煤矿固废充填材料不足和“双碳”目标,将CO_(2)作为注浆充填材料,达到减沉、减排、减漏、减震、减碳的“一注五减”效果,实现煤炭资源绿色开采与低碳利用。 展开更多
关键词 覆岩隔离注浆充填 卸荷膨胀累积效应 全柱状 关键层 绿色开采
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深埋特厚煤层采动覆岩破断及裂隙场演化特征
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作者 谭毅 张少普 +11 位作者 何满潮 李辉 郭文兵 王宇 白二虎 朱淳 杨军 程浩 郭纬宇 王燃烈 曹新发 李林猫 《煤炭学报》 北大核心 2026年第2期924-942,共19页
揭示深埋特厚煤层采动覆岩破断失稳致灾机理与裂隙场演化规律,是煤矿工作面突水溃沙等灾害防治的理论基础。以陕西某矿2301工作面采矿地质条件为工程背景,基于数值模拟、分形理论、裂隙熵理论、力学模型构建及现场实测相结合的方法对采... 揭示深埋特厚煤层采动覆岩破断失稳致灾机理与裂隙场演化规律,是煤矿工作面突水溃沙等灾害防治的理论基础。以陕西某矿2301工作面采矿地质条件为工程背景,基于数值模拟、分形理论、裂隙熵理论、力学模型构建及现场实测相结合的方法对采动覆岩破断运移和裂隙场动态分布特征展开研究。从采动裂隙场角度分析了覆岩裂隙率、分形维数、裂隙长度和裂隙熵动态演化规律,揭示了各子研究区域采动过程中覆岩裂隙张开闭合裂隙占比、裂隙长度及分形演化特征,量化了覆岩裂隙空间展布的各向异性,构建了覆岩应力拱平衡轨迹方程。结果表明:采动覆岩呈现显著成组破断运移规律和裂断拱周期性起拱特征,且裂断拱周期性起拱为裂隙场主控裂隙;裂隙带内裂隙呈现“弧形”破坏分布特征,平均裂隙率及分形维数分别为2.40%与0.81,采动裂隙场演化为大部对称“拱形”拓扑结构;采动裂隙场呈现“应力场重构—裂隙萌生扩展—结构失稳重组—自修复调控”演化特征,覆岩裂隙经历了“裂隙张裂—裂隙闭合”动态演化过程,优势裂隙群通过合并机制形成贯通型裂隙网络。采用裂隙熵理论量化了裂隙场不同区域裂隙空间展布的各向异性,并统计分析了采动覆岩不同区域内裂隙倾角演化规律及分布特征;基于三铰拱结构理论,构建了采动覆岩应力拱平衡轨迹方程;通过现场实测结果分析得出导水裂隙带高度为224 m,裂采比为24.9,现场实测结果与数值模拟结果基本一致,研究结果对类似地质条件工作面相关灾害防治具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 采动覆岩 分形理论 裂隙率 应力拱 钻孔漏失量
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原生覆岩结构与再生覆岩结构的概念及其关系探讨
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作者 郭忠平 王桦 +1 位作者 许元超 杨涵 《中国矿业》 北大核心 2026年第3期27-33,共7页
在煤层群下行开采及厚煤层分层开采过程中,下煤层开采诱发覆岩结构二次运动、矿压显现规律更复杂,因此,研究重复采动下新形成的覆岩结构对保障工作面安全生产至关重要。基于矿山压力相关理论,通过对比归纳首采阶段与重复采动阶段的覆岩... 在煤层群下行开采及厚煤层分层开采过程中,下煤层开采诱发覆岩结构二次运动、矿压显现规律更复杂,因此,研究重复采动下新形成的覆岩结构对保障工作面安全生产至关重要。基于矿山压力相关理论,通过对比归纳首采阶段与重复采动阶段的覆岩结构特征,提出了原生覆岩结构与再生覆岩结构的概念;进而从结构、力学与能量演化三个层面探讨了两者的辩证关系,并在此基础上阐明了再生覆岩结构条件下要解决的科学问题。研究结果表明:原生覆岩结构指煤层开采前处于原始地应力平衡状态的上覆岩层体系,再生覆岩结构指原生覆岩结构经历初次采动扰动后,在岩层自重、矿山压力及地下水等多种因素共同作用下,经压实、胶结与再平衡过程形成的新覆岩体系;原生覆岩结构是再生覆岩结构形成与演化的基础,其损伤程度与结构形态直接影响再生覆岩结构的运动特征;原生覆岩结构的“三带”发育状态为再生覆岩结构的“三带”演化提供了物质条件与空间条件,而再生覆岩结构的“三带”演化则是原生覆岩结构的“三带”在重复采动下的延续;同时,两者在结构层面与能量层面上表现出阶段性重构与再平衡特征,揭示了覆岩系统在重复采动扰动下“基础-演化-重构”的辩证关系。研究成果从概念层面厘清了重复采动前后覆岩结构的状态差异与演化联系,弥补了传统矿压理论在重复采动条件下覆岩结构描述模糊、适用性不足的缺陷,为传统矿压理论向重复采动条件的延伸应用提供了概念框架和理论依据。 展开更多
