王河矿膏体充填开采覆岩移动变形及地表沉陷规律研究

发布时间：2017-10-01 11:21

  本文关键词：王河矿膏体充填开采覆岩移动变形及地表沉陷规律研究

  更多相关文章： 膏体充填 数值模拟 覆岩移动变形 地表沉陷

【摘要】：膏体充填开采指的是将充填体借助充填泵通过充填管道输送到采空区内,从而来控制覆岩移动变形及地表沉陷,与传统垮落法开采相比,它能减少对土地资源、水资源、建筑物等的破坏,具有安全性好、采出率高、对环境友好等特点,是一种有效的绿色开采技术。文章以王河矿10903充填开采工作面为背景,研究了膏体充填开采条件下覆岩移动变形及地表沉陷规律。本文借助数值模拟和理论分析,对传统垮落法开采和膏体充填开采下的覆岩破坏特征进行了分析,并计算了充填开采覆岩导水裂隙带高度。在对控制覆岩及地表移动的影响因素剖析基础上,通过建立岩梁力学模型,得出了充填前顶板移近量的计算公式。研究表明:充填开采后覆岩并没有形成传统的“三带”,而是只有裂隙带和弯曲下沉带;充填后覆岩导水裂隙带高度为8.3m,小于隔水层厚度9.18m,与传统开采相比,充填开采能有效防治矿井水害;影响覆岩及地表移动的充填因素主要是充填前顶底板移近量、充填体未接顶量、充填率压缩量;通过顶板移近量公式,计算出充填前顶板移近量为30mm。采用UDEC数值模拟软件分析了传统垮落法开采和膏体充填开采不同条件下的覆岩移动变形及地表沉陷规律,得到膏体充填开采不同工作面推进距离、充填体不同弹性模量、不同充填率时覆岩及地表移动变形规律。结合工作面地表现场实测,进一步对地表移动特征进行了研究,经计算得到了地表移动相关参数及各项地表沉陷变形值。研究结果表明当10903工作面充填体弹性模量为1Gpa、充填率81%时,充填开采能有效控制地表沉陷,满足保护地表建筑的设计要求。本文的研究成果对王河煤矿后续充填开采具有一定的指导意义,并为其他类似地质采矿条件下矿区进行“三下”开采提供了相关的科学依据和工程借鉴。
【关键词】：膏体充填 数值模拟 覆岩移动变形 地表沉陷
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD325
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• abstract6-11
• 1 绪论11-17
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 充填开采技术研究现状12-13
• 1.2.2 开采沉陷理论研究现状13-14
• 1.3 研究内容及技术路线14-17
• 1.3.1 研究内容14-15
• 1.3.2 技术路线15-17
• 2 矿井及工作面概况17-31
• 2.1 矿区自然地理概况17-18
• 2.1.1 井田位置及范围17
• 2.1.2 交通条件17
• 2.1.3 井田自然地理概况17-18
• 2.2 矿区地质概况18-20
• 2.2.1 煤层18-19
• 2.2.2 地质构造19
• 2.2.3 水文地质19-20
• 2.3 工作面水文地质条件20-25
• 2.3.1 工作面概况20-21
• 2.3.2 地面情况21
• 2.3.3 顶底板条件及含水层21-24
• 2.3.4 隔水层24
• 2.3.5 突水实例及突水因素分析24-25
• 2.4 工作面充填概况25-29
• 2.4.1 充填体强度25-27
• 2.4.2 充填方式的确定27
• 2.4.3 采煤工艺27-28
• 2.4.4 工作面充填28-29
• 2.5 本章小结29-31
• 3 膏体充填开采覆岩移动破坏规律及影响因素探析31-47
• 3.1 煤矿开采引起的采动影响分析31
• 3.2 垮落开采与膏体充填开采覆岩破坏特征31-35
• 3.2.1 垮落开采条件下覆岩的破坏特征31-33
• 3.2.2 膏体充填开采条件下覆岩的破坏特征33-35
• 3.3 覆岩导水裂隙带发育高度35-36
• 3.3.1 导水裂隙带高度的确定35-36
• 3.3.2 导水裂隙带的数值模拟及计算36
• 3.4 膏体充填开采覆岩及地表移动影响因素探析36-40
• 3.4.1 地质采矿条件因素37-38
• 3.4.2 充填因素38-40
• 3.5 顶板移近量的计算40-44
• 3.5.1 顶板极限跨距的计算40-42
• 3.5.2 顶板移近量的计算42-44
• 3.6 覆岩与地表移动因素的控制措施44-45
• 3.6.1 减小充填前顶底板下沉量44
• 3.6.2 减小充填体未接顶量44
• 3.6.3 降低充填体压缩44
• 3.6.4 加强人为操作44-45
• 3.7 本章小结45-47
• 4 覆岩移动及地表沉陷数值模拟47-81
• 4.1 UDEC软件简介47
• 4.2 数值模型的建立47-53
• 4.2.1 数值计算模型范围的确定47-48
• 4.2.2 模型边界条件及初始应力场的确定48-49
• 4.2.3 模型单元划分及岩体力学参数49-51
• 4.2.4 模拟方案设计及模拟过程分析51-53
• 4.3 垮落法开采覆岩移动及地表沉陷数值模拟53-59
• 4.3.1 不同推进距离下数值模拟结果53-56
• 4.3.2 不同推进距离条件下支承应力变化56-57
• 4.3.3 不同推进距离条件下地表变形分析57-59
• 4.4 不同充填条件下覆岩移动变形及地表沉陷数值模拟59-78
• 4.4.1 不同推进距离条件下的覆层移动变形及地表沉陷分析59-66
• 4.4.2 不同充填体弹性模量条件下的覆层移动变形及地表沉陷分析66-72
• 4.4.3 不同充填率条件下的覆层移动变形及地表沉陷分析72-78
• 4.5 本章小结78-81
• 5 膏体充填开采地表移动变形实测与分析81-91
• 5.1 地表观测站设计81-84
• 5.1.1 地表观测站设计参数81-82
• 5.1.2 观测站的类型及布设形式82
• 5.1.3 观测线位置的确定82
• 5.1.4 观测线长度的确定82-83
• 5.1.5 观测站布置及测点83-84
• 5.2 10903工作面地表移动变形规律84-87
• 5.2.1 角量参数的求取84-87
• 5.2.2 超前影响距及影响角87
• 5.3 地表移动变形特征分析87-89
• 5.4 地表建(构)筑物受采动影响评价89-90
• 5.4.1 地表建(构)筑物损毁程度评定指标89
• 5.4.2 王河矿膏体充填开采采动影响评价89-90
• 5.5 本章小结90-91
• 6 结论与展望91-93
• 6.1 结论91-92
• 6.2 展望92-93
• 参考文献93-97
• 作者简历97-99
• 学位论文数据集99

