黄土沟壑区煤层开采地表移动变形规律研究

发布时间：2020-06-04 00:39

【摘要】：榆神矿区为我国煤炭资源开采重点建设地区,该区域以浅埋煤层为主且地表存在大范围黄土沟壑区,对黄土沟壑条件下煤层开采时地表产生的移动变形较常规开采条件显得更为复杂。开展榆神矿区黄土沟壑区煤层开采地表移动变形规律研究,探索煤层开采地表移动变形规律对矿区实现绿色高产高效生产及开采损害防治具有重要指导意义。论文以榆神矿区黄土沟壑区浅埋煤层为研究对象,通过典型矿井实测资料收集及分析,确定了影响地表沉陷的主要因素为:坡体稳定性、基岩厚度、松散层厚度和开采厚度,且坡体稳定性为首要影响因素;按照地表损害特征将地表裂缝划分为拉伸挤压型、滑动型和塌陷型三种类型。通过对黄土沟壑区地表移动变形模式转化为坡体与平地的组合,给出黄土沟壑区的地表下沉值的叠加关系式;以坡体稳定性为基础,得出其影响程度排序:坡体角度内摩擦角坡高内聚力土体密度,并给出了边坡安全系数的表达式。以柠条塔煤矿为模拟对象,通过数值模拟研究结合相似材料模拟研究,对比分析地表坡体滑移量和地表坡体移动变形,得出顺坡开采优于逆坡开采。结合上述研究成果,从地表持续时间、地表岩移参数和坡体稳定性三个方面给出榆神矿区黄土沟壑区煤层开采地表移动变形规律,并通过工程实例予以验证。研究成果不仅为榆神矿区黄土沟壑区煤层开采地表移动变形预测提供科学依据,也为榆神矿区实现煤炭绿色开采和地表损害环境治理提供重要参考价值。
【图文】：

地表损害特征分析作为煤层开采过程中地表损害的主要表现形式之一，是变形的结果。根据地裂缝的形成条件，将地裂缝的形成变形和土层破坏变形。在岩层破坏变形阶段，在煤层开扩大，，上覆岩梁发生弯曲破坏直至破断失稳，裂隙在岩阶段，由于土层自身物理特性，在表土层各点受到开采生破坏，地表因此产生非均匀下沉和移动变形，当土层会沿着原有裂隙发生破坏[63]。根据地裂缝的诱发因素，动型和塌陷型三种。挤压型裂缝知，在压缩区，水平方向受到压缩作用，地表土层受力形成挤压型裂缝；在拉伸区，水平方向受到拉伸作用，伸应力，从而出现拉伸型裂缝，见图 2.2。

图 2.2 地表拉伸型裂缝示意图对于榆神矿区厚黄土层，由于黄土层结构性差，强度低，抗拉伸变形弱，且黄土层中垂直裂缝发育程度高，易形成弱面阻滞了由采空区产生的移动变形传递，裂缝在拉伸应力作用下扩张，与地表出现拉伸型裂缝[63]。由概率积分法可知，在主断面内任意一点地表水平变形为[64]： 222max2πexpπ()rxxrwbx （2.1）图 2.3 半无限开采水平移动示意图由图 2.3 可知，随工作面开采，拉伸型裂缝最大值出现在 0.4r 处。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD325

【参考文献】

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1 王新静;胡振琪;胡青峰;陈超;;风沙区超大工作面开采土地损伤的演变与自修复特征[J];煤炭学报;2015年09期

本文编号：2695632