煤矿采动控制理论

中国矿业大学工程硕士专业课（课外考核）作业封面学号姓名贺军工程领域课程名称煤矿采动损害控制理论任课教师郑西贵任课教师规定截止交作业时间：2015年10月8日工程硕士研究生交作业时间：年月日研究生院培养管理办公室印制成绩评阅人注意事项如果老师以课外作业形式考核，如写读书报告或小论文，必须严格按照老师规定的时间上交作业，以便老师评定成绩。作业前面必须订上此封面。由于工程硕士无论什么原因不按规定时间上交作业，晚交作业不予评阅，作业作废，请随下一年级重修。煤矿采动损害控制理论地下矿体的开采，破坏了周围岩体原有应力平衡，引起岩层与地表移动，出现了采动损害问题，如农田开裂与下沉，建筑物开裂甚至倒塌。为了最大限度地开采矿产资源，提高矿山的经济效益，保证企业的可持续发展，应加强对采动损害的观测，加强“三下一上”（水体下、建筑物下、铁路下和承压水体上）矿层开采的研究工作。在建筑物下和铁路下采矿时，要保证建筑物和铁路不受开采影响而破坏；在水体下采矿和承压水体上采矿时，要防止矿井发生突水事故；在水库、蓄水池和河流等地面水体下采煤时，除要防止矿井发生突水事故外，还要保证它们不受开采的影响而破坏。因此“三下一上”矿层一般不能采用常规开采方法，故将其列入特殊开采.合理解决开采与保护建筑物、铁路、水体以及矿井安全的矛盾，对于充分利用地下资源、延长矿井服务年限、发挥投资效能、提高企业经济效益，有着十分重要的意义。随着国民经济的发展，矿山开采强度增大，矿区地面建设规模扩大，矿区用地紧张，对地面环境保护的要求也逐渐提高。因此，充分开发利用地下资源与保护工业及民用建筑、保护环境和保证矿井安全生产的矛盾日益尖锐，规划或处理不当的情况时有发生，以致于成为困扰矿山建设的重要因素。我国主要矿区有相当多的有用矿物是埋藏在建筑区域下面。“三下一上”所造成的煤炭呆滞储量之多，在世界上是罕见的。据1994年的不完全统计，我国的“三下”压滞的煤炭储量达12.2Gt以上。其中建筑物及村庄下压煤7.83Gt，铁路下压煤1.49Gt。我国有125条较大的河流压煤，还有微山湖、太湖、大冶湖和渤海等湖海下压煤。在华北、东北、华东平原和陕北榆神地区普遍有第四系的含水砂层覆盖，这些地区的煤田浅部开采都存在含水砂层下采煤问题。在华北和华东地区的主要矿区开采石炭二叠纪煤层，其基盘是奥陶纪石灰岩，厚度很大并含有丰富的岩溶承压水，底板突水会给矿井造成严重的威胁。早在19世纪末，采矿引起的覆岩移动与破坏，以及由此造成的井巷和地面建筑物的损害就引起了人们的注意，并进行了初步的观测和记录。20世纪30年代，欧洲一些产煤国家对岩层与地表移动进行了系统的研究工作，使“三下一上”采煤技术最先得到发展。从上世纪50年代到现在，岩层与地表移动的科学研究蓬勃发展。德国、波兰、俄罗斯和英国等国采用全部充填、部分开采、协调开采及建筑物加固等方法和措施，成功地在建筑物下和铁路下进行采煤，并建立了一系列的岩层与地表移动理论。我国的“三下一上”采煤技术的研究与应用开始于20世纪50年代，到80年代已取得了很大的成就。目前，我国有百余个煤矿、两千多个采煤工作面开采了“三下”压煤。经过几十年的研究与实践，积累了经验，总结出了规律，编制了规程，在岩层与地表移动理论与“三下”采煤有关的技术领域，接近或达到了国际先进水平。近年来对于承压水体采煤技术的研究取得突破。进入80年代以来，由于测距仪、全站仪及GPS等先进测量仪器的出现以及计算机的广泛应用，使岩层与地表移动的科学研究发展到了一个新的阶段，可实现地表岩移数据的自动采集、变形值计算及变形预报。当前，岩层与地表移动学科已成为采矿科学的重要组成内容，为解决“三下”采煤和井巷保护技术提供了重要的理论基础。尽管国内外在“三下一上”采矿取得了很大成就，但在理论上和实践上都需要不断改进和完善，其中有不少理论与技术还处于探索、研究和试验阶段。