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《淺埋煤層覆巖變形破壞規(guī)律與數(shù)值仿真模擬分析》由會員上傳分享，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。
1、山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文目錄Themainresearchresultsduringthestudyforamaster’Sdegree??????????．65山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論1緒論1．1課題的背景及研究意義上覆巖層隨著煤層的采出發(fā)生運(yùn)動與變形，這種移動變形具有明顯的分帶性，并且各帶特征隨地質(zhì)、采礦等條件的改變而略有不同。近年來，隨著開采深度的增加，開采方法進(jìn)一步的復(fù)雜化，對上覆巖層也不斷提出新的內(nèi)容和新的要求【M】。我國是一個(gè)極度依賴煤炭資源的國家，隨著開采深度的逐步加大，開采所面臨的問題也進(jìn)一步增多。在以后煤
2、炭資源的開采過程中將面對以下幾個(gè)問題：(1)將增加水下(包括水)，建筑物下煤炭資源的開采；(2)隨著開采深度的進(jìn)一步加大，沖擊地壓防治與高應(yīng)力圍巖控制問題必須解決；(3)必須解決開采過程中煤與瓦斯突出的問題。以上問題的解決都依賴于對覆巖破壞機(jī)理的研究，因此隨著開采強(qiáng)度的大幅度增加，人們對覆巖移動變形、破壞機(jī)理研究更加重視起來。經(jīng)過科研工作者長期不斷的研究，對覆巖破壞的規(guī)律性研究取得了一定突破。但由于經(jīng)過長期各個(gè)時(shí)期地應(yīng)力的作用，上覆巖層實(shí)際上是一種受多種因素制約的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體。巖體本身的不連續(xù)性、非均質(zhì)性、各向異性以及賦存條件的
3、不同將對這種結(jié)構(gòu)體起決定作用。對巖體物理力學(xué)屬性的的正確認(rèn)識能有效而充分的預(yù)測覆巖的破壞?？偟膩碚f，覆巖破壞機(jī)理的研究仍停留在經(jīng)驗(yàn)和理論探索，隨著新的采礦方法的出現(xiàn)，對在新的條件下巖石的破壞機(jī)理提出新的挑戰(zhàn)。研究覆巖破壞機(jī)理對于礦井開采中合理確定開采邊界意義重大，它也是礦井水防治的關(guān)鍵；同時(shí)也是確定合理開采程序、解決堅(jiān)硬項(xiàng)板控制、沖擊地壓防治、圍巖高應(yīng)力控制的基礎(chǔ)【3圳。由于開采前的應(yīng)力與空間平衡狀態(tài)到開采后的不平衡狀態(tài)的一系列相互作用，上覆巖層將產(chǎn)生最大破壞高度、不同邊界形態(tài)、自下而上的各巖層破壞發(fā)展過程以及不同各破壞帶的特
4、征，產(chǎn)生的這些現(xiàn)象是由煤層厚度、巖層強(qiáng)度、應(yīng)力狀態(tài)及支撐壓力分布規(guī)律等決定的支承條件所引起，煤層與覆巖應(yīng)看作一個(gè)系統(tǒng)整體，其中任何一個(gè)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其力學(xué)狀態(tài)的變化，都會引起其他子系統(tǒng)的相應(yīng)響應(yīng)，而這些一系列響應(yīng)的結(jié)果都在采動邊界區(qū)域得到全面體現(xiàn)【7圳，因此，通過運(yùn)用多學(xué)科知識的交叉，利用現(xiàn)場實(shí)測、相似模擬實(shí)驗(yàn)以及數(shù)值模擬研究、數(shù)學(xué)力學(xué)方法分析，獲得采動邊界區(qū)域覆巖破壞機(jī)理，覆巖各破壞分帶及其亞分帶的破壞特征，從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā)提出覆巖破壞機(jī)理、類型、高度預(yù)測的工程方法就具有非常重要和特殊山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論的意義，這也為
5、深入研究覆巖變形過程及破壞規(guī)律奠定了基礎(chǔ)。1．2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀煤層開采后，覆巖將會發(fā)生破壞與移動，近幾十年來，國內(nèi)外許多專家學(xué)者對煤層頂板巖層的破壞過程以及破壞規(guī)律進(jìn)行了一些有意義的研究，在理論分析、現(xiàn)場實(shí)測、數(shù)值模擬等方面均取得了大量的研究成果。這些結(jié)果揭示了損傷過程與頂板巖層的變形規(guī)律，為預(yù)測塌陷等地質(zhì)災(zāi)害和頂板突水的防治提供了有效的理論依據(jù)，也確保煤礦安全生產(chǎn)。1．2．1上覆巖層變形理論的研究近年來，對于上覆巖層變形理論的研究一直沒有停止過，經(jīng)過幾十年的研究專家學(xué)者提出了許多關(guān)于上覆巖層的變形理論。早期有壓力拱假說，懸臂
6、梁理論，鉸接巖假說，80年代末逐漸興起的砌體梁理論，傳遞巖梁理論，關(guān)鍵層理論等，這些理論為后人學(xué)習(xí)上覆巖層變形問題打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。(1)砌體梁理論李鴻昌教授對覆巖砌體梁做了大量研究，提出了砌體梁理論，并指出上覆巖層可分為多層堅(jiān)硬巖層，軟巖可作為堅(jiān)硬巖層的載荷，并且具有滑落失穩(wěn)和變形失穩(wěn)兩種變形方式。該理論對具體邊界條件也做了定義，這為論證采場控制礦山壓力參數(shù)奠定了基礎(chǔ)【101。、(2)傳遞巖梁理論宋振騏院士基于巖層移動提出了傳遞巖梁理論，他認(rèn)為在開挖煤層上覆巖層斷裂可分為三個(gè)區(qū)域：煤壁支撐區(qū)和分離區(qū)和重新壓實(shí)區(qū)。宋院士詳細(xì)分
7、析了巖層移動與支承壓力關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上提出了內(nèi)外應(yīng)力場說法，這一理論為頂板控制設(shè)計(jì)系統(tǒng)礦壓預(yù)測提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持【ll】。(3)關(guān)鍵層理論錢鳴高院士對關(guān)鍵層做了長期的研究，并提出了關(guān)鍵層理論。該理論對關(guān)鍵層做了定義，我們把控制上覆巖層運(yùn)動并對巖層局部或全部都起到控制作用的這部分巖層定義為關(guān)鍵層。錢鳴高、繆協(xié)興、許家林等對關(guān)鍵層的破壞運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行了分析研究，討論了采場上覆巖層中關(guān)鍵層上覆載荷的變化規(guī)律，進(jìn)而總結(jié)出了關(guān)鍵層位置的判別方法[12】。關(guān)鍵層理論揭示了采動巖體的運(yùn)動規(guī)律，尤其是對內(nèi)部巖體的運(yùn)動，提出了“橫三帶”“
8、豎三區(qū)”的看法，這為以后研究受采動影響下覆巖裂隙分布特征和上覆2山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論巖層各層間的離層提供了理論支持【13】。(4)采場頂板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性研究郭維嘉教授在深部開采覆巖體形變演化規(guī)律研究中通過對深部巖體應(yīng)力、巖性及其力學(xué)性質(zhì)等方面的研究，得出深部開采采場頂板
