厚黄土覆盖层村镇下条带开采研究

发布时间：2017-06-10 14:11

  本文关键词：厚黄土覆盖层村镇下条带开采研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：西部地区厚黄土覆盖层条件下地表损害具有它的独特性。长期以来在这一地区广泛地应用条带开采来保护地表建筑物及设施。本文针对这一问题应用数值模拟方法预计开采地表移动变形，确定合理的开采方案。 应用数值模拟方法能否准确预计开采地表移动变形的关键问题是选取合适的理论模型、计算方法和计算参数的确定。本文根据蒲白矿区白水河下条带开采的地表移动观测成果，应用FLAC3D进行反演模拟计算、参数拟合，确定了在蒲白矿区同类采矿地质条件下的数值模拟理论模型及煤（岩）体物理力学参数。 条带开采煤柱稳定性分析也是关键问题之一。长期以来煤柱的稳定性分析集中在静态受力分析上。煤柱受到采动影响后，煤柱强度有所降低，虎克-布朗准则能较为准确的反映煤（岩）体这一行为力学特性。但FLAC3D中没有明确给出虎克-布朗准则的理论计算模型。本文通过推导，给出了莫尔-库仑准则和虎克-布朗准则力学参数之间的换算公式。在利用虎克-布朗准则确定粘结力和摩擦角时，需用到最小主应力，但在计算过程中最小主应力是一个变量，这就用到了FLAC3D内部函数功能，动态提取最小主应力，动态的改变材料属性。另外，煤柱的稳定性也与顶底板的相对移动方向有关。由于受采动的影响顶板有向采空区中心移动的趋势，，在煤层和顶板之间形成了剪切力，这种剪切力的直接作用结果是在煤层的上部形成了拉压应力区和中性区；而在煤层的下部，底板和煤柱的相对移动方向与顶板和煤柱的相对移动方向反向，所以在煤柱的下部所形成的拉压应力区和中性区与煤柱上部的拉压应力区和中性区成非对称分布。本文用FLAC3D模拟了西固村镇下条带开采煤柱的动态受力过程，由数值模拟结果判定西固村镇下条带开采，按倾向变条带预确定方案，煤柱具有动态受力稳定性和长期稳定性。 开采系统、覆岩组合系统及地面保护系统是开采地表损害的一个相关的整体系统，特别是覆岩中的关键控制层对于西部厚黄土覆盖层条件下的开采损害更具特殊意义。本文应用FLAC3D简单模拟分析了在西固采矿地质条件下关键层的控制作用。 通过对白水河观测成果反演模拟，确定了合适的理论模型及计算参数，应用FLAC3D数值模拟分析了煤柱的稳定性及全盆地地表移动变形规律，结合相似材料模拟和影响函数预计，给出了西固村镇下倾向变条带协调开采方案。
【关键词】：协调开采 开采沉陷 采动损害 塑性区 关键层 FLAC3D YHL-12 数值模拟
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TD823
【目录】：

