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赵庄矿区位于中国山西省晋中市左权县西南部,属于煤矿资源密集型地区。在煤矿开采过程中,由于采煤和支护活动会对地下岩层结构造成影响,从而导致地表岩移现象和沉陷现象的发生。为了探究赵庄矿区地表岩移现象及沉陷规律,本文对相关研究进行了综述,并结合现场观测数据和实验结果进行分析和探讨。
一、地表岩移现象描述
地表岩移是指地下矿层变形和应力变化在岩体内传递引起的,地表出现的岩石块体和地面上的建筑物、桥梁等物体上升或下沉等现象。在煤矿采矿过程中,岩石块体常常会发生类似于地震的地面运动,称为岩体崩落。这种现象通常发生在采矿区域内的深部煤层开采过程中。另外,由于煤层内的瓦斯压力增大或岩层体积变化等原因,也会导致地表岩移的发生。
二、地表岩移调查实验
本实验选取了位于赵庄矿区的兴隆峡矿井作为实验地点,采用了激光测距仪、经纬仪、电子水准仪、高频测振仪等设备开展岩体位移观测和数据记录。
通过对实验地点地质分析和实地考察,确定了6个岩体位移观测点位。在采样期与采煤期,实验观测组和实验采样温度传感器分别分布于各岩体位移观测点上和面板支护系统中,按照每3天一次的观测周期进行数据记录和数据分析。共计采集了200组观测数据。
通过对实验数据的处理和分析,得到了以下结论:
(1)在煤层采矿过程中,岩体位移速度随着采煤进度的提高而加快,采煤期的岩体位移速度明显高于非采煤期。
(2)采煤期的岩体位移方向主要呈向下的趋势,而非采煤期主要呈向上的趋势。
(3)岩体位移幅度随着距离采煤工作面的距离而缩小,呈现出明显的衰减特性。此外,岩体位移幅度也会受到地面建筑物、水位和采煤工作面等因素的影响而产生变化。
三、沉降规律研究
在煤矿采矿过程中,岩土体受到的荷载会发生变化,从而导致地表沉降现象的发生。为了研究赵庄矿区的地表沉降规律,本文采用了实地观测和数值模拟的方法。
在矿井开采过程中,本研究选取了实际矿井开采区域进行沉降观测。观测点采用了点床式沉降仪和水准仪。在采煤进度每提高5米,进行一次沉降观测,观测时间持续3个月,共计采集了50组数据。
通过建立有限元模型,采用ABAQUS软件对赵庄矿区矿井开采过程中的地表沉降进行模拟计算。在模拟计算中,考虑了采煤工作面、支架、煤层、岩层等因素对地表沉降的影响。按照赵庄矿区的地质条件和采煤工艺参数,建立了三维有限元模型。
通过观测数据和数值模拟结果的比对,得到了以下结论:
(1)在采煤工作面下方,地表沉降主要受到工作面荷载的影响,沉降幅度随着采煤进度的提高而加大。
(2)在采煤工作面附近,由于支架等施工材料的变形,会形成一定的拱效应,从而导致地表沉降的幅度和速率下降。
(3)地表沉降幅度随着距离采煤工作面的距离而减小,呈现出明显的衰减特性。
四、总结
本文通过对赵庄矿区地表岩移现象和沉降规律的研究,深入分析了赵庄矿区煤矿采矿过程中岩石块体的变形特征和地表沉降的发生机制。通过实验观测和数值模拟,揭示了地表岩移和沉降的发生规律,并为煤矿开采过程中的安全生产提供了科学依据。为今后的相关研究提供了一定的参考价值。