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 傅先杰;特殊推覆体下开采覆岩破坏特性浅析[J];矿业安全与环保;2000年S1期

2 傅先杰;特殊推覆体下开采覆岩破坏及其地表沉降特征浅析[J];煤炭科技;2001年03期

3 石文球;特殊推覆体下开采覆岩破坏及其地表沉降特征浅析[J];煤炭技术;2005年08期

4 张华兴,张刚艳,许延春;覆岩破坏裂缝探测技术的新进展[J];煤炭科学技术;2005年09期

5 檀双英;康永华;刘治国;张玉军;张刚艳;;祁东煤矿综采覆岩破坏特征[J];煤炭科学技术;2006年09期

6 葛英豪;肖建辉;刘文中;冯士安;;许疃煤矿8223工作面开采覆岩破坏特征的研究[J];煤矿安全;2009年03期

7 王金安;纪洪广;张燕;;不整合地层下开采覆岩移动变异性研究[J];煤炭学报;2010年08期

8 张玉军;;钻孔电视探测技术在煤层覆岩裂隙特征研究中的应用[J];煤矿开采;2011年03期

9 刘凯;;地面电磁法探测覆岩破坏的应用[J];科技资讯;2012年02期

10 沈永炬;黄远;;不同间距多煤层开采覆岩破坏特征的数值模拟[J];中国矿业;2012年07期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 金洪伟;许家林;朱卫兵;;覆岩移动的拱-梁组合结构模型的初步研究[A];自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集（1）[C];2009年

