煤炭采空区沉降机理及其地表承载能力研究

发布时间：2020-11-21 16:02

　　 煤炭资源在全部的能源应用中占比最大,我国煤炭资源储量丰富,煤炭资源在开发利用中形成了大量的采空区,随着我国城市化进程,城市扩张,采空区地表土地资源利用问题迫在眉睫。本文通过室外钻井探查采空区地层特征和采集地层岩心,然后进行物理力学试验测试地层物理力学参数,验证采空区计算断裂带和垮落断裂带发育高度的资料总结公式,结合地质调查建立研究区三维仿真模型,通过理论分析、数值模拟、现场监测、数据分析等方法,研究采空区沉降机理和采空区地表承载能力,完成了以下工作:(1)开展钻探和勘查工作,基本查明勘查区内上覆岩层“三带”发育高度或留设煤(岩)柱完整性,优化本区的“三带”发育高度计算公式。然后进行物理力学试验等测试工作手段,获取采空区顶底板和上覆岩层物理力学参数,为数值计算做准备。(2)在具有代表性的区域开展采空区地表移动变形监测工作,基本查明不同地段采空区地表移动变形规律,基本确定现有煤炭资源采空区的剩余变形量。(3)有效融合水文地质、工程地质、岩土力学、结构分析等多手段及多学科交叉的综合研究方法,进行煤矿采空区稳定性综合研究。把开挖作为影响地面沉降的主要因素,建立大区域三维仿真模型,探究开挖对地面沉降的影响。建立典型采空区的精细岩土力学分析模型,结合采空区煤矿开采的施工过程,有效反演验证及重现煤矿开采全过程力学响应变化规律,研究施工过程对矿区区域地质体变形、稳定性的影响,根据煤矿开采现状,对区内采空区地表移动变形进行分析。(4)在大区域矿区开挖后的基础上,在采空区地表施加建筑荷载,模拟构筑物建设后对采空区的影响,研究采空区在地表承载能力,在一定程度上反映城市发展增加的地面荷载对采空区稳定性的影响,为采空区地表土地资源的开发利用提供借鉴。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TD327
【部分图文】：

山东大学硕士学位论文??第１章绪论??１．１研究背景及意义??１．１．１研究背景??我国煤炭资源储量丰富且分布广泛（图１．１），且开采应用极多，在部分城市周边形成大量??采空区，这严重限制这些城市的发展，因此解决采空区地表土地资源利用问题迫在眉睫。??－ｍ??成＿－彳？六盘水二■?■?／??ｆ画??（２０＇?ｍｖ?ｌｉｔｉ?由?ｉｉｆｉｉ??图１．１全国煤炭资源分布图??在我国一次能源开发中，煤炭占主导地位，２０１６年中国不同能源消费结构如图１．２，煤炭??占比６２％。??１??

山东大学硕士学位论文??２０１６年中国能源消费结构??ｍ??■水电??图１．２?２０１６年我国不同能源消费结构比例??中国分布各地的煤炭经过常年开发利用，已形大面积采空区，为了缓解地下采空破坏地表??稳定与地上建设间的矛盾，本文依托兖州煤矿调查项目，进行煤炭资源采空区的地表沉降机理??及其地表承载力研宄，为煤炭采空区地表土地资源利用提供借鉴。??１．１．２研究意义??煤炭资源采空区稳定性评价和采空区地表承载能力的研宄对采空区沉降防治和地表土地??利用具有重要的参考价值。对兖州地区的矿区工程地质、水文地质和开采情况进行调查，选取??具有代表性的矿区进行研究，运用数值模拟的方法模拟煤炭开采过程，用ＦＩＳＨ语言监测采空??区沉降值，对采空区稳定性进行综合评价，为采空区安全治理提供借鉴。然后在采空区地表施??加建筑荷载，模拟采空区地表建设，探宄采空区地表承载能力，为采空区地表的土地利用提供??参考，增加采空区地表利用率。本研究对煤炭资源采空区的开发利用具有理论与工程应用价值。??２??

