南沱河堤下采煤危害预测分析

论文摘要

随着煤炭资源的开采,河堤下采煤安全问题日益突出,严重地威胁防洪堤的安全,因此,必须对河堤受煤层开采影响的程度和范围进行准确的预测,并预先采取安全措施是非常必要的。河堤下采煤危害主要有以下四个方面:一是河堤是否会突然沉陷引起垮堤溃水,即突然塌陷危害;二是导水裂隙带是否会波及河床,造成淹井事故;三是堤体的裂缝是否会横切入堤体而成为漏水通道,即裂缝危害;四是河堤沉陷后,是否出现河水漫顶危害。本文以百善煤矿6123工作面上方南沱河堤下采煤为例,根据该工作面的地质采矿条件,分别采用概率积分法和三维快速拉格朗日有限差分法(FLAC3D数值模拟),对受开采影响的南沱河堤移动与变形进行静态和动态预测。预测结果与实测数据比较表明,在河堤移动与变形预测方面,概率积分法和FLAC3D数值模拟分析法都是可行的,但作为一种三维显式有限差分法的数值分析工具,FLAC3D在堤下采煤模拟预测方面具有广阔的应用前景,其直观、动态的分析将丰富堤下采煤河堤移动与变形的研究。本文采用多种手段对堤下采煤引起的堤坝裂缝发育程度进行了探索。最后,针对堤下采煤危害的四个方面,根据概率积分法和FLAC3D数值模拟分析相结合的方法,对南沱河堤下采煤的危害进行预测分析,在此基础上提出对南沱河堤采取一定的加固措施后,堤下采煤才是安全可行的结论。本文的研究对其它类似矿区的堤下采煤具有一定的借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 课题研究的意义
• 1.2 堤下采煤综述及历史与现状
• 1.2.1 堤下采煤危害主要方面
• 1.2.2 国内外堤下采煤历史与现状
• 1.3 堤下采煤危害预测分析方法
• 1.3.1 唯象学研究方法
• 1.3.2 力学研究方法
• 1.3.3 相似材料模拟法
• 1.3.4 数值模拟法
• 1.3.5 人工智能研究方法
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 堤下开采的预测分析方法—概率积分法
• 2.1 概率积分法的基本原理
• 2.1.1 下沉盆地
• 2.1.2 单元水平移动
• 2.2 预计公式
• 2.2.1 地表移动和变形预计的基本公式
• 2.2.2 有限开采地表盆地走向主断面移动和变形预计公式
• 2.2.3 有限开采地表盆地倾向主断面移动和变形预计公式
• 2.2.4 地表任意点移动和变形预计公式
• 2.3 计算参数选取的方法
• 2.4 地下开采对河堤的影响
• 2.5 本章小结
• 3 堤下开采的预测分析方法—FLAC3D数值模拟
• 3.1 三维快速拉格朗日法综述
• 3.1.1 拉格朗日法简介
• 3.1.2 FLAC3D软件的主要特点
• 3.2 三维快速拉格朗日法基本原理
• 3.2.1 显式有限差分法
• 3.2.2 系统计算过程
• 3.3 计算模型
• 3.3.1 开挖模型（Null Model）
• 3.3.2 线弹性模型（Elastic，Isotropic Model）
• 3.3.3 摩尔—库仑模型（Mohr-Coulomb Model）
• 3.4 地下开采对河堤的影响
• 3.5 本章小结
• 4 实例分析
• 4.1 矿区基本概况
• 4.1.1 矿井地质采矿条件
• 4.1.2 南沱河概况
• 4.2 南沱河堤坝观测资料数据分析
• 4.2.1 南沱河堤坝沉降观测站概况
• 4.2.2 南沱河堤坝观测数据
• 4.3 南沱河堤移动与变形规律研究方法1—概率积分法
• 4.3.1 地表移动参数的选取
• 4.3.2 地表沉陷规律分析
• 4.3.3 南沱河堤沉陷规律分析
• 4.4 南沱河堤移动与变形规律研究方法2—FLAC3D数值模拟
• 4.4.1 计算条件
• 4.4.2 地表沉陷规律分析
• 4.4.3 南沱河堤沉陷规律分析
• 4.4.4 堤体的应力分析
• 4.5 预测结果与实测结果比较分析
• 4.6 本章小结
• 5 南沱河堤下采煤危害分析
• 5.1 突然塌陷危害
• 5.2 淹井事故
• 5.3 裂缝危害
• 5.4 漫顶危害
• 5.5 南沱河堤下采煤安全可行性分析
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 论文不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果