目 ? 錄
第1章 緒論
1.1 選題背景與意義
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀
1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
1.3 主要研究?jī)?nèi)容
1.4 研究技術(shù)路線
第2章 研究區(qū)情況分析
2.1 礦區(qū)工程地質(zhì)概況
2.2 研究區(qū)沉陷情況介紹
2.2.1 移動(dòng)變形情況
2.2.2 地表下沉角量參數(shù)
2.2.3 采動(dòng)地表裂縫分析
第3章 模型建立
3.1 概念模型
3.2 phase2技術(shù)簡(jiǎn)介
3.3 phase2模型建立
3.4網(wǎng)格圖建立
3.5 材料屬性設(shè)置
3.6 挖掘圖建立
第4章 數(shù)值模擬結(jié)果分析
4.1 只開挖上層煤覆巖與地表應(yīng)力場(chǎng)、破壞場(chǎng)及位移場(chǎng)分析
4.1.1 應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律
4.1.2 破壞場(chǎng)分布規(guī)律
4.1.3 位移場(chǎng)分布規(guī)律
4.2 煤柱群下重復(fù)開采覆巖與地表應(yīng)力場(chǎng)、破壞場(chǎng)及位移場(chǎng)分析
4.2.1 應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律
4.2.2 破壞場(chǎng)分布規(guī)律
4.2.3 位移場(chǎng)分布規(guī)律
第5章 結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
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煤柱群下重復(fù)開采覆巖與地表移動(dòng)變形
數(shù)值模擬研究
摘要
建立二維地質(zhì)開采模型，以礦井特定開采地質(zhì)條件為工程背景，采用二期有限差分方案，旨在研究煤柱群下地表運(yùn)動(dòng)的變形規(guī)律以及揭示其形成機(jī)理。 反演研究了兩種情況下（僅上層煤開采和煤柱群重復(fù)開采）的地下開采對(duì)地表和上覆土層的影響，并根據(jù)分析得出：上覆土層和地表沉降規(guī)律。
(1)只有在開采侏羅系煤層時(shí)，覆蓋層和地表之間不會(huì)發(fā)生明顯的沉降，這是由地質(zhì)開采條件決定的。在只開采侏羅系煤層的情況下，由于地質(zhì)開采條件的限制，覆蓋層和地表之間不會(huì)出現(xiàn)顯著的沉降。
(2)多次采礦使得煤柱組因?yàn)檫^度覆蓋而進(jìn)行了地質(zhì)變化，在此過程中產(chǎn)生了“四帶”的獨(dú)特特征，分別為自下而上的落陷帶、斷裂帶、扭曲帶和塌陷帶。
(3)地表沉降系數(shù)小，意味著地表下面的地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定，沉降盆地的范圍較大，容易發(fā)生斷層運(yùn)動(dòng)及地面變形。我們通過對(duì)地質(zhì)開采條件和相關(guān)理論的分析來(lái)探究它的形成機(jī)理。我們對(duì)其形成機(jī)制進(jìn)行了研究，考慮了地質(zhì)開采條件和相關(guān)理論分析。這個(gè)研究成果對(duì)于類似地質(zhì)環(huán)境下的礦產(chǎn)損害的研究具備一定的指導(dǎo)和參考作用。這項(xiàng)研究成果對(duì)于研究地質(zhì)礦產(chǎn)環(huán)境下礦物損害問題有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。
關(guān)鍵詞：煤柱群；重復(fù)開采；模擬研究
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Numerical simulation study on overlying layer and surface deformation under the action of coal pillar group
A two-dimensional geological mining model was established, taking the specific mining geological conditions of the mine as the engineering background, and adopting the second-phase finite difference scheme, aiming to study the deformation law of the surface movement under the coal column group and reveal its formation mechanism. The inversion studies the effects of underground mining on the surface and overlying soil layer in two conditions (only upper coal mining and repeated mining of coal column group), and obtains the law of overlying soil layer and surface settlement according to the analysis.
(1) In order to study the deformation law of overload and surface motion under coal pillar group and reveal its formation mechanism, a three-dimensional geological model is established by using the second phase of finite difference program, and a specific mining geological condition is established as the engineering background.?The overlying laws of soil and surface subsidence under two conditions (only coal mining and repeated mining in the lower part of coal pillar group) are inverted and analyzed. It is concluded that there is no obvious subsidence between overburden and surface under geological mining conditions when only Jurassic coal seam is mined.
(2) When repeated mining under coal pillar group, overload damage constitutes the development characteristic of "four belts", i.e.?e. From bottom to top, there are subsidence zone, fracture zone, bending zone and collapse zone;
(3) The surface settlement coefficient is small and the settlement basin range is large, so the surface settlement is easy to form discontinuous motion deformation.?Based on geological mining conditions and related theories, the formation mechanism is analyzed.?The research results have certain guiding and reference significance for studying mineral risks under similar geological and mineral conditions.
