双层混合开采条件下覆岩及地表移动变形规律研究

发布时间：2016-11-28 12:35

  本文关键词：复杂开采条件下覆岩移动和变形规律的模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

《太原理工大学》 2011年

双层混合开采条件下覆岩及地表移动变形规律研究

李阔  

【摘要】：随着我国基础设施建设项目的加速实施,许多地方修建高速公路都不可避开采空塌陷区。采空区覆岩中残存大量的空洞和裂隙,使岩体力学强度降低,导致上方建筑地基的承载力下降,地表易产生各种沉陷变形,危及高速公路的安全运营。同时,人们对煤炭资源的需求量日益增大,有时同一矿区不同煤层需要根据地质状况采用不同开采方式相结合方式进行开采。因此长壁式和短壁式相结合的混合开采条件下覆岩移动及地表变形规律的研究对保护地面构筑物和有效治理采空区具有十分重要的意义。 本文以山西省忻州至保德高速公路下伏保德煤矿采空区为研究对象,运用物理相似材料模拟实验和数值模拟计算的方法,针对不同的地形、埋深和可采煤层情况,对不同煤层采用不同的方式进行开采,进而研究其引起的地表和岩层变形移动机制。取得如下主要成果： 1.根据物理模拟实验的结果,探讨了双煤层开采后覆岩移动和地表变形规律； 2.研究了长壁式和短壁式开采方式结合时,覆岩的破坏机制和破坏程度； 3.根据数值模拟计算结果,研究了两煤层不同采宽和不同间距情况下覆岩的位移场、应力场和破坏场分布规律以及地表沉陷规律。

