充填条带开采岩层移动规律及地表沉陷预测方法

发布时间：2020-11-14 16:11

　　 充填条带开采是解放“三下”压煤的一种有效途径。针对目前充填条带开采岩层移动及地表沉陷控制理论研究的不足,本文基于相似材料模拟、数值模拟、理论分析等研究手段,对充填条带开采岩层移动控制机理、岩层及地表移动变形规律、地表沉陷预计方法等方面展开分析,主要的研究成果如下:(1)采用相似材料模拟的方法研究了充填条带开采岩层移动动态过程以及上覆岩层破坏情况。结果表明:充填条带开采覆岩下沉曲线在一定覆岩高度以下呈现波浪式的下沉,在向上发育的过程中波浪逐渐消失,形成连续性的下沉盆地;顶板主要以弯曲下沉为主,保持了良好的连续性;充填体有效的限制煤柱的侧向变形,减小煤柱的破坏,对支撑结构的长久稳定发挥积极作用。(2)分析了充填条带开采采宽、留设煤柱宽度、采高和充实率对覆岩及地表移动变形的影响规律。结果表明:充填条带开采煤柱上方的覆岩下沉随覆岩高度增加而增加,充填工作面上方覆岩下沉随覆岩高度增加而减小,在波浪移动带处两者下沉趋于一致;波浪移动带高度随采宽和留宽的增大而增加,不随采高和充实率的变化发生明显变化;覆岩下沉边界随采宽、采高的增大而增大,随充实率增加而减小,不随留设煤柱宽度的变化发生明显变化;地表最大下沉和最大水平移动随采宽、采高的增加而增大,随留设煤柱宽度和充实率增加而减小;地表水平移动系数不随采宽、留设煤柱宽度、采高和充实率的变化发生变化。(3)采用数值模拟的方法分析研究了充填条带开采顶板垂直应力随采宽、煤柱留设宽度、采高和充实率的变化规律,给出了顶板垂直应力计算的公式并进行验证。结果表明该公式预测得到的顶板垂直应力与数值模拟结果相对误差一般小于20%。(4)针对充填条带开采岩层移动及地表沉陷预计问题,采用平面薄板作为顶板力学模型基础,结合顶板垂直应力计算公式,建立了顶板下沉计算方法。通过结合非等厚煤层工作面的概率积分地表沉陷预计方法,建立了充填条带开采地表沉陷预测的理论模型,实现了地表任意点移动变形的预测。为提高预测模型实际工程应用能力,将充填采空区顶板下沉的计算公式与条带开采地表沉陷预计方法相结合,提出了充填条带开采等效计算方法。并对该方法的可行性进行验证。(5)以南屯矿区建筑物下充填条带采煤为例,根据地面建筑物和抽风机房的设防指标,采用充填条带开采等效计算方法,对地下充填条带开采方案进行优化设计和地表变形预测。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD325
【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
变量注释表
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 存在的问题
    1.4 研究的内容与技术路线
    1.5 论文组织结构与安排
2 充填条带开采岩层移动物理模拟研究
    2.1 相似模拟实验概述
    2.2 相似材料模拟实验设计
    2.3 相似材料模型的铺设与监测
    2.4 相似材料模型监测结果分析
    2.5 本章小结
3 充填条带开采岩层移动数值模型建立
    3.1 数值模拟方法介绍
    3.2 数值模型的建立
    3.3 数值模型参数校准
    3.4 本章小结
4 充填条带开采岩层移动及地表沉陷规律
    4.1 实验方案设计
    4.2 充填条带开采岩层移动规律
    4.3 充填条带开采地表移动规律
    4.4 充填条带开采顶板垂直应力分布
    4.5 本章小结
5 充填条带开采覆岩及地表移动变形预测方法
    5.1 充填条带开采覆岩及地表沉陷预计模型
    5.2 充填条带开采地表沉陷预计等效计算方法
    5.3 本章小结
6 南屯矿区充填条带开采工程案例研究
    6.1 南屯矿区地面建筑物概况
    6.2 充填条带开采地表移动变形预计
    6.3 本章小结
7 结论与展望
    7.1 主要结论
    7.2 不足和展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集

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本文编号：2883669