煤矿地下开采诱发地表裂缝与导水裂缝分布规律预测
发布时间：2022-01-25 12:48
放顶煤开采是我国厚煤层开采广泛采用的方法之一,当采用这种方法开采埋深浅、厚度大的煤层时,极易引起覆岩严重破坏、地表剧烈沉陷,并诱发地表裂缝和导水裂缝异常发育,最终导致采空区漏风、漏水等事故,严重危及矿井安全生产。因此,当采用放顶煤技术开采埋深浅、厚度大的煤层时,需要对由此诱发的地表裂缝与导水裂缝分布规律进行预测。本文以安家岭井工1矿4106工作面和安太堡井工矿91012工作面为例,对地下开采诱发的地表裂缝和导水裂缝进行预测。安家岭井工1矿4号煤层和安太堡井工矿9号煤层均埋深浅、厚度大,采用放顶煤技术一次采全高,采动影响大,极有可能诱发地表裂缝和导水裂缝。为保证矿井生产安全,本文利用有限差分方法预测安家岭井工1矿4106工作面和安太堡井工矿91012工作面地表裂缝及导水裂缝的分布规律。首先根据研究区域的地质构造特征建立能反映实际地层分布的三维计算模型;然后利用FLAC3D4.0软件模拟煤层分步开挖,并计算出地表与岩层的位移和拉伸应变;最后根据地表与岩层拉伸变形分布特征预测地表裂缝及导水裂缝的分布规律。预测结果表明:（1）在开采过程中,起初地表不产生裂缝;当工作面推进一定距离时,地表裂缝开...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地表裂缝平面形状与剖面形状示意图
中冒落带和裂缝带合称为导水裂缝带。随着煤层的开采，煤层顶板岩层在自用下发生弯曲，当变形超过其抵抗变形的能力时，便产生断裂、破碎进而垮落碎岩块堆积在采空区形成冒落带，由于岩块间空隙较大，具有较好的连通而水、砂、泥土等也较易通过；又因冒落岩块的可压缩性，随着时间的延动程度的加大，岩块间的空隙也会增大，从而表现出一定程度的可压实性空区上覆岩层中产生裂缝、离层和断裂，却仍能保持层状结构的那部分岩层裂缝带，裂缝带内岩层产生较大的弯曲、变形及破坏，不仅发生垂直于层理裂缝或断裂，而且还产生顺层理面的离层裂缝，裂缝带内的岩层断裂程度决连通性的好坏；裂缝带上方为弯曲带，弯曲带内岩层在重力作用下产生向下，在水平方向上岩层受双向压缩作用，压实程度较高，因此具有一定的隔水性别是当存在软弱岩层时，隔水性能更好，成为良好保护层（何国清，1991
形成地层界面，并对其进行相容分析和校正，确保不会、地层高出地表等现象。3）为了得到由三棱柱单元组成的三维计算模型，将相邻地层界面四边形连接起来，最终形成三维计算模型，模型单元为三棱柱单元 设置接触面单元触面单元是一种无厚度的单元，可以模拟两个面的相互滑移和分开3D4.0 模拟计算前，应在煤层与顶板之间界面处设置接触面单元（见图避免煤层被开采的同时对界面有拖拽作用，防止界面附近网格位移而实现煤层顶板充分塌陷，自然垮落至底板，保证数值模拟效果。过程中要考虑为设置接触面单元提供条件。
【参考文献】：
期刊论文
[1]西部矿区巨厚黄土层开采裂缝机理[J]. 汤伏全,张健. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2014(11)
[2]中国煤炭资源现状及建议[J]. 赵珊. 广州化工. 2014(15)
[3]基于FLAC3D的煤矿开采沉陷预计及与概率积分法的对比分析[J]. 秦世界,张和生,李国栋. 煤炭工程. 2014(06)
[4]厚松散层条件下地表采动裂缝宽度的计算方法[J]. 郭俊廷,邹定辉,杨国柱,程海涛,李磊波. 煤矿安全. 2014(05)
[5]煤矿开采覆岩移动规律的相似模拟研究[J]. 马荣振,徐良骥,高双. 测绘与空间地理信息. 2014(02)
[6]Knothe时间函数参数影响分析及其求参模型研究[J]. 胡青峰,崔希民,康新亮,雷斌,马开锋,李垒成. 采矿与安全工程学报. 2014(01)
[7]Coal and rock fissure evolution and distribution characteristics of multi-seam mining[J]. Zhang Dongming,Qi Xiaohan,Yin Guangzhi,Zheng Binbin. International Journal of Mining Science and Technology. 2013(06)