【关键词】：
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TD325
【目录】：

摘要3-4

ABSTRACT4-8

第一章 绪言8-12

1.1 本课题的由来及研究意义8

1.2 国内外研究现状及存在问题8-10

1.2.1 开采沉陷研究现状8-9

1.2.2 采空区残余裂隙的分布规律研究现状9-10

1.2.3 采空区残余变形规律研究现状10

1.2.4 稳定性评价研究现状10

1.3 主要研究内容10-11

1.4 研究方法和技术路线11-12

第二章 研究区概况12-18

2.1 工程概况12-13

2.2 研究区地质采矿条件13-15

2.2.1 地质条件13-14

2.2.2 沿线煤矿及采空区分布情况14-15

2.3 实验段地质采矿条件15-18

第三章 相似材料模拟实验设计18-24

3.1 模型实验设计18-20

3.1.1 模型设计尺寸18

3.1.2 相似常数的选取18-19

3.1.3 相似材料配比及分层用量19-20

3.2 监测点的布置20-23

3.3 数据的采集23-24

第四章 采动覆岩移动及裂隙分布发育规律的实验研究24-38

4.1 开采布置24

4.2 开采沉陷过程及主要实验现象24-27

4.2.1 开采8~#煤时24-25

4.2.2 开采10~#煤时25-27

4.3 覆岩移动变形规律27-32

4.3.1 8~#煤开采后27-28

4.3.2 10~#煤开采后28-32

4.4 覆岩裂隙分布发育规律32-38

4.4.1 垂直分布规律32-33

4.4.2 水平分布规律33-34

4.4.3 裂隙发育程度34-38

第五章 数值模拟模型的设计及求解38-46

5.1 FLAC程序简介38-39

5.2 模型的设计39-42

5.2.1 力学模型的选择39

5.2.2 数值模型的建立39-42

5.3 数值模型的求解42-46

5.3.1 数值模拟的求解方法及过程42-44

5.3.2 初始地应力场的求解44

5.3.3 收敛准则44-46

第六章 采动覆岩移动变形规律数值模拟研究46-70

6.1 数值模拟计算方案46-47

6.1.1 单层变采宽开采46

6.1.2 双层变采宽开采46

6.1.3 双层变煤层间距开采46-47

6.2 单独开采8~#煤层时覆岩移动与地表变形规律研究47-55

6.2.1 覆岩的移动和变形规律47-52

6.2.2 覆岩应力场分布规律52-54

6.2.3 覆岩破坏场分布规律54-55

6.3 双层变采宽开采覆岩移动与地表变形规律研究55-62

6.3.1 覆岩的移动和变形规律55-59

6.3.2 覆岩应力场分布规律59-61

6.3.3 覆岩破坏场分布规律61-62

6.4 双层变间距开采覆岩移动与地表变形规律研究62-70

6.4.1 覆岩的移动和变形规律62-66

6.4.2 覆岩应力场分布规律66-68

6.4.3 覆岩破坏场分布规律68-70

第七章 结论与建议70-72

7.1 主要结论70-71

7.2 建议71-72

参考文献72-76

致谢76-77

攻读学位期间发表的学术论文目录77

下载全文 更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？ 欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 高明中,余忠林;煤矿开采沉陷预测的数值模拟[J];安徽理工大学学报(自然科学版);2003年01期

2 郭广礼,邓喀中,汪汉玉,黄振安,陈绍杰;采空区上方地基失稳机理和处理措施研究[J];矿山压力与顶板管理;2000年03期

3 许家林,钱鸣高;覆岩采动裂隙分布特征的研究[J];矿山压力与顶板管理;1997年Z1期

4 郭广礼;缪协兴;张振南;;老采空区破裂岩体变形性质研究[J];科学技术与工程;2002年05期

5 李增琪;;使用富氏积分变换计算开挖引起的地表移动[J];煤炭学报;1983年02期

6 白矛;刘天泉;;条带法开采中条带尺寸的研究[J];煤炭学报;1983年04期

7 张玉卓;仲惟林;姚建国;;岩层移动的位错理论解及边界元法计算[J];煤炭学报;1987年02期

8 张玉卓;仲惟林;姚建国;;断层影响下地表移动规律的统计和数值模拟研究[J];煤炭学报;1989年01期

9 邓喀中,郭广礼,谭志祥;采动区建筑物地基、基础协同作用特性研究[J];煤炭学报;2001年06期

10 张永波,靳钟铭,刘秀英;采动岩体裂隙分形相关规律的实验研究[J];岩石力学与工程学报;2004年20期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 张永波;老采空区建筑地基稳定性及其变形破坏规律的研究[D];太原理工大学;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 陈龙;高速公路桥隧下伏采空区稳定性分析的相似模拟试验研究[D];太原理工大学;2008年

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 由丽雯;刘文生;;考虑附加应力的采动沉陷区建筑物设计[J];辽宁科技大学学报;2011年03期

2 张建全,廖国华;覆岩离层产生的机理及离层计算方法的探讨[J];地下空间;2001年S1期

3 于广云,葛新辉;厚表土层下采煤对地表及铁路桥的影响分析[J];地下空间与工程学报;2005年S1期

4 于广云;柏永生;盛平;;地下开采对地表及铁路桥影响的数值模拟研究[J];地下空间与工程学报;2007年S2期

5 谢东海;冯涛;袁坚;;开采顺序对地表沉陷影响的数值模拟研究[J];地下空间与工程学报;2008年05期

6 刘影;王旭东;;地下开挖对临近建筑物损害影响评估综述[J];地下空间与工程学报;2009年04期

7 袁广祥;赵海军;;金属矿山开采地表岩移的灰色预测模型[J];地下空间与工程学报;2011年01期

8 王国艳;于广明;宋传旺;;初始裂隙几何要素对岩石裂隙分维演化的影响[J];地下空间与工程学报;2011年06期

9 赵卫强;孟晴;;国内外矿山开采沉陷研究的历史及发展趋势[J];北京工业职业技术学院学报;2010年01期

10 俞鑫风;王健;;地铁隧道近接施工相互影响研究现状及其思考[J];北京建筑工程学院学报;2008年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 姜林三;;平行煤层导硐揭穿突出煤层的管理技术[A];2010年安徽省科协年会——煤炭工业可持续发展专题研讨会论文集[C];2010年

