采煤沉陷区残余变形预测模型研究

摘要

煤炭工业在为我国经济与社会发展作出卓越贡献的同时，由于长时间、大面积、高强度的开采形成了大量的采煤沉陷区，随着土地资源的日趋紧缺，采煤沉陷区常被规划为项目用地。在采煤沉陷区进行工程项目的设计建设前，需根据该区域残余变形预测结果对其地表的稳定性进行评价，而预测结果的准确与否直接决定稳定性评价的合理性，所以对采煤沉陷区残余变形预测模型的研究具有非常重要的理论意义和实用价值。
　　在对长壁垮落法开采造成的采煤沉陷区产生残余变形的空间来源、产生机理及影响因素分析的基础上，选用铁法矿区晓南矿的地质采矿条件，使用UDEC建立数值模型对采动覆岩及地表的移动过程及其稳定后的形态分布进行了模拟研究。根据采动覆岩结构分布的不同，将其划分为悬臂梁扰动区、砌体梁结构失稳区和垮落岩体蠕变压密区，并将覆岩残余沉降量视为一定采厚进行定量分析，建立等效采厚模型。结合随机介质理论建立采煤沉陷区残余变形预测模型，使用MATLAB进行程序设计与编制，并通过实例验证分析表明所建预测模型对采煤沉陷区残余变形的预测具有一定的指导意义与参考价值。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容

1．4 技术路线与研究方法

1．4．1 技术路线

1．4．2 研究方法

2 采动覆岩变形的砌体梁理论及岩石流变模型

2．1 老顶的初次断裂步距

2．1．1 岩层载荷计算

2．1．2 老顶梁式断裂的极限跨距

2．2 砌体梁结构的稳定性

2．2．1 老顶首次断裂后的结构分析

2．2．2 砌体粱结构关键块的受力分析

2．2．3 砌体粱结构的S-R稳定理论

2．3 岩石的蠕变性质及本构模型

2．3．1 岩石蠕变的典型曲线及影响因素

2．3．2 常用的蠕变模型及本构方程

3 采煤沉陷区残余变形预测模型

3．1 采动覆岩的移动破坏及形态分布

3．1．1 覆岩移动和破坏过程

3．1．2 覆岩移动稳定后的形态分布

3．2 采动覆岩残余变形分区

3．2．1 采动覆岩残余变形空间与机制

3．2．2 采动覆岩残余变形结构分区

3．3 采动覆岩残余变形的等效采厚模型

3．3．1 蠕变压密区的等效采厚模型

3．3．2 悬臂梁扰动区的等效采厚模型

3．3．3 结构失稳区的等效采厚模型

3．3．4 等效采厚模型及参数分析

3．4 采煤沉陷区残余变形的预测模型

3．4．1 等效采厚的开采沉陷预测模型

3．4．2 半无限开采条件下采煤沉陷区残余变形预测

3．4．3 模型参数分析

3．5 残余变形预测模型的程序设计

4 采动覆岩残余变形空间结构及分区的数值模拟

4．1 开采沉陷实例分析

4．1．1 铁法晓南矿SW1406工作面简介

4．1．2 地表岩移观测站介绍

4．1．3 岩移观测站数据分析

4．2 通用离散单元程序概述

4．2．1 UDEC简介

4．2．2 摩尔-库伦塑性模型

4．2．3 节理面接触的库伦滑移模型

4．3 数值模型的建立

4．3．1 模型建立

4．3．2 本构模型确定

4．3．3 物理力学参数选取

4．3．4 边界条件确定

4．4 数值模拟结果分析

4．4．1 模型初始平衡获取

4．4．2 采动覆岩变形规律与形态分布

4．4．3 开采沉陷地表移动变形分析

5 采煤沉陷区残余变形预测模型工程应用

5．1 采煤沉陷区残余变形预测分析

5．2 采煤沉陷区地表最终移动变形分析

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 论文不足及展望

参考文献

作者简历

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