金属矿区的岩层移动和建筑物保护的研究与煤矿相比尚不充分，其原因主要是金属矿区地质条件复杂，开采方法差别很大，构造应力场也影响岩层移动与损害，且绝大多数的矿区岩层移动过程时间长，测取相关参数困难；对深部矿层开采地表移动特征以及煤层群开采岩层移动的活化和移动盆地内变形分布的不均匀性等的研究也很不够；另外，现有的岩层与地表移动计算方法都有一定的适用范围，目前这些方法还不适用于很复杂的地质条件和采矿技术条件，如有地质断裂的岩体、褶皱煤层、山地、房式开采法等。采动损害与防护的研究手段有四种：第一种为现场观测与探测测试法，包括岩层与地表移动观测、岩体应力观测、钻孔量测、工程物探等，可以观测到地表及岩层的移动、变形破坏规律、围岩应力、应变和岩体力学性质的实际资料；第二种为理论分析方法，主要包括几何方法、材料力学方法、弹塑性方法、粘弹性方法、随机介质方法、统计分析方法等；第三种为室内物理模拟方法，主要是相似材料模拟方法，其次是离心模拟、电模拟、光电模拟等；第四种为数值分析方法，主要包括有限元法、边界元法和离散元法等。通过这些方法的综合研究，认识各种地质条件下岩层及地表移动规律，提出了各种有效控制采动损害的方法，在实际工程中取得了较好的经济和社会效益,促进了控制开采损害理论与应用和防护技术的发展。随着工业化进程对能源和原材料的巨大需求，大规模的矿床开采扰动了地球环境，改变与破坏了地球表面和岩石圈的自然平衡，产生了采空塌陷等地质灾害。采空塌陷导致江河断流，泉水、地下水枯竭，土地干旱贫瘠，农业欠收，生态环境恶化；会导致高速公路、铁路、机场、西气东输、南水北调等重大工程以及城市建筑因处理采空塌陷而增加建设难度和费用；而处于采空塌陷区的煤矿城市则面临着地质灾害加重和经济发展变缓的双重夹击。为了规范采动损害的鉴定与评价工作，国家规定从事此项工作的单位必须取得相应的执业资质，并严格执行有关的法律法规..采动损害鉴定与评价常用的相关法律有《矿产资源法》、《矿山安全法》、《煤炭法》和《环境保护法》等。根据地面建筑物、铁路、农田等受损对象所处的位置和建筑结构类型以及损害程度并与井下采空区位置相互对照，现场实测并计算分析有关技术参数，确定采矿与损害有无直接或间接关系以及损害程度，从而得出采动损害鉴定与评价的最终结论。现代化矿山的工程技术人员不仅应该系统地掌握采动损害与防护的理论与技术，而且应该具备采动损害的鉴定与评价方面的知识。采动损害的鉴定与评价的目的在于客观、公正地鉴定与评价损害的原因与损害程度，以明确责任，使损害和被损害双方彼此都能接受，最终确定赔偿与否或赔偿额度。采动损害的鉴定与评价关系到损害和被损害双方的切身利益，关系到鉴定与评价的科学性和权威性，直接影响到法律裁决的公正性，甚至影响到矿区的社会稳定。合理地解决开采与采动损害的矛盾，有着十分重要的意义。我国矿区用地紧张，人们对地面环境保护的要求也逐渐提高，因此，开发利用地下资源与保护环境的矛盾日益尖锐。我国的“三下一上”采煤技术的研究经过几十年的研究与实践，在岩层与地表移动理论及与“三下”采煤有关的技术领域接近或达到了国际先进水平，但在理论上和实践上还有不少课题还处于探索、研究和试验阶段.采动损害使采矿业主与受损者之间产生纠纷，这就需要对采动损害进行鉴定与评价。采动损害鉴定与评价的目的在于客观、公正地鉴定与评价损害的原因与损害程度，这关系到损害和被损害双方的切身利益，要求鉴定与评价具有科学性与权威性，从而保证法律裁决的公正性，保持矿区的社会稳定。采动损害的鉴定与评价是一项专业性、技术性都很强的严肃工作，要求从事鉴定与评价者牢固树立政策观点和法律观念，严格执行法规，客观公正鉴定；现场实测并计算分析有关技术参数，确定采矿与损害有无直接或间接关系以及损害程度.