Keywords: coal column group；repeated mining；simulation study
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第1章 緒 論
1.1選題背景與意義
采煤會(huì)導(dǎo)致土地覆被和地表沉降，從而破壞礦區(qū)的生態(tài)和人文環(huán)境，進(jìn)而帶來(lái)相應(yīng)的破壞。我國(guó)每開發(fā)1萬(wàn)噸煤，地表沉降面積約為0.2平方公里，而普拜、城河、銅川等部分地區(qū)的煤炭勘探區(qū)可造成0.42平方公里以上的沉降面積。雖然我國(guó)煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)占資源結(jié)構(gòu)的70%左右，但為了滿足當(dāng)前國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的高需求，中國(guó)將繼續(xù)大規(guī)模、高強(qiáng)度地開發(fā)煤炭資源。由于在早期采掘工藝和技術(shù)設(shè)備方面的不足，塔煤采礦方法仍然局限于在淺埋藏煤層的地面上進(jìn)行挖掘，從而導(dǎo)致采空區(qū)域內(nèi)形成了大量的煤柱。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀 ?
在對(duì)列日市（比利時(shí)第三大城市）沉降收縮現(xiàn)象進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，工作表面以下的承重礦柱中的建筑材料存在一定的損傷。為了解釋這一現(xiàn)象，戈諾特于1858年根據(jù)預(yù)壓縮數(shù)據(jù)建立了“正態(tài)理論”，認(rèn)為傾斜礦層的開挖坍塌向礦層法線方向擴(kuò)散，它首先不是直接發(fā)生在采礦作業(yè)面上方，而是發(fā)生在采礦作業(yè)面的下坡位置上方。該研究基于開采深度較小的數(shù)據(jù)，無(wú)法獲得地表活動(dòng)數(shù)據(jù)，因此對(duì)地表沉降規(guī)律的推測(cè)僅限于山下物質(zhì)。這個(gè)理論是有爭(zhēng)議的，因?yàn)楫?dāng)時(shí)的一些物理學(xué)家認(rèn)為“正常理論”無(wú)法解釋這些現(xiàn)象。由于“正常理論”無(wú)法解釋這些現(xiàn)象，這個(gè)理論在當(dāng)時(shí)引起了許多物理學(xué)家的爭(zhēng)論[1]。杜蒙在1871年修改了他的正態(tài)方向理論，因?yàn)樗幸恍┤秉c(diǎn)。他認(rèn)為該理論僅在礦層傾角小于68°時(shí)適用，并提出了W =α的邊坡計(jì)算模型。在列日下游地區(qū)，Dumont使用水平測(cè)量法線來(lái)確定柱開采的方向，并使最大沉降收縮值不超過每層厚度的三分之一。他對(duì)地表移動(dòng)盆地的大小和研究表面的相對(duì)位置進(jìn)行了深入分析，并調(diào)查了移動(dòng)盆地的各個(gè)組成部分對(duì)建筑物的危害。他指出，最具威脅性的地區(qū)位于移動(dòng)盆地的邊緣，那里的不均勻沉降是影響建筑結(jié)構(gòu)的最大因素。因此，他反對(duì)在采空區(qū)安裝柱子。他以前的一些了解，在目前的建筑物下采礦領(lǐng)域仍具有重要的指導(dǎo)作用[2]。 ? ? ? ??
20世紀(jì)以后，通過對(duì)土壤脅迫的長(zhǎng)期廣泛觀察，土壤開挖中的沉降和收縮研究取得了顯著進(jìn)展。1903年，Halbaum首次將采空區(qū)的上部巖石結(jié)構(gòu)視為懸臂梁，結(jié)果發(fā)現(xiàn)土表面的應(yīng)力和曲率與半徑的基本規(guī)律成反比。Korten（1907）通過檢查真實(shí)數(shù)據(jù)總結(jié)了水平運(yùn)動(dòng)和變化的分布。Korten（1907）根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)檢查了水平運(yùn)動(dòng)和變化的分布。Fckardt（1913）將石頭的運(yùn)動(dòng)過程視為每種石頭的逐層曲線。Lehmann(1919）提出，表面沉降過程類似于一次打褶活動(dòng)。
在20世紀(jì)60年代中期，Lee在對(duì)采集的29個(gè)斷層影響探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析后，發(fā)現(xiàn)斷層不僅存在吸附變化的現(xiàn)象，而且其滑移與實(shí)際開挖深度也無(wú)關(guān)。1968年，前蘇聯(lián)科學(xué)家科列巴耶娃利用鐵絲垂直炮法和同位素殼對(duì)巖體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了大規(guī)模觀測(cè)，獲得了巖石內(nèi)襯結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)，并繪制了相應(yīng)的等高線圖。在同一時(shí)期，達(dá)爾（1967-1969）、布朗（1968）、波蒂尼（1969）、李·施特勞斯（1969）和奈爾（1969）。采礦收縮過程的數(shù)值模擬計(jì)算已開始進(jìn)一步研究[3]。
