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《復(fù)雜開(kāi)采條件覆巖移動(dòng)和變形規(guī)律的模擬研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第一章緒論1.1論文選題的目的和意義目前我國(guó)建筑物下壓煤特別是村莊下壓煤量呈上升趨勢(shì)，采礦引起的地面沉陷作為一種外生地質(zhì)災(zāi)害，破壞耕地，損壞地面建筑物，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重威脅，并嚴(yán)重影響著生態(tài)環(huán)境，已成為環(huán)境工程學(xué)和環(huán)境巖土學(xué)研究的重要課題，煤層開(kāi)采前對(duì)開(kāi)采沉陷做出預(yù)計(jì)對(duì)保護(hù)地面建筑物和地面環(huán)境具有十分重要的意義[3]。地下礦層采出后，其上覆蓋的巖層將失去支撐，原來(lái)的平衡條件被破壞，造成應(yīng)力的重新分布，使得上覆巖層產(chǎn)生移動(dòng)變形，直到破壞塌落，最后導(dǎo)致地表各類(lèi)建筑變形破壞，地表大面積下沉、凹陷。另外，擬建結(jié)構(gòu)將會(huì)進(jìn)一步破壞采空區(qū)上覆巖層的
2、平衡條件，加劇地表變形。采空區(qū)影響地表變形的因素有很多，如礦層幾何尺寸、上覆巖體的巖性、地質(zhì)構(gòu)造條件、礦山開(kāi)采方式等。本文以山西省忻州至保德高速公路下伏郝家里煤礦采空區(qū)為研究對(duì)象，該煤礦可采煤層主要有三層，多層開(kāi)采與單層開(kāi)采不同，前一次開(kāi)挖對(duì)以后各次開(kāi)挖都將產(chǎn)生影響，這就使得開(kāi)采系統(tǒng)和開(kāi)采環(huán)境更加復(fù)雜多變，大大地增加了后期采礦的難度。當(dāng)上部煤層開(kāi)采后，其下方煤層再次開(kāi)采時(shí)會(huì)對(duì)上部采區(qū)造成巖層移動(dòng)和應(yīng)力轉(zhuǎn)移，給下一步開(kāi)采帶來(lái)很大難度，加劇上覆巖土體的受擾動(dòng)程度，進(jìn)而使之破壞失穩(wěn)。在相同或相似的條件下，重復(fù)采動(dòng)次數(shù)越多，采空區(qū)在空間疊置層數(shù)就越多，地面塌陷的危險(xiǎn)性就越大。
3、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，對(duì)各類(lèi)能源的需求量不斷加大，就煤炭而言，由于對(duì)產(chǎn)量的要求使得礦山的開(kāi)采范圍不斷擴(kuò)大，因此開(kāi)展這方面的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。另外，該煤礦處于丘陵地區(qū)且采用房柱式與長(zhǎng)臂式混合開(kāi)采的方式開(kāi)采，以往對(duì)煤礦采空區(qū)覆巖移動(dòng)變形破壞規(guī)律的研究工作大多是針對(duì)平原地區(qū)，對(duì)山區(qū)復(fù)雜地形條件下的研究甚少，復(fù)雜的地質(zhì)條件使得地表變形與巖層移動(dòng)也變得十分復(fù)雜，地表移動(dòng)角、沉陷角常因預(yù)測(cè)不準(zhǔn)導(dǎo)致礦山建設(shè)規(guī)劃不合理，從而造成山區(qū)采空區(qū)上方修建的構(gòu)筑物經(jīng)常遭到不同程度的損壞，因此，對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下地下開(kāi)采引起地表和巖層變形移動(dòng)的機(jī)制進(jìn)行分析研究十分必要。1太原理工大學(xué)碩
