石膏矿采空区覆岩蠕变模拟及其位移监测稳定性评价
发布时间：2021-09-23 08:39
矿山资源的大量开采造成了大面积的采空区,采空区失稳导致的覆岩下沉、地表变形,甚至大面积塌陷等破坏,会严重威胁居民生活、企业安全生产以及生态环境。因此,研究采空区失稳,评价采空区稳定性对指导采空区治理以及保证居民生活生产安全具有重要意义。本文以山东省平邑石膏矿采空区光纤监测治理项目为研究背景,在对石膏矿采空区的构造地质条件、水文及工程地质条件以及采空区现状调查的基础上,综合考虑采空区覆岩不同岩性、采空区不同空间形态、采空区覆岩下沉时间效应等影响因素,结合工程实际,利用改进的蠕变本构模型,通过FLAC3D软件计算采空区覆岩不同深度岩层的下沉量,对比分析了摩尔-库仑本构模型和改进的蠕变本构模型对数值计算结果的影响,模拟计算了采空区覆岩不同深度岩层蠕变下沉过程,结果显示岩层深度与岩层蠕变速率程正相关变化。通过选择合适的蠕变模型描述岩石蠕变的全过程,利用最小二乘法对模型进行拟合得到了模型蠕变参数并进行了验证,通过对模型进行时间的求导计算得出了岩石由蠕变减速阶段到等速阶段、等速阶段到加入阶段的蠕变速率界限值,并以进入到加速蠕变阶段的蠕变速率值作为采空区覆岩开始垮落,采空区失稳的临界值,结果表明改进...
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１石膏矿采空区稳定性评价技术路线图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｒｏａｄｍａｐ?ｆｏｒ?ｓｔａｂｉｌｉｔｙ?ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｇｙｐｓｕｍ?ｍｉｎｅ?ｇｏａｆ??８??
黄褐色、杂色钙泥质粉砂岩、砂岩、砾岩等。砂岩为长英质，结构松散；砾岩??以灰岩砾石为主，石英砾石次之，砾径１？５ｃｍ，最大２０ｃｍ，呈次棱角一次圆状，??分选差，钙泥质胶结，厚度约１３０ｍ。矿区地质分布情况如图２．１所示。??２．１．２矿体地质特征??矿区上覆第四系冲洪积物，二元相结构，岩性为粘土、粉质沙土等，厚度??０．５－５ｍ。下伏古近系官庄群卞桥组沉积地层，岩性以泥岩及粉砂岩为主，为石??膏矿赋存层位。??石膏矿层呈层状赋存于卞桥组二段中下部，产状与上下地层产状一致，倾??向４０？５０°?，倾角１９？３０°，埋深３１０ｍ？４００ｍ。Ｉ矿层分布全矿区，埋深??４６０？４８５ｍ，矿层厚度８？２６．８ｍ，平均厚度１６．２ｍ，厚度变化系数１４．０％，为变化??稳定矿层。??２．１．３水文地质条件??矿区地下水含水层类型主要为第四系松散岩类孔隙水含水岩组和下伏的古??近系泥灰岩岩溶裂隙水含水岩组。??（１）含水层类型??１）松散岩类孔隙水含水岩组??全区分布，为冲洪积形成，岩性为砂质粘土及含砾砂质粘土所组成。厚度??５．８０？２６．５０ｍ，地下水位埋深３．３８？１０．５０ｍ，单位涌水量小于８６．４ｍ３／ｄＴｔｉ，富水??中等。??１０??
