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1、密級(jí)：公開中圖分類號(hào)：TD325碩士學(xué)位論文開采擾動(dòng)下近地表溶洞塌陷機(jī)理及防治研究研究生：黃友金導(dǎo)師：朱川曲教授學(xué)科：礦業(yè)工程研究方向：巖石力學(xué)與巖層控制2018年6月AThesisSubmittedfortheDegreeofMasterStudyoncollapsemechanismsandpreventionofnear-surfacekarstcaveunderminingdisturbanceCandidate：You-jinHUANGSupervisorandRank：Prof.Chuanqu-ZHU開采擾動(dòng)下近地表溶洞塌陷機(jī)理及防治研究學(xué)位類型學(xué)術(shù)型學(xué)位作者姓名黃友金作者學(xué)號(hào)15
2、010101003學(xué)科（專業(yè)學(xué)位類別)礦業(yè)工程研究方向（專業(yè)領(lǐng)域)巖石力學(xué)與巖層控制導(dǎo)師姓名及職稱朱川曲教授實(shí)踐導(dǎo)師姓名及職稱所在學(xué)院資源環(huán)境與安全工程學(xué)院論文提交日期2018年6月學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門
3、或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湖南科技大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期：年月日導(dǎo)師簽名：日期：年月日摘要我國南方巖溶煤礦分布廣泛，巖溶塌陷造成的危害越來越嚴(yán)重。而關(guān)于開采擾動(dòng)下近地表溶洞塌陷機(jī)理方面的研究較少。本文依托國家自然科學(xué)基金《基于淺表水環(huán)境保護(hù)的南方巖溶煤礦開采基礎(chǔ)理論研究》，以江西坪湖礦的塌陷情況為研究對象，收集礦上資料，查閱相關(guān)文獻(xiàn)。通過相似模擬、數(shù)值模擬、理論分析及工程實(shí)踐相結(jié)合的方法，對開采擾動(dòng)下近地表溶洞塌陷機(jī)理進(jìn)行了深入
4、地研究和討論，并總結(jié)出相應(yīng)的防治措施，在工程實(shí)踐中運(yùn)用條帶開采的方式取得良好的效果。本文主要的工作及結(jié)論如下：（1）通過相似模擬試驗(yàn)來分析煤層開采過程中對近地表溶洞的影響情況，并對比有無溶洞時(shí)的巖層移動(dòng)規(guī)律。研究結(jié)果表明，在煤層開采過程中，地表會(huì)產(chǎn)生裂縫，溶洞的四周也會(huì)產(chǎn)生裂縫，當(dāng)?shù)乇砹芽p與溶洞頂板裂縫進(jìn)行貫穿時(shí)，溶洞頂板很容易發(fā)生破壞。（2）采用數(shù)值模擬方法對開采溶洞下近地表溶洞的發(fā)育特征進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明，在覆蓋層較薄時(shí)，開采擾動(dòng)下近地表溶洞的塌陷過程為：溶洞的潛伏階段、溶洞頂板垮落形成開口溶洞階段、土洞不斷發(fā)育階段、地表塌陷階段。在覆蓋層較厚時(shí)，開采擾動(dòng)下近地表溶洞的塌陷過程為：溶洞
5、的潛伏階段、溶洞頂板垮落形成開口溶洞階段、土洞不斷發(fā)育階段。通過對溶洞周圍進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測，得到了溶洞頂板破壞即開口溶洞形成的原因是由于水平應(yīng)力的急劇減少造成的。（3）通過相似模擬以及數(shù)值模擬結(jié)果對近地表溶洞在開采擾動(dòng)下塌陷的過程分析，得到溶洞塌陷造成地表塌陷的條件為覆蓋層的厚度小于土洞的極限發(fā)育高度和地表裂縫發(fā)育的極限深度之和。（4）利用彈性力學(xué)對圓形以及橢圓形溶洞的受力進(jìn)行分析，得到其受力狀態(tài)的計(jì)算公式，并運(yùn)用摩爾-庫倫強(qiáng)度準(zhǔn)則，得到開口溶洞形成的判定方法。（5）運(yùn)用普氏拱理論對極限土洞尺寸進(jìn)行分析，得到了土洞平衡的極限高度公式。結(jié)果表明，當(dāng)開口溶洞形成以后，形成極限平衡土洞的高度主要與上覆土
6、體的荷載N、拱腳水平應(yīng)力σA、土體普氏系數(shù)f以及開口溶洞的跨度a有關(guān)。（6）運(yùn)用土力學(xué)的知識(shí)，分析了土層的破壞機(jī)理，得到了在采動(dòng)影響下關(guān)于地裂縫發(fā)育深度的公式，結(jié)果表明，地表裂縫的發(fā)育深度除與土層的本身性質(zhì)有關(guān)以外，還與地表的水平變形有關(guān)。關(guān)鍵詞：巖溶塌陷；相似模擬；數(shù)值模擬；防治措施iAbstractKarstcoalminesinthesouthofChinaarewidelydistributed,andthedamagecausedbykarstcollapseisbecomingincreasinglyserious.Yet,therearefewstudiesonthecollap
7、semechanismofthenearsurfacekarstcaveundertheminingdisturbance.ThispaperissupportedbytheNationalNaturalScienceFund,"ResearchonthebasictheoryoftheminingofkarstcoalmineinthesouthofChinabasedontheshalloww