关键词 原生覆岩结构 再生覆岩结构 重复采动 矿山压力 辩证关系
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沟谷地貌下近距离煤层覆岩结构演化及矿压规律研究
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作者 杨涛 张一铭 +8 位作者 张杰 林海飞 刘东 朱建涛 刘辉 何义峰 孙建平 邓佳玥 孙佳瑞 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2026年第2期389-403,共15页
安山煤矿浅埋近距离煤层(2^(-2)煤和3^(-1)煤)开采中,下煤层开采扰动导致上部采空区覆岩结构活化,易引发矿压灾害,沟谷地貌下更为显著。研究采用现场调研、理论分析、相似模拟和数值模拟方法,得出以下结论:基于关键层理论构建悬臂梁力... 安山煤矿浅埋近距离煤层(2^(-2)煤和3^(-1)煤)开采中,下煤层开采扰动导致上部采空区覆岩结构活化,易引发矿压灾害,沟谷地貌下更为显著。研究采用现场调研、理论分析、相似模拟和数值模拟方法,得出以下结论:基于关键层理论构建悬臂梁力学模型,分析得出沟谷地段下的来压步距,提出双关键层同步破断时支架阻力计算方法。相似模拟显示,逆坡开采时覆岩双结构易发生“同步位移”引发动载矿压;声波CT监测表明关键层断裂重合处岩层垂直切落可导致地表剧烈下沉。UDEC模拟证实坡角越大越易引发双结构同步位移,逆坡开采时岩层载荷集中作用于支架,造成台阶式地表下沉和动载矿压。研究揭示了沟谷地貌下覆岩结构演化与矿压联动机制,为灾害防控提供了理论依据。 展开更多
关键词 浅埋近距离 沟谷地貌 覆岩结构 矿压规律 动压防治
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乌达矿区浅埋多煤层采动裂隙演化及地表沉降特征
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作者 谭毅 崔宇航 +5 位作者 郭文兵 张少普 王宇 程浩 郭纬宇 张帅 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第2期220-236,共17页
针对多煤层重复采动条件下覆岩裂隙发育复杂、地表多次扰动等难题,以浅埋多煤层工作面为研究对象,基于DEM数值模拟结果,引入分形几何理论对重复采动覆岩裂隙进行量化表征,并结合裂隙率理论计算,阐明了煤层群采动裂隙演化及地表损伤规律... 针对多煤层重复采动条件下覆岩裂隙发育复杂、地表多次扰动等难题,以浅埋多煤层工作面为研究对象,基于DEM数值模拟结果,引入分形几何理论对重复采动覆岩裂隙进行量化表征,并结合裂隙率理论计算,阐明了煤层群采动裂隙演化及地表损伤规律。结果表明:(1)随着煤层下行开采,裂隙经历“激活—扩张—压实—再激活”的周期性演化过程,近距离开采下,覆岩破断角保持相同趋势,随着煤层间距增大扰动效应减弱,形成不同的覆岩破断角,裂隙形态呈“双梯形”。(2)基于分形几何理论揭示了煤层群采动裂隙多次扰动、分区演化的复杂发育特征,通过整体分形得知首层煤开采后分形结果在不同因素影响下稳定增长,平均增量维持在0.06左右,而下伏煤层开采后受扰动影响呈先减小闭合后增大扩张的趋势,相较于近距离开采,较大层间距下的整体分形结果受扰动影响更为显著;分区分形维数表征了不同区域采动裂隙的发育程度,并将其分为“裂隙发育区—扰动激活区—闭合压实区”。(3)利用图像处理技术提取裂隙长度得出,埋深小于100 m的区域裂隙平均长度为39.4 m,远高于埋深在100 m以下的23.7 m;通过对不同位置裂隙率以及其增量进行计算分析,在间距21.26~27.42 m时上层扰动裂隙率增量显著,在间距为86.8 m时扰动效应衰减,裂隙率增量较少,地表下沉量增加,裂隙随采动呈现扩展与闭合交替的动态演化特征。(4)根据模拟结果、地表最大下沉模型和概率积分法对地表沉陷进行预计,结果绝对误差不超过3.6%;由地表沉降与裂隙演化关系曲线得出浅埋多煤层采动下地表沉降量与裂隙发育呈正相关。 展开更多
