关键层对地表移动范围影响的数值模拟研究

发布时间：2020-04-29 05:44

【摘要】：地下煤层开采往往引起地表下沉,造成人员伤亡和财产损失,使得研究岩层移动与沉陷问题成为一个重要课题。当煤矿开采设计的移动角选取过大时,会导致地表建筑物或其他生产设施位于地表移动沉陷区,不仅影响生产、造成经济损失,还给煤矿企业人员安全构成巨大隐患。结合关键层理论来研究开采沉陷,能够较为有效的反映采空区地表沉陷的实际情况,而且能够解释地表裂缝的形成机理,以提高地表沉陷范围及程度的预计精度,从而达到安全合理开采煤矿的目的。本文在收集资料和现场调查的基础上,通过归纳总结采空区上覆岩层对地表沉陷的影响规律,初步了解上覆岩层岩性特点对地表沉陷的作用规律;同时研究关键层的作用机理,并根据研究区实际情况,确定研究区的关键层位置。然后运用midas数值模型模拟研究区采煤沉陷的情况,并结合实地的裂缝监测数据,求证数值模拟结果的精准度。依据研究区采煤沉陷的三维数值模拟结果,从采空区上覆岩层的位移、应力、应变等方面分析关键层条件下的采煤沉陷规律。结果表明:采空区上覆岩层存在应力集中现象,包括关键层处及采空区边界处由于重力作用而形成的压应力集中区,其中关键层处是由于关键层岩层破断形成铰接的岩块,在重力作用下形成横向的挤压应力;采空区两侧工作面由于应力向工作面释放,形成了以水平方向为主的剪应力集中区;采空区底板由于卸荷回弹作用产生的向采空区褶曲变形的鼓胀应力集中区。最后以研究区采空沉陷模拟结果为基础,模拟在不同结构类型的关键层下采空区上覆岩层的位移、应力变化,探讨不同结构类型的关键层对上覆岩层移动变形的控制作用。结果表明:(1)关键层的存在确实有效的减缓了采空区地表的沉陷变形;(2)下山边界角与岩层组合关系不大,而上山边界角与关键层相关,关键层的存在使上山移动角增大,从而减小了地表沉陷范围;(3)挤压应力主要集中于关键层处,构成铰接岩梁,从而使关键层成为上覆岩层荷载的主要载体并控制上覆岩层移动的作用;(4)在采深相同的情况下,关键层离采空区越近,关键层上覆岩层则相对越厚,能够传播到地表的变形破坏越小,地表沉陷程度越小。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD325.2

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本文编号：2644280