80年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和沉降理論的不斷進(jìn)步，土體表面沉降收縮變形逐漸向自動(dòng)化、智能化、可視化方向發(fā)展。可用的測(cè)量數(shù)據(jù)可用于預(yù)測(cè)相應(yīng)預(yù)測(cè)模型的基本參數(shù)，并計(jì)算住宅區(qū)任意點(diǎn)的表面變形量。以簡(jiǎn)單直觀的圖表呈現(xiàn)淹沒或地面惡化的后果。使用計(jì)算方法和相關(guān)專業(yè)知識(shí)創(chuàng)建的專家系統(tǒng)或決策支持系統(tǒng)可以幫助投資決策。
1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
從長(zhǎng)期開采坍塌理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐來(lái)看，采礦沉陷是一門綜合性學(xué)科，涵蓋測(cè)繪、采礦、力學(xué)、數(shù)學(xué)、地質(zhì)、計(jì)算等需要跨學(xué)科研究和深入分析的學(xué)科： ? ? ? ? 在首次對(duì)聚落的研究中，中國(guó)采用了與其他國(guó)家類似的調(diào)查學(xué)科視角。上世紀(jì)50年代，為了研究礦山沉降法，我國(guó)開始應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量研究。值得注意的是，在1954年，在每個(gè)主要采礦地點(diǎn)建立了十到幾十個(gè)移動(dòng)土壤觀測(cè)站。通過收集有關(guān)礦區(qū)巖層和地表運(yùn)動(dòng)的廣泛信息，它可以為創(chuàng)建各種計(jì)算方法奠定基礎(chǔ)。1954年，中國(guó)在開灤建立了黑鴨天文臺(tái)[5]。1957年至1959年，唐山煤炭研究所對(duì)棗莊、開灤、淮南、焦作等礦區(qū)的10多個(gè)地面移動(dòng)觀測(cè)站進(jìn)行了分析總結(jié)，并完成了報(bào)告。這是一本關(guān)于采礦巖層和地表運(yùn)動(dòng)的書，是與北京礦業(yè)技術(shù)學(xué)院、中南礦冶學(xué)院和合肥工業(yè)大學(xué)合作編寫的。該書由煤炭工業(yè)出版社于1960年出版，全面介紹了巖石物理力學(xué)的性質(zhì)、觀察方法以及露天和地下采礦巖層運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。書中還采用類似的材料模型實(shí)驗(yàn)研究巖層的運(yùn)動(dòng)，并介紹了國(guó)內(nèi)外的相關(guān)觀測(cè)和新的理論經(jīng)驗(yàn)。書中還以我國(guó)各主要礦區(qū)的實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)為例進(jìn)行了敘述。我國(guó)的學(xué)者為了精確預(yù)測(cè)沉陷現(xiàn)象，開始通過分析大量礦區(qū)沉陷資料，并結(jié)合國(guó)外的預(yù)測(cè)理論，進(jìn)行數(shù)學(xué)角度的研究，以開發(fā)可靠的開采沉陷預(yù)測(cè)模型[3]。?
中國(guó)地質(zhì)學(xué)家除了已經(jīng)提到的幾點(diǎn)外，還對(duì)一些特定的地質(zhì)條件進(jìn)行了研究，以便更好地了解定居問題。2009年，崔希民開展研究，分析了地表運(yùn)動(dòng)范圍差和不連續(xù)變形的影響，基于基巖運(yùn)動(dòng)角與斷裂邊坡的關(guān)系，考察了斷層對(duì)地表運(yùn)動(dòng)范圍和不連續(xù)變形的影響，并給出了斷層突起通道和裂縫的計(jì)算方法[4]。
1.3 主要研究?jī)?nèi)容
利用有限差分程序建立二維地質(zhì)開采模型，研究煤柱群下重復(fù)開采超載和地表運(yùn)動(dòng)的變形規(guī)律，并發(fā)現(xiàn)其形成機(jī)理。 巖層運(yùn)動(dòng)和地表運(yùn)動(dòng)是相互關(guān)聯(lián)的。為了更好地研究地表變形規(guī)律，有效控制沉降，僅僅研究地表運(yùn)動(dòng)規(guī)律是不夠的。節(jié)理充填沉積、減壓抽氣、水體采煤等開采工程與上覆巖層分離發(fā)育密切相關(guān)。為了優(yōu)化注漿減壓氣抽采的鉆井調(diào)控，減少鉆井工程量，提高節(jié)理填沉降效果和排氣抽氣速度，有必要研究巖層內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，以及超載巖分離的動(dòng)態(tài)發(fā)展和分布特征。
根據(jù)塔山礦第一板塊區(qū)8104工作面的地質(zhì)開采條件，進(jìn)行數(shù)值模擬，考察8104工作面開采對(duì)移動(dòng)變形超載和地表破壞的影響。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的煤柱群下重复开采覆岩与地表移动变形数值模拟研究_kaic的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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