急斜煤层群上覆基岩风化带的传力机制和移动演化规律

摘要

随着煤炭的采出，围岩将会产生变形和破坏，受采动的岩体必然会导致地表的破坏，最常见的如地表沉陷。长期以来，采矿工作者对采动岩体的研究主要表现在对靠近工作面的下部岩体活动规律的认识和对地表沉陷形态分布特征的描述，对基岩风化带侧重于防水煤柱的留设，但是采场围岩活动和地表沉陷是煤炭采出后岩体损伤和破坏变化的结果，因此我们需要建立一个对岩层由下到上移动过程的整体认识，找到地表沉陷与岩层移动的内在关系，以此来指导地表沉陷的预计和控制。
　　本文以新集三矿这一特殊地质工程作为研究载体，在分析总结之前研究者工作的基础上，以数值模拟为主要研究方法，结合相关理论，分析了地表的移动和变形规律，并计算相关角量参数，分析了基岩风化带的受力和变形，对地表随着时间的推移变化情况进行分析等，主要工作具体如下:
　　从地表沉陷的五项指标:下沉、倾斜、曲率、水平移动、水平变形来分析地表的移动和变形规律，受煤层倾角的影响，沿煤层倾向，地表的下沉形态为一个非对称性的瓢型，地表最大下沉点向煤层的下山方向偏移;水平移动的零点向上山方向偏移，水平移动上山方向的最大值和下山方向的最大值不与下沉曲线的拐点重合，而是上山方向的最大值向上山方向偏移，下山方向的最大值向下山方向偏移;并运用概率积分法，求得了下沉系数、水平移动系数、主要影响半径、主要影响角、拐点偏移距、传播影响角等相关角量变形参数。
　　以基岩风化带为主要研究对象，从应力和位移不同的角度分析基岩风化带，并从应力的角度去解释了基岩风化带变形，由于急倾斜煤层特殊的覆岩移动模式，其上覆以梁的形式存在的基岩风化带受力不均，而导致的位移变化，必然会引起地表变形的差异;并分析了基岩风化带对地表的控制作用，基岩风化带控制着地表的沉陷，在急倾斜多煤层与地表之间进行力的传递，同时也弱化了急倾斜煤层开采所引起的下沉影响。以地表为主要研究对象，以FLAC3D的蠕变模式为研究方法，分析了地表受时间的影响关系。急倾斜多煤层开采下的地表，随着时间的推移，下山方向一侧的变形较为剧烈，随着时间的增长而增长，而上山方向一侧，由于岩层移动的影响，其变形略微恢复，并在一年以后达到稳定。
　　本文建立了“急倾斜多煤层-基岩风化带-地表”模型，分别对基岩风化带、地表进行分析，分析了基岩风化带对地表沉陷的作用和影响，研究了基岩风化带的传力机制，为急倾斜煤层开采的预计和沉陷提供了新的依据。

目录

声明

摘要

引言

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究的必要性和意义

1．3 国内外研究现状

1．4 存在的主要问题

1．5 研究的主要内容和方法

1．5．1 研究主要内容

1．5．2 研究方法

1．6 研究的主要技术路线

2 工程地质

2．1 研究采区的地质采矿条件

2．1．1 井田自然情况

2．1．2 井田煤系地层及采区地质条件

2．1．3 新生界地层概况

2．2 基岩风化带的工程地质

2．3 矿井开采历史及覆岩破坏特征

2．4 导水裂隙带的确定

3 地表的移动和变形规律

3．1 FLAC3D软件介绍

3．2 急倾斜煤层开采模型的建立

3．3 急倾斜煤层模型开采方案设计

3．4 地表的移动和变形规律

3．4．1 地表移动概述

3．4．2 地表移动规律

3．4．3 概率积分法预测地表变形

3．5 本章小结

4 基岩风化带的受力与变形分析

4．1 基岩风化带的概述

4．1．1 影响岩体风化的因素

4．1．2 岩体风化带的划分

4．2 急倾斜煤层覆岩破坏规律

4．3 基岩风化带的受力与变形分析

4．3．1 应力分析

4．3．2 受力分析

4．3．3 变形分析

4．4 基岩风化带对地表的控制作用

4．4．1 传力机制

4．4．2 对地表的下沉控制

4．5 重复采动对基岩风化带的影响

4．5．1 重复采动对基岩风化带应力的影响

4．5．2 重复采动对基岩风化带变形的影响

4．6 本章小结

5 地表的流变分析

5．1 概述

5．2 计算方法

5．3 模拟思路

5．4 计算结果及分析

5．5 本章小结

6 结论

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果