下伏急倾斜煤层采动下隧道下沉特征研究

摘要

隧道等基础设施的建设在某些地区不得不经过煤层上方乃至穿越煤层。煤层的开采对设施的安全造成了一定的影响。而急倾斜煤层倾角较大、地质条件复杂、采煤方法独特，更决定了其开采对地表及上方构筑物影响的复杂性。所以，急倾斜煤层开采引起的岩层破坏及地表移动与水平煤层有着显著的不同。尽管以往对其在理论研究和实践方面积累了宝贵的经验，但尚未形成较成熟的理论体系，尤其是预测急倾斜煤层开采对隧道移动变形影响方面。因此，开展急倾斜煤层开采顶板岩层破坏机理及隧道下沉值计算的研究，具有重要的理论指导意义和工程实用价值。 本文针对急倾斜煤层开采复杂的地质条件及顶板受力变形特征，通过建立顶板岩层力学模型，对急倾斜煤层开采顶板岩层破坏及移动机制进行了研究。同时，根据隧道覆存及受力特征，构建了隧道下伏急倾斜煤层开采下沉计算模型，通过理论分析结合有限元数值模拟方法，对隧道下沉值进行了预测，主要研究内容如下: (1)从描述近水平及缓倾斜煤层开采岩层的变形与破坏入手，通过概述急倾斜煤层的地质构造特征及开采方式，重点分析了急倾斜煤层开采顶板岩层的受力、变形和破坏规律。建立了急倾斜煤层顶板受力模型，把采空区顶板岩层视为具有一定支撑形式的梁，则梁受到横向力及轴向力的共同作用，建立岩梁力学模型。同时，利用力学理论、能量理论，研究了顶板岩层的弯曲、滑动等问题，得出了急倾斜煤层开采顶板岩层的挠曲线方程和滑动距离方程。 (2)在急倾斜煤层开采特点的基础上，构建了急倾斜煤层顶板岩层移动模型，从而进一步研究了急倾斜煤层顶板弯曲破坏规律。讨论了急倾斜煤层开采顶板岩层的滑动，得出极限条件下岩层发生拉伸破坏的最小跨度及岩层破坏的最大范围。 (3)根据隧道的赋存特点，一方面分析了隧道上覆山体压力对隧道下沉的影响;另一方面研究了下伏急倾斜煤层开采对隧道下沉的影响。从而计算隧道的总下沉值。 (4)根据某隧道实际情况，建立近似计算模型，通过理论分析及数值模拟预测了隧道由于急倾斜煤层开采引起的最大下沉值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 煤层开采覆岩破坏研究现状

1．2．2 开采沉陷研究现状

1．2．3 开采沉陷研究存在的几个主要问题

1．3 主要研究内容及研究思路

第2章 两种不同产状煤层开采顶板岩层破坏分析

2．1 近水平及缓倾斜煤层开采顶板岩层破坏分析

2．1．1 近水平及缓倾斜煤层开采顶板岩层主要破坏形式

2．1．2 近水平及缓倾斜煤层开采顶板岩层破坏后的形态

2．1．3 近水平及缓倾斜煤层开采顶板岩层力学模型

2．2 急倾斜煤层开采顶板岩层破坏分析

2．2．1 急倾斜煤层地质构造特征及主要开采方法

2．2．2 急倾斜煤层开采顶板岩层受力分析

2．2．3 急倾斜煤层开采顶板岩层变形分析

2．2．4 急倾斜煤层开采顶板岩层的破坏形式

2．3 小结

第3章 急倾斜煤层开采顶板岩层移动分析

3．1 急倾斜煤层开采顶板岩层移动模型

3．2 急倾斜煤层顶板岩层弯曲变形分析

3．3 急倾斜煤层顶板岩层滑动距离分析

3．4 小结

第4章 隧道下伏急倾斜煤层开采下沉理论分析

4．1 上覆山体对隧道下沉的影响

4．1．1 隧道上覆山体力学模型的建立

4．1．2 隧道下沉值计算

4．2 下伏急倾斜煤层开采对隧道下沉的影响

4．2．1 下沉计算参数的确定

4．2．2 急倾斜煤层开采空间与滑动空间的替换

4．2．3 隧道下沉值计算

4．3 隧道总下沉值计算

4．3．1 下沉模型的建立

4．3．2 总下沉值计算

4．4 小结

第5章 工程实例—隧道下伏急倾斜煤层开采下沉值计算

5．1 隧道概况

5．2 地层及地质构造

5．2．1 地层岩性

5．2．2 地质构造

5．3 隧道下伏煤层及上覆山体情况

5．4 隧道下沉值计算

5．5 隧道下沉数值模拟分析

5．5．1 数值模拟方法概述及有限元方法介绍

5．5．2 计算模型及参数

5．5．3 模拟分析过程

5．5．4 计算结果分析

5．6 小结

6．1 结论

6．2 创新点

致谢

参考文献

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果