榆神府矿区煤层地下开采地表移动规律数值模拟研究

发布时间：2020-11-06 03:39

　　陕北榆神府矿区煤炭资源丰富,开采煤层具有埋藏较浅、基岩覆盖薄的特点,是我国特大型煤炭开发基地。然而,由于陕北地区生态环境脆弱,地形条件复杂,沟壑纵横切割,大规模、高强度地下煤层开采,所引起的覆岩地表移动变形有其特殊规律,而且对矿区地质环境、生态环境造成了严重破坏。本文以柠条塔井田N1206开采工作面为建模原型,采用UDEC离散元数值模拟软件,对地表平坦不同采高下覆岩移动、应力变化及裂隙发育进行数值模拟分析;对不同坡度与开采方向条件下煤层开采后覆岩位移、应力变化及裂隙发育规律进行数值模拟分析;在此基础上对工作面上真实沟道建模分析,一方面建模分析得出规律的准确性,另一方面分析了不同控制措施下两侧坡体的水平位移变化规律,探索控制沟道两侧地质灾害发生的有效方法。主要研究内容及研究结论如下:(1)地表平坦条件下,随采高由小增大(4m～8m),地表下沉量逐渐增加,顶板上冒落带堆积越破碎,但下沉系数基本保持不变:覆岩垂直位移演化规律相似,均经历了拱形、高帽形、近矩形影响范围的变化,当采高6m时地表最大下沉量为4.327m,下沉系数为0.721,与实际开采情况相符。模拟分析发现,地表的下沉量与主关键层的下沉量基本保持一致,与下部亚关键层下沉量相差较大,认为主关键层控制地表下沉量的作用大于亚关键层。(2)地表不同坡度及开采方向条件下,顺坡向开采时随坡度增大(20°～60°),在坡面上出现的最大水平位移量位置固定,平均值为2.039m,且位移量沿坡顶至坡脚方向逐渐变大;逆坡向开采时,随坡度增大在坡面上出现的最水平位移量位置越向坡顶靠近,平均值为1.504m;顺坡开采在坡面产生的水平位移整体大于逆坡开采,而逆坡开采在坡体后侧地表产生的水平位移比顺坡开采影响范围更远,同样位置产生的位移量更大。由此得出:采用逆坡方向开采比顺坡方向开采更有利于坡体稳定,不易发生滑坡崩塌等地质灾害,而顺坡方向开采相较于逆坡方向开采可以减少坡顶后侧地裂缝的发生。(3)地表沟壑起伏条件下,对工作面上真实沟道建模开采后,得到左右两侧坡体产生的水平位移量分别同坡度为40°时顺坡、逆坡方向开采后产生的水平位移量相同,坡面位移变化规律一致,说明得出的规律准确。同时设置不同停采线位置及保护煤柱宽度,控制坡体位移大小,得出停采线位置未推进过沟道时,距沟道底部水平距离越远,坡体越稳定;沟道下保护煤柱留设的宽度越大,坡体越稳定。
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD325
【部分图文】：

技术路线图

地貌图,风积沙,地貌

西安科技大学硕士学位论文尤以 8 月最多，平均为 128.2mm，约占总量的的 1/4，并多以暴雨形式出现，易造成洪灾；降水量由南向北递减。区内主要发育的一级水系为窟野河及秃尾河，受地质构造及地貌特征影响，流向均为从西北向东南方向，各自发育有众多二级水系，河流下切剧烈，部分河段已切入基岩，因水土流失严重，河流中泥沙多。2.2 地质条件2.2.1 地形及地貌特征矿区地表整体从西北至东南逐渐降低，海拔高度为 1200～1300m，地势总体平坦。矿区内主要以西部的风积沙地貌和东部、北部的黄土梁峁丘陵地貌为主（图 2.2、图 2.3）。风积沙地貌基底为侵蚀残留的黄土梁峁地形，表面为波状起伏；梁峁两侧沟谷切割深度不等，一般 50ｍ～150m，少数超过 250m，分水岭地带多未切到基岩，断面呈“U”字形。中下游一般切至基岩 10m 至 100m 以上，断面多呈“U”字形。局部地段形成巷口，两岸谷坡形成基岩陡崖。

黄土梁