该矿采用房柱式回采法，矿房布设沿矿层走向方向，根据以往矿山开采经??验，利用房柱式回采法开采，容易造成采空区顶板大面积来压，且来压一次的??顶板冒落面积无法估量，上千到十几万平米，有很大的不确定性。??顶板大面积来压的冒落方式有整体一次冒落式和分层分次冒落式，其冒落??类型分切冒型和拱冒型两种。??（１）切冒型??切冒型冒落一般突发性较强，其与采空区面积有直接关系，空区面积越大??顶板越容易发生冒落。当顶板发生冒落时，悬露的顶板整体同时垮落，声势浩??大直接波及至地表，冒落通常深部空区，且具有突发性，冒落过程很短，范围??较大，地表塌陷区多为圆形或椭圆形，剖面形状为梯形，采空区地表有向四处??蔓延的宽度不等的裂隙，大多裂隙宽度约０．２ｍ，开裂严重的可达０．５ｍ，其深度??较深无法估量。冒落过程如图２．２所示。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进的Poyting-Thomson岩石蠕变模型研究[J]. 杨广雨,王伟,赵腾,李学浩,秦志军. 三峡大学学报(自然科学版). 2018(02)
[2]改进的西元蠕变模型[J]. 马白虎. 公路. 2017(12)
[3]关于非煤矿山采空区的危害和治理措施分析[J]. 高亚欣. 世界有色金属. 2017(06)
[4]2002—2014年我国煤矿重特大事故特征及发生规律研究[J]. 金永飞,靳运章,鲁军辉,路燕涛,陈柏成. 安全与环境学报. 2017(02)
[5]基于Norton方程的岩石蠕变损伤曲线的测定[J]. 许腾,任思玉,樊成,徐涛. 水利与建筑工程学报. 2017(02)
[6]基于蠕变经验模型与指数曲线模型的大坝沉降预测[J]. 胡喜艳,彭环云,李建中. 土工基础. 2017(02)
[7]岩体流变力学特性研究[J]. 费大军,詹候全,戴祺云. 四川水力发电. 2017(01)
[8]基于分段模拟的岩石蠕变模型[J]. 唐皓,王东坡,裴向军,唐胜利. 水文地质工程地质. 2017(01)
[9]鱼刺图法在桥梁工程中对上行式移动模架过跨坍塌危险源辨识的应用[J]. 彭云涌,罗桂军,汤宝,王川. 建筑施工. 2016(12)
[10]2002-2015年我国重特大事故统计分析[J]. 崔金玲,吕良海,汪彤. 安全、健康和环境. 2016(12)
博士论文
[1]多场环境作用岩石蠕变特性试验及力学模型研究[D]. 江宗斌.大连海事大学 2016
[2]硬脆性岩体卸荷非线性流变模型及工程应用[D]. 张龙云.山东大学 2016
[3]水岩作用下深部岩体的损伤演化与流变特性研究[D]. 刘业科.中南大学 2012
[4]岩石蠕变本构模型的辨识及应用[D]. 刘文彬.北京交通大学 2009
[5]岩体变形光纤光栅传感检测的理论与方法研究[D]. 魏世明.西安科技大学 2008
硕士论文
[1]双开关西原模型及其在地下洞室三维流变分析中的应用[D]. 丁浩.武汉大学 2017
[2]石膏矿大型采空区突变失稳机理及稳定性研究[D]. 汪尔乾.中国矿业大学 2017
[3]石膏类矿床采空区失稳机理及防治措施研究[D]. 肖国喜.江西理工大学 2015
[4]典型循环塑性和粘塑性本构模型对单轴棘轮行为预测能力评估[D]. 任学红.西南交通大学 2015
[5]高应力区巷道流变特性分析及支护技术研究[D]. 曹日红.中南大学 2014
[6]温度、压力、水作用下软岩流变规律的研究[D]. 李迎.青岛科技大学 2013
[7]岩石蠕变全过程损伤模拟方法研究[D]. 袁靖周.湖南大学 2012
[8]高速公路下伏采空区综合治理技术研究[D]. 韩健.长安大学 2011
[9]石膏蠕变特性及矿房矿柱长期稳定性研究[D]. 张仰强.山东科技大学 2010
[10]石膏矿采空区处理方法研究[D]. 张晓峰.武汉理工大学 2007
本文编号：3405395
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１石膏矿采空区稳定性评价技术路线图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｒｏａｄｍａｐ?ｆｏｒ?ｓｔａｂｉｌｉｔｙ?ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｇｙｐｓｕｍ?ｍｉｎｅ?ｇｏａｆ??８??
黄褐色、杂色钙泥质粉砂岩、砂岩、砾岩等。砂岩为长英质，结构松散；砾岩??以灰岩砾石为主，石英砾石次之，砾径１？５ｃｍ，最大２０ｃｍ，呈次棱角一次圆状，??分选差，钙泥质胶结，厚度约１３０ｍ。矿区地质分布情况如图２．１所示。??２．１．２矿体地质特征??矿区上覆第四系冲洪积物，二元相结构，岩性为粘土、粉质沙土等，厚度??０．５－５ｍ。下伏古近系官庄群卞桥组沉积地层，岩性以泥岩及粉砂岩为主，为石??膏矿赋存层位。??石膏矿层呈层状赋存于卞桥组二段中下部，产状与上下地层产状一致，倾??向４０？５０°?，倾角１９？３０°，埋深３１０ｍ？４００ｍ。Ｉ矿层分布全矿区，埋深??４６０？４８５ｍ，矿层厚度８？２６．８ｍ，平均厚度１６．２ｍ，厚度变化系数１４．０％，为变化??稳定矿层。??２．１．３水文地质条件??矿区地下水含水层类型主要为第四系松散岩类孔隙水含水岩组和下伏的古??近系泥灰岩岩溶裂隙水含水岩组。??（１）含水层类型??１）松散岩类孔隙水含水岩组??全区分布，为冲洪积形成，岩性为砂质粘土及含砾砂质粘土所组成。厚度??５．８０？２６．５０ｍ，地下水位埋深３．３８？１０．５０ｍ，单位涌水量小于８６．４ｍ３／ｄＴｔｉ，富水??中等。??１０??
