松散层和基岩厚度与裂隙带高度关系的实验研究

摘要

本文以合理利用矿产资源、防治地质灾害、保护地下水资源，创建资源、环境、经济和谐发展为目标，基于陕北榆神府矿区具体地质条件，通过理论分析、借助计算机数值模拟、相似材料模拟，从沙基比、覆岩厚度与裂隙带高度关系着手，研究了陕北榆神府矿区覆岩破坏方式，从而对煤矿实际生产具有一定指导意义。 根据主采煤层之上松散层，隔水层及上覆基岩空间分布及其组合形态将榆神府矿区保水采煤工程地质条件分为五大类，其中具有保水意义的为沙土基型和烧变岩型；在煤炭资源开采过程中，将影响到第四纪萨拉乌苏组含水层，但由于粘土质离石黄土和三趾马红土的存在，对含水层的破坏具有一定抑制作用。 Hoek-Brown计算模型的应用能更好地反映煤岩体在采动后的变形特性。对于薄基岩浅埋煤层来说，当沙基比小于等于0.6时，裂隙带最大高度的计算可以按公式H=5√∑M+10λ计算；当沙基比大于0.6时，覆岩将发生切落式垮落，裂隙带高度直接达到地表。对于非薄基岩浅埋煤层来说，裂隙带最大高度可以用公式H=(100∑M/1.6∑M+3.6±5.6)+0.045x或H=(20√∑M+10)+0.045x来计算。 利用上述的公式预计结果与实际观测值进行对比，准确性较高；并与相似材料模拟结果一致。

目录

文摘

英文文摘

西安科技大学学位论文独创性说明及知识产权声明书

1绪论

1.1问题的提出与研究的意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的研究思路与研究内容

1.4研究方案与技术路线

1.4.1研究方案

1.4.2技术路线

1.4.3实验方案

2榆神府矿区工程地质条件分区

2.1矿区地质特征

2.1.1矿区自然地理

2.1.2矿区地形与地层特征

2.1.3矿区水文地质特征

2.1.4矿区工程地质特征

2.2矿区岩石物理力学性质

2.2.1矿区岩石物理力学性质

2.2.2隔水层的物理力学性质

2.3保水采煤工程地质条件分区

2.4本章小结

3松散层与基岩的力学特征分析

3.1松散载荷层的基本物理力学性质

3.1.1散体的抗剪强度

3.1.2散体的变形特征

3.2基岩中关键力学分析

3.2.1关键层的定义和特征

3.2.2关键层的一般力学分析

3.2.3关键层破断距的简化计算

3.2.4关键层的判别方法

3.2.5浅埋煤层的覆岩破断跨距计算

3.3关键层破坏后的力学分析

3.3.1砌体梁的简化及关键块的受力分析

3.3.2砌体梁中关键块的稳定性分析

3.4沙土层的破坏机理分析

3.4.1“拱”和“拱壳”力学模型

3.4.2充分采动的“拱梁”式破坏分析

3.5本章小结

4覆岩移动破坏规律及其主要影响因素

4.1岩层移动破坏的形式

4.2岩层内的“三带”

4.3影响覆岩破坏的主要因素

4.4导水裂隙带最大高度的预计

4.4.1导水裂隙带高度的表达式

4.4.2导水裂隙带最大高度的预计经验公式

4.5榆神府矿区导水裂隙带高度的主要影响因素

4.6本章小结

5松散层和基岩厚度对覆岩破坏高度的影响

5.1数值模拟软件及破坏准则

5.1.1 FLAC3D概述

5.1.2 Hoek-Brown准则的应用

5.2不同沙基比对裂隙带高度的影响

5.2.1基岩地质资料及开采参数

5.2.2数值试验模型

5.2.3数值试验结果

5.2.4沙基比与覆岩破坏的关系

5.3基岩厚度对裂隙带高度的影响

5.3.1基岩地质资料与开采参数

5.3.2数值试验模型

5.3.3计算结果分析

5.3.4基岩厚度与裂隙带高度的关系

5.4本章小结

6相似材料模拟与工程实例

6.1相似材料模拟

6.1.1实验的目的

6.1.2岩层物理力学性质和相似材料的配比

6.1.3模拟开采

6.1.4结果分析

6.2工程实例

6.2.1大柳塔煤矿C202普采工作面

6.2.2大柳塔煤矿1203综采工作面

6.2.3大柳塔煤矿2201工作面[88]

6.3本章小结

7结论

7.1主要结论

7.2建议与展望

致 谢

参考文献

附 录