关键词 重复采动 覆岩运移 分形维数 数值模拟 地表沉降
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煤铝协调开采采场应力叠加与覆岩运移破断规律
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作者 孟庆彬 韩绪 +3 位作者 黄炳香 浦海 王锐 安刚健 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期718-731,共14页
为实现煤与煤系铝土矿的协调高效安全开采,首先基于山西车家庄煤业工程地质条件构建了大型三维数值模型,探究了不同煤铝协调开采方式下采场应力与位移时空演化规律;其次,开展了煤铝协调开采相似材料模型试验,揭示了煤铝协调开采采场应... 为实现煤与煤系铝土矿的协调高效安全开采,首先基于山西车家庄煤业工程地质条件构建了大型三维数值模型,探究了不同煤铝协调开采方式下采场应力与位移时空演化规律;其次,开展了煤铝协调开采相似材料模型试验,揭示了煤铝协调开采采场应力传递叠加与覆岩运移破断规律;最后,基于协调开采理念,明确了煤铝协调开采条件下煤铝工作面回采的合理错距。研究结果表明:在煤铝协调开采初期,采场矿岩体仅受单一矿体回采产生的采动影响,应力场与位移场随着煤铝工作面回采错距增大而出现明显叠加现象,其中煤铝相向开采应力与位移叠加影响最小;协调开采过程中铝土矿采场覆岩始终保持稳定,未出现破断垮落等现象;煤铝相向协调开采、先煤后铝协调开采和先铝后煤协调开采条件下煤铝工作面回采的合理错距依次为247.0、122.5和222.0 m,煤铝协调开采对覆岩产生的叠加扰动影响最小。 展开更多
关键词 煤铝协调开采 应力叠加扰动 覆岩运移破断 工作面回采错距
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近距离煤层群覆岩结构致灾机理与防控技术
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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
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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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高位厚硬关键层破断致灾机制及弱化减灾效应研究
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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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某高流速大泄量溢洪洞出口挑坎基础处理研究
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作者 谢桃 周涛 +1 位作者 肖玉会 柴瑞 《四川水力发电》 2026年第1期53-58,87,共7页