• 1 绪论9-18
• 1.1 开采沉陷理论的发展及研究现状9-11
• 1.1.1 开采沉陷理论的发展历史9-10
• 1.1.2 我国开采沉陷理论综述及研究现状10-11
• 1.2 条带开采的研究历史和研究现状11-14
• 1.2.1 唯象法11
• 1.2.2 连续介质力学法11-12
• 1.2.3 数值分析方法12-13
• 1.2.4 物理模拟13-14
• 1.3 条带煤柱应力应变特征及稳定性14-15
• 1.4 问题的提出及本文的主要内容与工作15-16
• 1.5 技术路线16-18
• 2 白水河下煤层开采数值模拟18-33
• 2.1 地表移动变形资料的整理18-19
• 2.1.1 上山段地表移动观测站的布设18-19
• 2.1.2 蒲白矿区白水河下煤层开采的地表移动观测结果19
• 2.2 数值模拟19-29
• 2.2.1 FLAC简介19-20
• 2.2.2 力学参数的选取20-23
• 2.2.3 三维模型的建立23
• 2.2.4 计算结果23-29
• 2.3 计算结果与实测对比分析29-30
• 2.3.1 实测结果与计算结果汇总29
• 2.3.2 误差分析29-30
• 2.4 主断面移动变形参数的确定30-32
• 2.5 本章小结32-33
• 3 白水河下煤层开采关键层的数值模拟33-37
• 3.1 关键层变形破坏基本理论33-34
• 3.2 关键层判别方法34-35
• 3.3 白水河下煤层开采关键层的数值模拟35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 4 煤柱稳定性数值模拟37-44
• 4.1 条带开采煤柱应力分布的一般规律37-39
• 4.2 西固村镇煤柱的数值模拟及动态受力分析39-41
• 4.2.1 西固村镇煤柱稳定性数值模拟结果39-40
• 4.2.2 煤柱应力分布的动态受力分析40-41
• 4.3 西固村镇煤柱长期稳定性判定41-42
• 4.3.1 煤柱极限应力值的确定41-42
• 4.3.2 数值模拟确定煤柱的长期稳定性42
• 4.4 本章小结42-44
• 5 工程实例44-61
• 5.1 西固村镇地质及地表简况44-45
• 5.2 西固村镇煤层开采优化设计45-55
• 5.2.1 确定合理的采留宽46-47
• 5.2.2 煤层开采优化设计47-48
• 5.2.3 数值模拟结果48-54
• 5.2.4 关键层的数值模拟结果54-55
• 5.3 相似材料模拟55-58
• 5.3.1 模拟实验方法55-56
• 5.3.2 实验数据分析56-58
• 5.4 开采方案的安全可靠性与可行性评价58-60
• 5.4.1 方案可靠性与可行性分析58-59
• 5.4.2 简单的技术经济分析59-60
• 5.5 本章小结60-61
• 6 结论与展望61-63
• 6.1 结论61-62
• 6.2 本课题的展望62-63
• 致 谢63-64
• 参考文献64-66
• 附 录66

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 孙超;薄景山;孙有为;;采空区沉陷研究历史及现状[J];防灾科技学院学报;2008年04期

2 展国伟;夏玉成;杜荣军;;Hoek-Brown强度准则在FLAC~(3D)数值模拟中的应用[J];采矿与安全工程学报;2007年03期

3 赵晓峰;;榆林某煤矿采空区地表移动变形预测及其工程分区[J];煤田地质与勘探;2011年04期

4 张洪鹏;;厚冲积层村庄下薄煤层开采技术研究[J];煤炭工程;2007年06期

5 朱敏;杨栗;;基于极限平衡法和有限元法的岩质高边坡稳定性分析[J];西北水电;2012年03期

6 晏莉;阳军生;张学民;刘宝琛;;水平互层岩体并行隧道中间岩柱稳定分析[J];岩石力学与工程学报;2009年S1期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 赵忠明;小浪底库区采空区稳定性研究[D];河南理工大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 吴韶艳;煤矿采空沉陷原理及地表移动变形预测研究[D];长安大学;2011年

2 王星;煤矿塌陷影响区对高速公路影响及对策研究[D];辽宁工程技术大学;2011年

3 孙超;地下采空区对地表稳定性的影响[D];中国地震局工程力学研究所;2005年

4 祁丽华;公路采空区地表稳定性评价[D];中国地质大学（北京）;2007年

5 曾凌方;栾川三道庄矿三维模型的建立与地下空区可视化研究[D];中南大学;2008年

6 杨宏敏;掘巷充填回收部分条带煤柱的关键技术研究[D];中国矿业大学;2008年

7 杨建平;非煤地下矿山采空区安全评估[D];西安建筑科技大学;2009年

8 任丽艳;大屯矿区岩移参数规律研究[D];山东科技大学;2009年

9 李敏;山区重复采动下地表移动变形规律研究[D];太原理工大学;2012年

10 吕磊;厚松散层重复采动条件下地表移动规律研究[D];安徽理工大学;2012年

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本文编号：438764