山东大学硕士学位论文??１．３．２技术路线??通过现场钻井试验和己有资料分析，基本查明研究采空区“三带”高度；现场设置监测点，??监测研究区残余沉降；根据地层坡面，建立整体数值分析计算模型和局部数值分析计算模型，??设置边界条件和赋值岩层参数，按照施工过程，应用整体数值分析模型计算不同开采进程条件??下的覆岩力学响应及地面沉降发展过程，应用局部模型深入分析煤炭开采过程中围岩力学响应。??结合济宁城市发展，运用数值模拟和理论计算，基本确定研究区采空区地表承载能力限值，可??在一定程度上反映城市发展增加的地面荷载与煤炭资源开采的相互作用。??技术路线如图１．３所示??炭采空区沉降机理及其地表承载能力研究????Ｉ?￣￣???钻探试检｜賴监测｜大区＋值分?丨精细＋值分｜地表諡能力??Ｉ?■：．「；」?Ｉ?」?Ｉ?￣￣?Ｉ?」??Ｉ?ｆｔｉ?Ｍ?ｎｈｕｆｉ?ｙｆｉｉｆｉｉｉｓ??１?Ｉ?选?１＾?Ｉ?Ｉ?Ｓ?Ｉ??１１＾?Ｉ?Ｉ?１＾１１?ｉｌＨ??高层试１?＾材分１?Ｉ?｜?ｉ?？?Ｓ?＊?｜?｜?１??度亨检Ｉ测抖布｜｜?区型５１?１?１??，Ｌ＇?分?煤?￥去析迷货｜?１??析?２?力力??ＶＶｎｒ?Ｖ?Ｖ?ＷＷ?Ｗ?ｎｃｘｉ＿Ｊ??Ｊ—?ｉ?ｉ?ｉ?＇?ｉ?＇??Ｓｌｉ－?确定幵采?采空：区稳定性?幵采工作面稳?地表承载能力??芑朗沉降和?分祈和沉降分?定性研究和三?研究并提出采??残余沉降?折?带应力分祈?空区治理建议??１?Ｉ?￣?Ｉ?Ｉ?Ｉ??Ｉ??为采空区灾害＇冶理和幵发利用提供借鉴??图１．３研究技术路线??６??
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 曹利;;下穿房柱式采空区隧道变形规律与控制研究[J];隧道建设;2015年01期

2 王继仁;张勋;王钰博;邓存宝;张效春;;多层采空区流场多点调控反馈补偿整体平衡理论[J];煤炭学报;2014年08期

3 贾磊;解咏平;李明;钱国锋;;盲数理论在采空区地基稳定性评价中的应用[J];科学技术与工程;2014年20期

4 周宗红;侯克鹏;任凤玉;;跑马坪铅锌矿采空区稳定性分析及控制方法[J];采矿与安全工程学报;2013年06期

5 岳高伟;蔺海晓;马晓川;;采空区高压输电线铁塔安全性能数值模拟研究[J];安全与环境学报;2013年01期

6 唐硕;罗周全;徐海;;基于模糊物元的采空区稳定性评价研究[J];中国安全科学学报;2012年07期

7 吴启红;万世明;彭文祥;;一种多层采空区群稳定性的综合评价法[J];中南大学学报(自然科学版);2012年06期

8 唐胜利;唐皓;郭辉;;基于BP神经网络的空洞型采空区稳定性评价研究[J];西安科技大学学报;2012年02期

9 胡玉玺;李夕兵;;复杂采空区危险辨识的贝叶斯判别方法及应用(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2012年02期

10 赵延林;吴启红;王卫军;万文;赵伏军;;基于突变理论的采空区重叠顶板稳定性强度折减法及应用[J];岩石力学与工程学报;2010年07期

相关博士学位论文 前1条

1 赵国彦;金属矿隐覆采空区探测及其稳定性预测理论研究[D];中南大学;2010年

相关硕士学位论文 前1条

1 陈书平;高层建筑群下多层采空区场地工程适宜性评价及治理[D];中国矿业大学;2019年

本文编号：2893257