巴拉水电站溢洪洞出口挑坎基础约80%置于深厚覆盖层上,通过数值分析方法并结合施工条件、结构可靠性及工程投资对开挖回填、桩基、框格式地下连续墙、覆盖层固结灌浆四种方案进行分析研究后,选定最符合工程特点、科学合理的处理方式,为... 巴拉水电站溢洪洞出口挑坎基础约80%置于深厚覆盖层上,通过数值分析方法并结合施工条件、结构可靠性及工程投资对开挖回填、桩基、框格式地下连续墙、覆盖层固结灌浆四种方案进行分析研究后,选定最符合工程特点、科学合理的处理方式,为类似水工建筑物基础处理工程提供借鉴经验。 展开更多
关键词 巴拉水电站 挑坎基础 覆盖层 开挖回填
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注浆影响下隧道渗流场及最小覆土厚度修正研究
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作者 贾宝新 袁庆雷 《岩土力学》 北大核心 2026年第1期255-266,共12页
隧道最小覆土厚度是水下隧道施工中的关键参数。为了计算考虑注浆影响的隧道最小覆土厚度,基于镜像法和渗流力学理论,推导了水下隧道渗流场在注浆影响下的解析解,并结合日本最小渗流法对隧道最小覆土厚度的计算进行修正。通过公式退化... 隧道最小覆土厚度是水下隧道施工中的关键参数。为了计算考虑注浆影响的隧道最小覆土厚度,基于镜像法和渗流力学理论,推导了水下隧道渗流场在注浆影响下的解析解,并结合日本最小渗流法对隧道最小覆土厚度的计算进行修正。通过公式退化和室内相似模拟试验,验证了理论解析解的正确性。基于此解,探讨了注浆相对渗透系数、注浆范围、水深等参数对解的影响。研究表明:在不同埋深比条件下,衬砌外水压力随水深增加呈线性增长;埋深比越小,水深变化对衬砌外水压力的敏感性越高;提高注浆圈的抗渗性比单纯增大其注浆范围更能有效降低隧道渗流量,特别是在1~3 m注浆范围内控制效果尤为显著;未实施注浆时,隧道覆土厚度对水深变化更为敏感,提升注浆材料抗渗性可有效减少水深的影响;对于高风险隧道,建议采用高抗渗性注浆材料,注浆厚度可扩展至5 m以上。而常规工程中,1~3 m的注浆范围为优选,以实现安全性与成本的平衡。 展开更多
关键词 隧道工程 渗流场 覆土厚度 注浆圈 室内模型试验
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基于主控岩层的综采工作面导水裂缝带高度预测方法研究
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作者 安泽 于秋鸽 +3 位作者 尹希武 张玉军 宋业杰 张春会 《煤炭工程》 北大核心 2026年第3期145-154,共10页
为准确预测综采工作面导水裂缝带发育高度,基于综采工作面覆岩结构特征,结合矿山压力、涌水量及微震事件的演化规律,提出工作面覆岩导水裂缝主控岩层的概念,并构建覆岩厚硬岩层“横向三区”复合承载结构模型,推导“三区复合支撑体”支... 为准确预测综采工作面导水裂缝带发育高度,基于综采工作面覆岩结构特征,结合矿山压力、涌水量及微震事件的演化规律,提出工作面覆岩导水裂缝主控岩层的概念,并构建覆岩厚硬岩层“横向三区”复合承载结构模型,推导“三区复合支撑体”支承刚度计算公式,建立工作面覆岩临界破断步距计算方法,最终形成基于主控岩层的导水裂缝带高度预测新方法,并在纳林河二矿31101综采工作面开展工程应用验证。研究结果表明:工作面导水裂缝主控岩层是覆岩中自下向上首个不发生周期性破断的厚硬岩层,该岩层由原岩支撑区、支架控顶支撑区、冒落顶板支撑区构成的复合支撑体共同支承;随着破断岩层碎胀程度及相对压实系数的变化,冒落顶板支撑区刚度呈现“缓慢增长”与“快速增长”双阶段演化特征;工作面覆岩临界破断步距等同于工作面见方步距。工程应用结果显示,31101工作面导水裂缝带裂采比实测值为17.21,《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》中两组经验公式预测裂采比分别为8.51和9.83,而本文提出的基于主控岩层的预测方法计算裂采比为19.58,与现场实测结果更为接近,预测精度显著提升。 展开更多
关键词 导水裂缝带高度 综采工作面 支承刚度 破断步距 厚硬岩层 覆岩结构
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