4、士研究生學(xué)位論文1.1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀由于開(kāi)采沉陷研究的重要性，國(guó)內(nèi)外的科技工作者投入大量時(shí)間進(jìn)行巖層移動(dòng)的研究工作，并取得了豐碩的研究成果。前蘇聯(lián)、波蘭、德國(guó)、澳大利亞、加拿大、美國(guó)等采礦業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)開(kāi)采沉陷的理論和實(shí)踐都進(jìn)行了較深入的研究。前蘇聯(lián)學(xué)者早在30年代就開(kāi)始了相關(guān)研究，對(duì)開(kāi)采后的巖層移動(dòng)進(jìn)行了地面觀測(cè)和地下觀測(cè)，獲得了大量的原始資料和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，并據(jù)此對(duì)巖層控制和采煤工藝進(jìn)行了改進(jìn)和完善，研究了綜采設(shè)備，提出了各類(lèi)頂板的支護(hù)阻力和下沉量的計(jì)算方法，研究了巖層及地表受采動(dòng)影響后的運(yùn)動(dòng)特征、影響和破壞的范圍及程度。二十世紀(jì)初，歐洲因?yàn)楣I(yè)的大發(fā)展，對(duì)于礦產(chǎn)資源的
5、需求也大幅度增加，因此開(kāi)采沉陷的理論也逐步深入。1903年，海爾鮑姆（Halbaum）[4]將采空區(qū)上方巖層作為懸臂梁，認(rèn)為地表變形由下沉引起，其值與曲率半徑成反比。Korten根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果提出了水平移動(dòng)與變形的分布（1909）。艾卡特（Eckardt）把巖層的移動(dòng)過(guò)程視為各巖層逐漸彎曲的結(jié)論（1913）。萊曼（Lehmann）認(rèn)為地表沉陷類(lèi)似于一個(gè)褶皺的形成過(guò)程（1919）。我國(guó)對(duì)開(kāi)采沉陷理論的研究是從50年代才開(kāi)始起步的，經(jīng)過(guò)幾十年的努力，積累了大量的實(shí)測(cè)資料，在借鑒外國(guó)先進(jìn)技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，再加上工程技術(shù)人員的創(chuàng)新改進(jìn)，我國(guó)也逐漸形成了具有中國(guó)特色的且完全符合
6、我國(guó)實(shí)際的一套開(kāi)采沉陷理論。國(guó)內(nèi)，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)在開(kāi)采沉陷學(xué)的研究方面居領(lǐng)先地位，如工程技術(shù)人員常用的“概率積分法”即是我國(guó)學(xué)者劉寶琛、廖國(guó)華[5]等在波蘭學(xué)者李特威尼申(J.Litwinszyn)的隨機(jī)介質(zhì)理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，目前已成為我國(guó)較成熟的、應(yīng)用最為廣泛的開(kāi)采沉陷預(yù)計(jì)方法之一。我國(guó)學(xué)者何國(guó)清，馬偉明，王金莊等[6]（1981）從隨機(jī)觀點(diǎn)研究碎塊體移動(dòng)規(guī)律，建立了碎塊體理論——地表沉陷的威布爾分布形式。周?chē)?guó)鈴、崔繼憲[7]（1983）提出了負(fù)指數(shù)函數(shù)法計(jì)算地表移動(dòng)。郝慶旺引入了空隙擴(kuò)散和空源的概念，建立了空隙擴(kuò)散微分方程，并在開(kāi)采沉陷中加以應(yīng)用。劉天泉[8]等
7、對(duì)水平煤層，緩傾斜煤層，急緩傾斜煤層開(kāi)采引起的覆巖破壞與地表移動(dòng)規(guī)律作了深入的研究，提出了導(dǎo)水裂隙的概念，建立了垮落帶與導(dǎo)水裂隙帶計(jì)算公式，為提高煤層開(kāi)采上限，減少煤炭資源損失做出了巨大的貢獻(xiàn)（1981）。何萬(wàn)龍[9]等總結(jié)出山區(qū)地表移動(dòng)計(jì)算公式（1983）。李增琪[10]將開(kāi)挖引起的地表移動(dòng)看成是層間既滿足力學(xué)平衡條件、又滿足幾何接觸條件的多層橫觀各項(xiàng)彈性介質(zhì)的彈性力學(xué)平面問(wèn)題，采用富氏積分變換方法計(jì)算巖層和地表移動(dòng)（1983、2太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文1985）。劉文生[11]對(duì)條帶開(kāi)采采留寬度合理尺寸減小地表沉陷進(jìn)行了研究（1988）。郭