2 孙凤余;郑伟;郭新华;;概率积分法在矿山环境地表移动预测评估中的应用[A];河南地球科学通报2008年卷（下册）[C];2008年

3 李刚;梁冰;;采场覆岩层渗流场形成机理及其应用[A];第九届全国渗流力学学术讨论会论文集（二）[C];2007年

4 德民;马凤山;张亚民;杨长祥;贾高华;;急倾斜矿体分步充填开采对地表沉陷的影响[A];中国科学院地质与地球物理研究所第十届（2010年度）学术年会论文集(下)[C];2011年

5 张永波;崔海英;;老采空区覆岩失稳“活化”机理的实验研究[A];中国地质学会工程地质专业委员会2007年学术年会暨“生态环境脆弱区工程地质”学术论坛论文集[C];2007年

6 杜时贵;;岩体结构面抗剪强度综合评价[A];工程地质力学创新与发展暨工程地质研究室成立50周年学术研讨会论文集[C];2008年

7 张永波;何万龙;张利民;;基于采空区活化变形规律分析的注浆处治范围确定方法研究[A];2010年全国工程地质学术年会暨“工程地质与海西建设”学术大会论文集[C];2010年

8 蒋斌松;毕卫国;;开挖倾斜煤层引起的地表移动解析[A];第五届全国结构工程学术会议论文集（第三卷）[C];1996年

9 白晓红;;几种特殊土地基的工程特性及地基处理——第16届全国结构工程学术会议特邀报告[A];第16届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅰ册）[C];2007年

10 张永兴;王桂林;;高层建筑岩石洞室地基稳定性分析方法与应用 第16届全国结构工程学术会议特邀报告[A];第16届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅰ册）[C];2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 陈绍杰;深部条带煤柱长期稳定性基础实验研究[D];山东科技大学;2009年

2 贾瑞生;矿山开采沉陷三维建模与可视化方法研究[D];山东科技大学;2010年

3 母丽华;煤矿安全预警系统的方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

4 柏松平;云南复杂地质环境公路地质病害诱发机理及其对策研究[D];昆明理工大学;2008年

5 任高峰;露井联合开采作用边坡损害机理及控制研究[D];武汉理工大学;2010年

6 赵忠明;小浪底库区采空区稳定性研究[D];河南理工大学;2011年

7 张文志;开采沉陷预计参数与角量参数综合分析的相似理论法研究[D];河南理工大学;2011年

8 刘超;采动煤岩瓦斯动力灾害致灾机理及微震预警方法研究[D];大连理工大学;2011年

9 罗文柯;上覆巨厚火成岩下煤与瓦斯突出灾害危险性评估与防治对策研究[D];中南大学;2010年

10 胡青峰;特厚煤层高效开采覆岩与地表移动规律及预测方法研究[D];中国矿业大学（北京）;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 陈勇;开滦矿区深部开采地表移动规律的研究[D];河南理工大学;2010年

2 史彩霞;开采沉陷动态预计理论及其参数研究[D];河南理工大学;2010年

3 刘贞刚;煤岩体破裂的微地震响应特征研究[D];山东科技大学;2010年

4 李静涛;煤矿开采岩层与地表变形数值模拟分析[D];山东科技大学;2010年

5 冯幼贵;基于GIS的矿山开采地表移动与变形预计[D];山东科技大学;2010年

6 冯银银;隧道围岩应力与位移数值模拟与分析[D];山东科技大学;2010年

7 王睿;井筒受采空区塌落影响的破坏机理及治理研究[D];山东科技大学;2010年

8 曹恒将;考虑动载的巷道顶板离层及控制的FLAC3D模拟研究[D];山东科技大学;2010年

9 陈彦军;复杂围岩条件极近距离薄煤层群开采相关技术研究[D];山东科技大学;2010年

10 赵文娟;采动围岩运动规律与断层活动性的研究[D];山东科技大学;2010年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张东俭,郭恒庆;覆岩离层注浆技术在济宁矿区的应用[J];矿山测量;1999年03期