2 孙如华;李文平;李小琴;;叠加开采顶板覆岩变形破坏研究[A];第八届全国工程地质大会论文集[C];2008年

3 张庆松;高延法;刘松玉;;覆岩结构破坏度模型及其应用研究[A];中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集（下册）[C];2003年

4 杨逾;范学理;刘文生;赵德深;;覆岩离层注浆中注浆量的确定[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展（下册）[C];2001年

5 李培现;谭志祥;闫丽丽;邓喀中;;采动覆岩裂隙发育数值模拟力学参数反演[A];岩石力学与工程的创新和实践：第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2010年

6 刘昆轮;张传玖;;宽沟煤矿覆岩活动及应力演化的数值模拟研究[A];煤炭开采新理论与新技术——中国煤炭学会开采专业委员会2012年学术年会论文集[C];2012年

7 李刚;梁冰;;采场覆岩层渗流场形成机理及其应用[A];第九届全国渗流力学学术讨论会论文集（二）[C];2007年

8 易德礼;康永华;赵开全;;祁东煤矿高水压裂隙岩体综采覆岩破坏规律研究[A];矿山地质灾害成灾机理与防治技术研究与应用[C];2009年

9 杨居友;;覆岩(离层)注浆工程自动监测系统的研究[A];开滦矿区采矿技术与实践文集[C];2009年

10 耿养谋;;矿山开采覆岩应力拱演化规律研究[A];2009矿山灾害预防控制学术研讨会论文集[C];2009年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 于辉;近距离煤层开采覆岩结构运动及矿压显现规律研究[D];中国矿业大学(北京);2015年

2 金志远;浅埋近距煤层重复扰动区覆岩导水裂隙发育规律及其控制[D];中国矿业大学;2015年

3 贾凯军;超高水材料袋式充填开采覆岩活动规律与控制研究[D];中国矿业大学;2015年

4 黄刚;罗河铁矿充填开采覆岩稳定性及地表沉降研究[D];北京科技大学;2016年

5 尹士献;构造应力场与采动应力场协同作用下对覆岩变形影响研究[D];河南理工大学;2015年

6 蒋东杰;大采高综放采场覆岩结构及支架稳定性研究[D];河南理工大学;2015年

7 吴士良;对采场矿山压力有明显影响的覆岩破坏运动演化规律[D];山东科技大学;2002年

8 马其华;长壁采场覆岩“O”型空间结构及相关矿山压力研究[D];山东科技大学;2005年

9 汪华君;四面采空采场“θ”型覆岩多层空间结构运动及控制研究[D];山东科技大学;2006年

10 尹增德;采动覆岩破坏特征及其应用研究[D];山东科技大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李东雷;深部采煤采动阶段覆岩运动规律及多因素耦合致灾机理研究[D];河北工程大学;2015年

2 周璇;采动条件下覆岩地电场响应特征研究[D];中国矿业大学;2015年

3 陈现辉;大同矿区双系煤层开采覆岩大范围运动规律及结构特征研究[D];中国矿业大学;2015年

4 郭金帅;大倾角综采面覆岩活动规律研究[D];中国矿业大学;2015年

5 程晋国;停采线侧村庄压煤采动覆岩隔离注浆充填钻孔布置的研究[D];中国矿业大学;2015年

6 刘星辉;覆岩结构大面积异常来压规律及岩石声发射预测机理探讨[D];山东农业大学;2015年

7 胡晓阳;基于异速生长理论的采动覆岩离层时空分布规律与沉陷模型研究[D];青岛理工大学;2015年

8 代沛;缓倾斜中厚煤层采动应力场时空演化及覆岩破裂规律[D];重庆大学;2015年

9 韩佩博;三维采动应力条件下煤层覆岩及底板裂隙场演化规律与瓦斯运移特征研究[D];重庆大学;2015年

10 刘家云;深部仰斜开采工作面覆岩变形破坏规律研究[D];太原理工大学;2016年

，

本文编号：953191