特厚煤层采动地表裂缝预测模型研究——以东峡矿区为例

摘要

近几年，随着我国东部矿区煤炭资源日益枯竭，煤炭生产重心正逐渐向西部矿区偏移。西部矿区普遍具有地质条件简单，煤层赋存厚度大，地形条件复杂和生态环境脆弱等特点。采动地表裂缝是一种由开采作用所致在矿区地表形成的常见非连续变形，具有大变形、非连续和突发性等特征。特厚煤层采动由于一次性采出空间大，其地表移动变形与上覆岩层变形、破坏均相对剧烈，在特厚煤层采动矿区地表裂缝分布尤其普遍。因此西部矿区开采正面临更严重采动地表裂缝问题及其导致土体破坏、二次地质灾害及生态环境恶化等一系列问题。
　　本文针对特厚煤层采动地表裂缝分布规律、形成机理及预测模型等问题，以甘肃省东峡矿区特厚煤层采动为研究背景，以采空区上覆岩层为主要研究对象，借助实测分析、数值模拟、理论分析等研究手段进行了分析研究。通过对矿区采动地表裂缝实测及实测资料分析，研究了矿区地表裂缝分布特征及其与采空区相对空间位置关系，总结了矿区特厚煤层采动地表裂缝分布规律;利用FLAC-3D数值模拟软件对矿区特厚煤层采动地表移动变形规律、上覆岩层移动机理、地表土体应力状态变化规律模拟分析，揭示了特厚煤层采动地表裂缝形成机理及其形成主控因素;利用弹性力学、土力学、材料力学等相关理论，结合特厚煤层采动地表裂缝形成主控因素分析结论，基于地表移动变形概率积分法预计公式建立了特厚煤层采动地表裂缝预测模型，并将预测模型于矿区应用及验证，同时根据采动地表裂缝形成主控因素分析结论，结合矿区实测地表裂缝分布特征与地表移动变形规律对比分析结果，提出了基于地表移动变形的采动地表裂缝分布特征分析方法。

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 开采沉陷研究现状

1．2．2 采动地表裂缝研究现状

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2 东峡矿区采动地表裂缝分布规律研究

2．1 矿区概况

2．1．1 位置与范围

2．1．2 地质采矿条件

2．2 采动地表裂缝分布特征与空间位置研究

2．2．1 裂缝采集与分布特征分析

2．2．2 采动地表裂缝空间位置分析

2．3 小结

3 特厚煤层采动地表裂缝形成机理数值模拟研究

3．1 FLAC-3D数值模拟软件简介

3．2 模型建立

3．2．1 岩层模型建立与开采方案设计

3．2．2 本构模型确定

3．2．3 岩层物理力学参数确定

3．2．4 模型边界约束

3．3 采动地表裂缝形成机理研究

3．3．1 地表移动变形规律分析

3．3．2 上覆岩层移动机理分析

3．3．3 地表土体附加应力变化分析

3．4 小结

4 特厚煤层采动地表裂缝预测模型建立研究

4．1 地表土体应力状态分析

4．1．1 土体初始应力状态分析

4．1．2 煤层开采后土体应力状态变化分析

4．2 采动地表裂缝预测模型建立

4．2．1 土体莫尔-库伦破坏理论

4．2．2 概率积分预计理论

4．2．3 预测模型建立

4．3 小结

5 采动地表裂缝预测模型应用研究

5．1 东峡矿区开采地表移动变形规律分析

5．2 采动地表裂缝预测模型应用及验证

5．3 地表裂缝分布特征与地表移动变形关系分析

5．4 小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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