陕西黄土沟壑区开采沉陷规律研究

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陕西黄土沟壑采煤矿区地貌复杂,黄土层厚度大,由地下开采引起的地表变形具有特殊性,对其采煤沉陷规律进行研究,在西部矿区安全采煤中具有重要的意义。本文以渭北黄土覆盖矿区地表沉陷实测资料为依据,通过相似材料模拟实验和FLAC数值模拟揭示了黄土覆盖矿区采煤沉陷的基本规律及其特殊性,并着重研究了黄土层的开采沉陷机理及黄土沟壑区地表采动滑移的特征。论文的主要研究结果如下:(1)厚黄土层矿区地表移动变形具有发展快、稳定快、活跃期短的特征;黄土层厚度是影响地表动态移动规律的重要因素,并与地表移动参数之间存在一定的相关性;黄土沟壑区采煤沉陷引起的山坡侧向滑移变形是渭北矿区地表移动变形的重要特征。(2)在薄基岩厚黄土层开采条件下,黄土层的沉陷变形与基岩沉陷保持同步移动。与基岩层相比,黄土层中的开采影响传播速度要明显快于岩层,而且下沉系数要大于基岩中的下沉系数,下沉衰减和竖向离层发育较低,在煤柱上方和采空区上方地表移动分布呈非对称特征。(3)黄土层对于基岩开采具有荷载效应,其等效荷载一般小于其自重荷载,并随着开采宽深比(采动程度)及黄土层自重(土层厚度)而变化。通过数值模拟构建了黄土层厚度、开采宽深比与等效荷载之间的量化关系。(4)在黄土山区条件下,斜坡体各部分受到开采影响的强度和时间不同,所产生的开采沉陷及其引起的斜坡塑性滑移也不同。在地表倾向与开采沉陷倾斜方向一致的“正向坡”条件下,山坡的侧向滑移增大了斜坡体的开采沉陷变形,而在地表倾向与开采沉陷倾斜方向相反的“反向坡”条件下,山坡的侧向滑移减小了斜坡体的开采沉陷变形。
摘要第2-3页
ABSTRACT第3-4页
1 绪论第7-14页
    1.1 选题背景及研究意义第7-8页
        1.1.1 选题背景第7-8页
        1.1.2 研究意义第8页
    1.2 课题研究领域国内外的研究现状与动态第8-12页
        1.2.1 西部黄土覆盖矿区开采沉陷研究的现状第8-9页
        1.2.2 开采沉陷的模拟研究现状与动态第9-10页
        1.2.3 本领域需要进一步研究的问题第10-12页
    1.3 主要研究内容和研究方法第12-14页
        1.3.1 主要研究内容第12页
        1.3.2 研究方法和技术路线第12-14页
2 黄土沟壑区开采沉陷的特殊规律第14-27页
    2.1 黄土沟壑区地质地貌特征第14-17页
        2.1.1 黄土沟壑区地貌特征第14-15页
        2.1.2 地形特征分类第15-17页
    2.2 黄土层的物理力学特性第17-18页
    2.3 黄土沟壑区开采沉陷的典型实例剖析第18-22页
        2.3.1 平地40301 工作面第18-21页
        2.3.2 山区D508 工作面第21-22页
    2.4 黄土沟壑区地表动态移动规律第22-26页
        2.4.1 地表动态变形特征第22-24页
        2.4.2 地表稳态移动规律第24-26页
    2.5 小结第26-27页
3 黄土覆盖矿区开采沉陷相似材料模拟实验第27-36页
    3.1 相似材料模拟的基本原理第27-29页
    3.2 实验模型的制作第29-32页
        3.2.1 地质条件第29-30页
        3.2.2 模型材料的配比第30-31页
        3.2.3 模型的制作过程第31页
        3.2.4 模拟开挖第31-32页
    3.3 模型位移监测方法及其数据处理第32-34页
    3.4 覆岩与地表变形分析第34-35页
        3.4.1 开采过程中覆岩与地表动态移动变形特征第34-35页
        3.4.2 开采过程中覆岩与地表稳态下沉特征第35页
    3.5 小结第35-36页
4 黄土沟壑区开采沉陷与变形数值模拟研究第36-61页
    4.1 FLAC软件的介绍第36-38页
    4.2 数值模拟实验第38-42页
        4.2.1 模型建立第39-40页
        4.2.2 物理力学参数第40-41页
        4.2.3 边界约束条件第41页
        4.2.4 模拟分析方法第41-42页
    4.3 黄土层对基岩开采沉陷的荷载效应第42-46页
        4.3.1 不同开采宽度下的黄土层等效荷载第42-43页
        4.3.2 不同黄土层厚度下的等效荷载第43-44页
        4.3.3 等效荷载系数与黄土层特性的关系第44页
        4.3.4 等效荷载系数与开采宽深比的关系第44-46页
    4.4 黄土层厚度对地表移动的影响第46-48页
    4.5 厚黄土层条件下地表移动特征分析第48-50页
        4.5.1 黄土层和岩层对地表移动的影响分析第48-50页
        4.5.2 黄土层与岩层对移动边界角的影响分析第50页
    4.6 单向坡条件下地表移动与变形特征第50-55页
        4.6.1 单向坡计算模型第50-52页
        4.6.2 地表变形分布特征第52-55页
    4.7 组合坡条件下地表移动与变形特征第55-59页
        4.7.1 组合坡计算模型第55-57页
        4.7.2 地表变形分布特征第57-59页
    4.8 小结第59-61页
5 结论第61-63页
    5.1 主要研究结论第61-62页
    5.2 研究展望第62-63页
致谢第63-64页
参考文献第64-68页
附录第68页
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