露天地下联合开采采动损害规律研究

论文摘要

在露天与地下复合开采的矿山中,伴随着采矿的进行,会引起一系列的采动损害问题,包括露天矿边坡失稳和矿区地表沉陷等。两种采动影响在边坡岩体内的相互叠加机制和相互扰动机理异常复杂,水平和垂直方向上的重复采动会使情况变的更糟。如果没有一个有关该问题的科学合理的评价来为具体生产作业做指导,整个生产系统会受到严重的干扰作用。那么提出一种实用性强并且能够对这种复合影响进行定量或者定性评价的方法就显的尤为必要,针对这一问题,本文重点研究了以下几个问题:(1)矿区地质概况与露天地下联合开采灾害现状研究。(2)结合平朔矿区现场声波测试评价岩体质量。(3)边坡下采煤对露天矿边坡稳定性影响规律研究。(4)平朔矿区采煤引起的地表沉陷规律研究。(5)重复采动引起的沉陷规律研究。论文在总结原有露天地下联合开采方面研究成果的基础上,结合平朔矿区露井联合开采现状,通过现场勘探、理论分析和数值模拟等手段系统研究了平朔矿区地质概况、采动损害现状、岩体力学性质评价、地下采动引起的边坡稳定性发展规律、重复采动沉陷规律等问题,并取得如下成果:(1)分析了矿区地质概况、矿区地质构造与水文地质状况、平朔矿区采动损害现状,对采煤引起的损害进行归类研究,提出了对边坡不同位置分别研究其稳定性,最终确定整体稳定性。(2)运用声波测试手段评价岩体完整性,并且总结分析多家科研院所针对该区域所做的岩石力学试验成果。(3)总结分析采区覆岩变形破坏机理研究与地表沉陷预计方法,选用典型曲线法对地表沉降进行预计,对比分析平缓地表和边坡地表沉降曲线的差异性。(4)结合平朔矿区采煤现状,应用数值模拟理论,提出了露天地下联合采区数值模拟计算模型与计算规则。(5)理论分析结合数值计算,研究出了边坡下采矿对边坡稳定性影响的基本规律。(6)系统研究了平朔矿区垂向、横向重复采动引起的上覆岩层受力变形规律。研究表明:地下采区位于边坡下部不同位置时,边坡整体稳定性是不同的;边坡地表和平缓地表沉降曲线具有很大的差异性;地下采区重复采动会加剧地表塌陷。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 国内外地表沉陷研究现状
• 1.2 边坡稳定性研究现状
• 1.3 露井联合开采研究现状
• 1.4 课题研究的目的和意义
• 2 平朔矿区工程地质背景与采矿现状
• 2.1 引言
• 2.2 矿山概况
• 2.2.1 井田位置、交通与储量
• 2.2.2 气候条件与地形地貌
• 2.3 矿区地质概况
• 2.3.1 煤层地质条件概述
• 2.3.2 水文地质条件概述
• 2.3.3 研究区地质勘查概述
• 2.3.4 矿区岩土体物理力学性质
• 2.4 采矿概况
• 3 采区覆岩变形破坏机理与地表沉陷预计
• 3.1 引言
• 3.2 地表移动基本概念
• 3.2.1 地表下沉盆地形态
• 3.2.2 地表下沉盆地基本指标
• 3.2.3 连续变形与非连续变形
• 3.2.4 非充分采动、充分采动与超充分采动
• 3.3 地表下沉盆地主剖面的移动与变形规律
• 3.3.1 最大下沉量的预计
• 3.3.2 充分下沉曲线的预计
• 3.4 开采位置和时间与下沉的关系
• 4 不采区声波现场测试研究
• 4.1 不采区声波现场测试研究
• 4.2 声波测试孔的布置
• 4.3 声波测试结果及分析
• 5 地下采煤对边坡稳定性影响分析和地表沉降规律研究
• 5.1 引言
• 5.2 地下采矿对边坡稳定性的影响
• 5.3 数值计算分析
• 5.3.1 计算模型
• 5.3.2 边界条件
• 5.3.3 岩体物理力学参数
• 5.3.4 计算方案
• 5.3.5 计算结果及分析
• 5.3.5.1 地下开采前的边坡稳定性分析及安全系数计算
• 5.3.5.2 901工作面回采的有限差分分析
• 5.3.5.3 900工作面回采的有限差分分析
• 5.3.5.4 边坡地表沉降曲线
• 5.4 岩体稳定性的极限平衡法分析
• 5.5 小结
• 6 煤层群重复开采地表沉陷规律研究
• 6.1 概述
• 6.2 力学机理分析
• 6.2.1 下沉系数的变化机理
• 6.2.2 主要影响角正切的变化机理
• 6.2.3 拐点偏移距变化机理
• 6.3 数值模拟计算分析
• 6.3.1 上层煤层开采地表移动规律
• 6.3.2 垂向重复采动地表移动规律
• 6.3.3 横向重复采动地表移动规律
• 6.3.4 移动规律研究小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