乌鲁木齐矿区急倾斜煤层开采地表移动变形规律研究

摘要

乌鲁木齐矿区是我国最大的开采急倾斜煤层的矿区，矿区在经历长达几十年的地下急倾斜开采后，地表塌陷坑、开裂随处可见，且随着深部煤层的不断开采，这些塌陷处于非稳定状态，仍以突发性间歇性活动方式延续和扩展，生活在矿区及矿区周边的人们深受其害。因此，对乌鲁木齐矿区开采沉陷规律研究与地表沉陷预计迫在眉睫。 急倾斜煤层地下开采与水平煤层或缓倾斜煤层开采引起的地表移动变形规律不同。在影响急倾斜煤层开采地表移动变形的众多因素中，煤层倾角变化是其中主要的影响因素之一。本文以乌鲁木齐矿区为例，基于倾角变化，选取最具典型代表性的铁厂沟煤矿(45°)、六道湾煤矿(65°)及碱沟煤矿(84°)为数值模拟计算原型，建立了煤层倾角分别为45°、65°及84°的2-D有限元模型，运用ANSYS有限元软件研究了水平分段放顶煤采煤方法条件下，随急倾斜煤层倾角变化地下开采引起的上覆岩层位移和应力的变化规律。研究表明，随着煤层倾角的增大，地表移动变形值逐渐减小，煤层倾角变化对地表移动变形的影响呈现逐渐减弱趋势。 利用VB语言开发了急倾斜煤层开采沉陷预计系统。该系统能够完成在一定的地质与采矿条件下，急倾斜煤层开采倾向主断面非充分采动情况下的地表下沉、倾斜、曲率、水平移动及水平变形等五种地表移动变形预测数据，还能输出主断面上的地表各移动变形的预测曲线图，自动计算各地表移动变形最大值与最小值，输出倾向主断面上任意点的地表移动变形值，也能对整个采煤沉陷过程进行动态模拟，输出地表移动变形动态曲线。该系统既可以输出预计结果数据，又可以输出模拟曲线，具有直观、实用的特点。实例验证表明，本系统预计准确性较高，具有一定的实用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1选题背景及研究意义

1.1.1选题背景

1.1.2研究意义

1.2国内外研究现状及发展趋势

1.2.1急倾斜煤层开采数值模拟

1.2.2急倾斜煤层开采沉陷预计

1.3研究内容、方法及技术路线

1.3.1研究内容

1.3.2研究方法

1.3.3技术路线

2乌鲁木齐矿区地质与采煤条件

2.1矿区概况

2.2地貌与气候

2.3地层与岩性

2.4地质构造

2.5水文地质

2.6煤层与煤质

2.6.1.煤层

2.6.2.煤质

3乌鲁木齐矿区急倾斜煤层地表沉陷数值模拟研究

3.1 ANSYS程序简介

3.2数值模拟主要内容

3.3乌鲁木齐矿区急倾斜煤层开采数值模拟设计

3.3.1实验模型的建立

3.3.2边界条件的设定

3.3.3数值模拟参数选取

3.3.4开采方案设计

3.3.5模拟结果处理方法

3.4铁厂沟煤矿开采数值模拟

3.4.1地质背景概况

3.4.2模型的建立

3.4.3数值模拟结果分析

3.5六道湾煤矿开采数值模拟

3.5.1地质背景概况

3.5.2模型的建立

3.5.3数值模拟结果分析

3.6碱沟煤矿开采数值模拟

3.6.1地质背景概况

3.6.2模型的建立

3.6.3数值模拟结果分析

3.7本章小结

4急倾斜煤层开采沉陷预计系统的开发与应用

4.1急倾斜煤层采煤沉陷预计方法

4.1.1矢量预计法

4.1.2皮尔森Ⅲ型公式法

4.2开发语言的选择

4.2.1VB可视化编程的基本概念

4.2.2VB可视化编程的特点

4.3系统主要功能

4.4系统主界面设计

4.4.1系统参数输入

4.4.2地表移动变形曲线模拟

4.4.3预计数据输出

4.4.4地表移动变形动态模拟

4.5应用实例

4.5.1应用实例一

4.5.2应用实例二

5结论

5.1结论

5.2展望

致 谢

参考文献

附录 攻读学位期间发表的论文