2 张俊英,王金庄;采空区地表新建建筑地基稳定性评价技术研究[J];矿山测量;2003年03期

3 钟亚平,高延法,殷作如,李建民,董荣泉;唐山矿覆岩注浆减沉的工程实践[J];矿山压力与顶板管理;2001年04期

4 张永波,刘秀英;采动岩体裂隙分形特征的实验研究[J];矿山压力与顶板管理;2004年01期

5 钱鸣高，张顶立，黎良杰，康立勋，许家林;砌体梁的“S－R”稳定及其应用[J];矿山压力与顶板管理;1994年03期

6 缪协兴，钱鸣高;采场围岩整体结构与砌体梁力学模型[J];矿山压力与顶板管理;1995年Z1期

7 许家林;采空区瓦斯抽放钻孔布置的研究[J];煤;1997年03期

8 陈祥恩;厚松散层薄基岩下开采地表移动特征[J];煤炭工程;2001年08期

9 张华兴,王建学,魏遵义,陈增科;离层带注浆的实践与认识[J];煤炭科学技术;2000年09期

10 邓喀中，，马伟民，邢安仕，彭增甫;基础动态沉陷规律及地基反力[J];煤炭科学技术;1995年10期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 刘秀英;采空区建筑地基稳定性分析的相似模拟试验研究[D];太原理工大学;2004年

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 马其华,姜福兴,成云海;采动初期覆岩结构演化与分析[J];矿山压力与顶板管理;2004年02期

2 姜福兴,马其华;深部长壁工作面动态支承压力极值点的求解[J];煤炭学报;2002年03期

3 柴敬;田坤;岳鹏超;侯树宏;;灵新煤矿十四煤层顶板稳定性研究[J];西北煤炭;2008年01期

4 李新强,高延法,张庆松;开采沉陷动态数值仿真研究[J];岩石力学与工程学报;2004年01期

5 赵洪亮;;综放开采覆岩结构破坏与裂隙演化的数值分析[J];煤炭科学技术;2009年05期

6 徐学锋;窦林名;曹安业;江衡;张明伟;陆振裕;;覆岩结构对冲击矿压的影响及其微震监测[J];采矿与安全工程学报;2011年01期

7 马占国;涂敏;马继刚;张勃阳;韩猛;;远距离下保护层开采煤岩体变形特征[J];采矿与安全工程学报;2008年03期

8 朱大志;陈志平;徐宏;;封闭采空区瓦斯抽放地面钻井技术在大隆矿的初步应用[J];煤矿安全;2009年08期

9 刘音;陈静;刘进晓;张新国;曾庆科;;长壁面膏体充填采场覆岩结构及其运动演化规律[J];煤矿开采;2010年02期

10 王喜富，杨树才，董宝弟;露天矿机械铲采宽优化问题的研究[J];有色金属;1994年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 张庆松;高延法;刘松玉;;覆岩结构破坏度模型及其应用研究[A];中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集（下册）[C];2003年

2 郝君良;郭惟嘉;尹立明;;深井覆岩体结构形变分带(区)性研究[A];2009矿山灾害预防控制学术研讨会论文集[C];2009年

3 张永波;崔海英;;老采空区覆岩失稳“活化”机理的实验研究[A];中国地质学会工程地质专业委员会2007年学术年会暨“生态环境脆弱区工程地质”学术论坛论文集[C];2007年

4 李运江;闫增会;庞尔雷;;鲍店矿上部采区地表沉陷规律的研究与实践[A];2011全国矿山测量新技术学术会议论文集[C];2011年

5 张向东;张兴文;;岩层移动与地表沉陷的有关理论[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展（下册）[C];2001年