[8]地表采动裂缝发育与开采条件的关系数值模拟[J]. 刘爱军,郭俊廷,景胜强,邹彪,孙兴凯,戴华阳. 矿业工程研究. 2013(03)
[9]深部采动覆岩移动变形致灾的试验分析[J]. 刘书贤,魏晓刚,麻凤海,王伟,王泓懿. 水文地质工程地质. 2013(04)
[10]覆岩导水裂缝带发育高度的岩层层位判据分析[J]. 申玉三,黄万朋,曹海长. 煤炭工程. 2013(05)
硕士论文
[1]六面体和三棱柱网格形态对煤矿开采沉陷数值模拟的影响研究[D]. 李文蜜.中国地质大学（北京） 2013
本文编号：3608564
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地表裂缝平面形状与剖面形状示意图
中冒落带和裂缝带合称为导水裂缝带。随着煤层的开采，煤层顶板岩层在自用下发生弯曲，当变形超过其抵抗变形的能力时，便产生断裂、破碎进而垮落碎岩块堆积在采空区形成冒落带，由于岩块间空隙较大，具有较好的连通而水、砂、泥土等也较易通过；又因冒落岩块的可压缩性，随着时间的延动程度的加大，岩块间的空隙也会增大，从而表现出一定程度的可压实性空区上覆岩层中产生裂缝、离层和断裂，却仍能保持层状结构的那部分岩层裂缝带，裂缝带内岩层产生较大的弯曲、变形及破坏，不仅发生垂直于层理裂缝或断裂，而且还产生顺层理面的离层裂缝，裂缝带内的岩层断裂程度决连通性的好坏；裂缝带上方为弯曲带，弯曲带内岩层在重力作用下产生向下，在水平方向上岩层受双向压缩作用，压实程度较高，因此具有一定的隔水性别是当存在软弱岩层时，隔水性能更好，成为良好保护层（何国清，1991
形成地层界面，并对其进行相容分析和校正，确保不会、地层高出地表等现象。3）为了得到由三棱柱单元组成的三维计算模型，将相邻地层界面四边形连接起来，最终形成三维计算模型，模型单元为三棱柱单元 设置接触面单元触面单元是一种无厚度的单元，可以模拟两个面的相互滑移和分开3D4.0 模拟计算前，应在煤层与顶板之间界面处设置接触面单元（见图避免煤层被开采的同时对界面有拖拽作用，防止界面附近网格位移而实现煤层顶板充分塌陷，自然垮落至底板，保证数值模拟效果。过程中要考虑为设置接触面单元提供条件。
【参考文献】：
期刊论文
[1]西部矿区巨厚黄土层开采裂缝机理[J]. 汤伏全,张健. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2014(11)
[2]中国煤炭资源现状及建议[J]. 赵珊. 广州化工. 2014(15)
[3]基于FLAC3D的煤矿开采沉陷预计及与概率积分法的对比分析[J]. 秦世界,张和生,李国栋. 煤炭工程. 2014(06)
[4]厚松散层条件下地表采动裂缝宽度的计算方法[J]. 郭俊廷,邹定辉,杨国柱,程海涛,李磊波. 煤矿安全. 2014(05)
[5]煤矿开采覆岩移动规律的相似模拟研究[J]. 马荣振,徐良骥,高双. 测绘与空间地理信息. 2014(02)
[6]Knothe时间函数参数影响分析及其求参模型研究[J]. 胡青峰,崔希民,康新亮,雷斌,马开锋,李垒成. 采矿与安全工程学报. 2014(01)
[7]Coal and rock fissure evolution and distribution characteristics of multi-seam mining[J]. Zhang Dongming,Qi Xiaohan,Yin Guangzhi,Zheng Binbin. International Journal of Mining Science and Technology. 2013(06)
[8]地表采动裂缝发育与开采条件的关系数值模拟[J]. 刘爱军,郭俊廷,景胜强,邹彪,孙兴凯,戴华阳. 矿业工程研究. 2013(03)
[9]深部采动覆岩移动变形致灾的试验分析[J]. 刘书贤,魏晓刚,麻凤海,王伟,王泓懿. 水文地质工程地质. 2013(04)
[10]覆岩导水裂缝带发育高度的岩层层位判据分析[J]. 申玉三,黄万朋,曹海长. 煤炭工程. 2013(05)
硕士论文
[1]六面体和三棱柱网格形态对煤矿开采沉陷数值模拟的影响研究[D]. 李文蜜.中国地质大学（北京） 2013
本文编号：3608564
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