该矿采用房柱式回采法，矿房布设沿矿层走向方向，根据以往矿山开采经??验，利用房柱式回采法开采，容易造成采空区顶板大面积来压，且来压一次的??顶板冒落面积无法估量，上千到十几万平米，有很大的不确定性。??顶板大面积来压的冒落方式有整体一次冒落式和分层分次冒落式，其冒落??类型分切冒型和拱冒型两种。??（１）切冒型??切冒型冒落一般突发性较强，其与采空区面积有直接关系，空区面积越大??顶板越容易发生冒落。当顶板发生冒落时，悬露的顶板整体同时垮落，声势浩??大直接波及至地表，冒落通常深部空区，且具有突发性，冒落过程很短，范围??较大，地表塌陷区多为圆形或椭圆形，剖面形状为梯形，采空区地表有向四处??蔓延的宽度不等的裂隙，大多裂隙宽度约０．２ｍ，开裂严重的可达０．５ｍ，其深度??较深无法估量。冒落过程如图２．２所示。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进的Poyting-Thomson岩石蠕变模型研究[J]. 杨广雨,王伟,赵腾,李学浩,秦志军. 三峡大学学报(自然科学版). 2018(02)
[2]改进的西元蠕变模型[J]. 马白虎. 公路. 2017(12)
[3]关于非煤矿山采空区的危害和治理措施分析[J]. 高亚欣. 世界有色金属. 2017(06)
[4]2002—2014年我国煤矿重特大事故特征及发生规律研究[J]. 金永飞,靳运章,鲁军辉,路燕涛,陈柏成. 安全与环境学报. 2017(02)
[5]基于Norton方程的岩石蠕变损伤曲线的测定[J]. 许腾,任思玉,樊成,徐涛. 水利与建筑工程学报. 2017(02)
[6]基于蠕变经验模型与指数曲线模型的大坝沉降预测[J]. 胡喜艳,彭环云,李建中. 土工基础. 2017(02)
[7]岩体流变力学特性研究[J]. 费大军,詹候全,戴祺云. 四川水力发电. 2017(01)
[8]基于分段模拟的岩石蠕变模型[J]. 唐皓,王东坡,裴向军,唐胜利. 水文地质工程地质. 2017(01)
[9]鱼刺图法在桥梁工程中对上行式移动模架过跨坍塌危险源辨识的应用[J]. 彭云涌,罗桂军,汤宝,王川. 建筑施工. 2016(12)
[10]2002-2015年我国重特大事故统计分析[J]. 崔金玲,吕良海,汪彤. 安全、健康和环境. 2016(12)
博士论文
[1]多场环境作用岩石蠕变特性试验及力学模型研究[D]. 江宗斌.大连海事大学 2016
[2]硬脆性岩体卸荷非线性流变模型及工程应用[D]. 张龙云.山东大学 2016
[3]水岩作用下深部岩体的损伤演化与流变特性研究[D]. 刘业科.中南大学 2012
[4]岩石蠕变本构模型的辨识及应用[D]. 刘文彬.北京交通大学 2009
[5]岩体变形光纤光栅传感检测的理论与方法研究[D]. 魏世明.西安科技大学 2008
硕士论文
[1]双开关西原模型及其在地下洞室三维流变分析中的应用[D]. 丁浩.武汉大学 2017
[2]石膏矿大型采空区突变失稳机理及稳定性研究[D]. 汪尔乾.中国矿业大学 2017
[3]石膏类矿床采空区失稳机理及防治措施研究[D]. 肖国喜.江西理工大学 2015
[4]典型循环塑性和粘塑性本构模型对单轴棘轮行为预测能力评估[D]. 任学红.西南交通大学 2015
[5]高应力区巷道流变特性分析及支护技术研究[D]. 曹日红.中南大学 2014
[6]温度、压力、水作用下软岩流变规律的研究[D]. 李迎.青岛科技大学 2013
[7]岩石蠕变全过程损伤模拟方法研究[D]. 袁靖周.湖南大学 2012
[8]高速公路下伏采空区综合治理技术研究[D]. 韩健.长安大学 2011
[9]石膏蠕变特性及矿房矿柱长期稳定性研究[D]. 张仰强.山东科技大学 2010
[10]石膏矿采空区处理方法研究[D]. 张晓峰.武汉理工大学 2007
本文编号：3405395
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