黄土沟壑区采动地表沉陷破坏规律研究

黄土沟壑区采动地表沉陷破坏规律研究

论文摘要

黄土沟壑区指地表切割破碎、沟壑密度大、植被覆盖率低、水土流失严重的黄土山区。它是我国一种特殊的地形,主要分布于黄河中游的黄土高原地区。采矿活动给该区地表造成大量地裂缝破坏,并时常引发滑坡、坍塌、崩塌等地质灾害。由于覆岩和地形条件的特殊性,地表移动变形的正常规律被掩盖,而地表沟谷特殊地形加剧了地表破坏程度。因此研究该区采动地表移动变形特征和地表裂缝破坏机理具有重大意义。大量的黄土沟壑区开采地表沉陷损害表明,这种特殊地形条件下的采动地表破坏类型主要为台阶式裂缝、塌陷和滑坡,而厚湿陷性黄土覆盖沟壑地形是加剧采动灾害的主要因素。在黄陵一号煤矿302、303工作面开采地表布设地表移动观测站进行观测,通过观测数据分析计算了该区地表移动角值,概率积分参数以及动态地表移动周期等。将同一地貌类型的黄陵矿区和渭北矿区沉陷资料进行综合分析,表明该区受到地表厚黄土层和沟壑地形的耦合叠加作用,致使地表水平移动范围扩大,下沉系数、水平移动系数增大。采用能够表征这种特殊条件下的黄土层厚度(h)和开采深度(H)比值h/H进行地表移动变形分析,得出预计这种地质、地形、采矿条件下的最大水平移动和水平变形的计算公式。应用数值计算和理论分析方法,分析了地表裂缝产生的机理,结合地表沉陷破坏特征和观测数据分析,给出了黄土沟壑区开采沉陷规律,为黄土沟壑区地表沉陷灾害的控制与治理奠定了基础。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  • 1.1 选题的背景及研究的意义
  • 1.1.1 选题的背景
  • 1.1.2 研究的意义
  • 1.2 本课题研究领域国内外的研究现状及发展
  • 1.2.1 开采沉陷理论的国内外研究概况
  • 1.2.2 山区地形条件下地表移动变形的研究现状
  • 1.3 本课题研究的主要内容及技术路线
  • 2 地表沉陷破坏规律分析
  • 2.1 研究区地质概况
  • 2.1.1 地层组成
  • 2.1.2 地质构造
  • 2.1.3 地貌类型
  • 2.2 采动地表破坏类型分析
  • 2.2.1 地表裂缝破坏特征
  • 2.2.2 地面坍塌灾害特征
  • 2.2.3 黄土滑坡特征
  • 2.3 本章小结
  • 3 地表移动变形观测研究
  • 3.1 地表移动观测站布设
  • 3.1.1 观测线布设方法
  • 3.1.2 观测站布设特点
  • 3.2 地表移动观测工作
  • 3.3 观测成果计算分析
  • 3.3.1 起动距
  • 3.3.2 超前影响角
  • 3.3.3 最大下沉滞后角
  • 3.3.4 边界角、移动角、裂缝角
  • 3.4 动态地表移动变形分析
  • 3.4.1 地表点的下沉速度
  • 3.4.2 地表点的下沉特征
  • 3.5 实测地表移动与变形极值分析
  • 3.6 概率积分参数分析
  • 3.6.1 概率积分法预计理论基本原理
  • 3.6.2 地表移动参数的计算确定
  • 3.6.3 概率积分理论拟合度分析
  • 3.7 本章小结
  • 4 地表移动变形规律分析
  • 4.1 角量特征分析
  • 4.2 移动变形分析
  • 4.2.1 移动变形最值
  • 4.2.2 移动变形曲线特性
  • 4.2.3 地表移动变形参数
  • 4.3 动态地表移动变形特征
  • 4.4 采动裂缝对地表移动变形的影响
  • 4.4.1 裂缝对下沉的影响
  • 4.4.2 裂缝对水平移动的影响
  • 4.4.3 裂缝对水平变形的影响
  • 4.5 本章小结
  • 5 地表裂缝破坏机理分析
  • 5.1 裂缝破坏规律分析
  • 5.1.1 裂缝发育的时间特征
  • 5.1.2 裂缝发育的地形特征
  • 5.1.3 裂缝动态变化特征
  • 5.2 裂缝破坏影响因素分析
  • 5.2.1 覆岩性质
  • 5.2.2 覆岩厚度
  • 5.2.3 沟壑地形
  • 5.3 数值模拟分析
  • 5.3.1 模型的建立
  • 5.3.2 计算结果分析
  • 5.4 裂缝破坏机理总结
  • 5.5 本章小结
  • 6 结论
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录
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