[01051429]开采沉陷异常损害规律及防控研究应用

一、所属科学技术领域：煤矿安全开采特殊采煤研究。 二、立项背景：近年来，华北煤田多个矿区采空区上方相继出现了地表及村庄房屋异常损害的现象，具体表现为：(1)采动影响范围外的村庄房屋损坏严重；(2)距离工作面较远的建构筑物破坏程度明显大于距离工作面较近的建构筑物；(3)地表开裂明显大于一般开采沉陷影响下发育的地表裂缝。上述异常损害现象在分布上表现出了一定的规律性，但无法用开采沉陷一般规律进行解释，经过初步判断，应该与区域地层内复杂的地质条件或地形地貌条件有关。随着开采深度的不断增加，地下采煤对地层的影响范围也在不断扩大，上述异常损害现象发生的概率也在增大。为了弄清异常损害形成的原因，更好地控制异常损害的发生，对异常开采损害进行科学的鉴定提供理论支撑，从而对华北型煤田类似条件下异常开采损害防控提供借鉴意义。 三、主要技术内容及创新点：通过利用地表移动盆地边界角分析、概率积分法计算以及地质剖面分析等方法，分别对各种类型的异常下沉变形损害形成的机理进行了深入的研究。 1、通过该课题的研究，获得了由于断层、采空区活化、异常地裂缝等因素引起的开采异常损害的特殊规律：①开采引起的断层活化或冲沟变形是导致异常损害的主要原因；②引起开采沉陷异常损害的工作面，周边均存在大面积的采空区，采空区尺寸整体达到本区地质采矿条件下充分采动的程度，上覆岩层持续受到开采的扰动；③异常损害区的出现，改变了常规开采损害区的分布，距离工作面较远区域房屋或地表的损坏程度可能会大于工作面附近区域；④异常损害区房屋及地表损坏发生时间集中，且房屋及地表损坏程度较高，普遍达到Ⅳ级严重损坏。 2、提出了开采异常损害的评判方法，为开采损害鉴定提供理论指导：以边界角为基础参数，同时考虑工作面开采对围岩的扰动，以煤层开采是否影响到断层位置为标准，从断层上、下盘开采，断层倾角与边界角大小比较，断层与工作面的位置关系等方面出发，分别提出了不同条件下断层对开采沉陷影响的评判方法。①异常损害现象多发生在采区边界或井田边界，活化的断层均是正断层，具有落差大、延伸长度大及倾角大等特点；②造成断层活化的工作面的推进方向与断层的走向基本一致；③异常损害区房屋及地表房屋的损坏方式以竖向裂缝发育为主，裂缝多出现在垂直于断层走向的位置；④异常损害区地表裂缝平行于断层走向发育，裂缝两侧有明显的高差，靠近采空区一侧的地表下沉和水平移动大于裂缝另一侧。 3、形成了煤矿开采地表沉陷及异常损害的防控技术：针对具体地质采矿条件，从预防、保护、开采以及地表监测等4个方面提出了开采沉陷异常损害的防控措施。 四、应用推广及效益情况：该项目研究成果丰富了“三下”采煤研究体系，具有较大的理论意义。可以大量的解放了“三下”压煤，延长矿井服务年限，提高企业经济效益，提高煤炭资源回收率。为开采损害鉴定提供理论指导，对华北型煤田类似条件下异常开采损害防控提供借鉴意义。