6 滕永海;王金庄;赵洪亮;;高强度开采地表沉陷规律研究[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年

7 卢江省;余波;;城市地下工程新奥法施工地表沉陷的控制[A];中国土木工程学会隧道及地下工程学会第七届年会暨北京西单地铁车站工程学术讨论会论文集（下）[C];1992年

8 朱殿柱;颜荣贵;张子刚;;国内外急倾矿床开采沉陷研究方法的剖析及优选决策[A];岩石力学新进展与西部开发中的岩土工程问题——中国岩石力学与工程学会第七次学术大会论文集[C];2002年

9 余学义;杨子星;周杨;黄国耀;;薛庙滩煤矿条带开采合理采宽的分析[A];煤炭开采新理论与新技术——中国煤炭学会开采专业委员会2010年学术年会论文集[C];2010年

10 许延春;嵇常林;曹海长;侯恒麒;;河东矿2号煤采空区下9、10号煤一次采全厚的安全性评价[A];2011全国矿山测量新技术学术会议论文集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前5条

1 晋灵;[N];中国煤炭报;2000年

2 许雪梅 单国军;[N];人民法院报;2002年

3 武安徽;[N];经理日报;2003年

4 西山煤电镇城底矿开拓区 侯建让;[N];山西科技报;2011年

5 本报记者 高苗　郝丽娜;[N];榆林日报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 刘继岩;新建矿井厚黄土层条件下覆岩动态破坏规律研究[D];中国矿业大学（北京）;2010年

2 常西坤;深部开采覆岩形变及地表移动特征基础实验研究[D];山东科技大学;2010年

3 张炜;覆岩采动裂隙及其含水性的氡气地表探测机理研究[D];中国矿业大学;2012年

4 李培现;深部开采地表沉陷规律及预测方法研究[D];中国矿业大学;2012年

5 胡海峰;不同土岩比复合介质地表沉陷规律及预测研究[D];太原理工大学;2012年

6 王磊;固体密实充填开采岩层移动机理及变形预测研究[D];中国矿业大学;2012年

7 文志杰;无煤柱沿空留巷控制力学模型及关键技术研究[D];山东科技大学;2011年

8 易四海;特厚急倾斜煤层水平分层开采地表沉陷规律研究[D];中国矿业大学（北京）;2009年

9 解盘石;大倾角煤层长壁开采覆岩结构及其稳定性研究[D];西安科技大学;2011年

10 李振华;薄基岩突水威胁煤层围岩破坏机理及应用研究[D];中国矿业大学（北京）;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李阔;双层混合开采条件下覆岩及地表移动变形规律研究[D];太原理工大学;2011年

2 魏磊;下保护层开采覆岩结构演化及卸压瓦斯抽放技术研究[D];安徽理工大学;2007年

3 任艳芳;浅埋煤层长壁开采覆岩结构特征研究[D];煤炭科学研究总院;2008年

4 冯增强;倾斜综放采场矿压控制研究[D];山东科技大学;2005年

5 李星亮;陈家沟煤矿综放开采覆岩移动破坏规律研究[D];西安科技大学;2012年

6 韩磊;软煤、厚硬顶板、极近距离煤层合理开采关键技术研究[D];安徽理工大学;2008年

7 魏义强;大采深条件下采煤活动引起的覆岩移动变形及破坏规律研究[D];太原理工大学;2010年

8 武彩霞;平朔三号井工矿边邦开采区地表沉陷规律研究[D];中国地质大学（北京）;2010年

9 李鹏;采动引起边坡地表移动变形规律研究[D];太原理工大学;2011年

10 王鹏;复杂开采条件下覆岩移动和变形规律的模拟研究[D];太原理工大学;2010年

  本文关键词：复杂开采条件下覆岩移动和变形规律的模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：196756