西马煤矿高速公路下开采研究

论文摘要

本文在广泛参阅文献资料的基础上,提出了高速公路下开采的允许移动和变形值。并在这个允许移动和变形值的范围内,针对西马煤矿高速公路下压煤的具体情况,结合当地的地质、采矿条件,提出了条带开采的开采方案,选取了合适的参数采用概率积分法对开采沉陷进行了预计,确定了最优方案,并根据概率积分法预计所得的数据绘制了地表移动和变形等值线图。应用有限元基本原理,建立了高速公路下开采的有限元分析模型,使用有限元分析软件ADINA对开采引起的岩层移动、变形以及应力的分布情况进行了数值模拟,绘制了整个模型的移动和应力的云图,选取地表26个节点的水平移动和下沉数据绘制了地表下沉和水平移动轨线图。本文将概率积分法理论预计与ADINA有限元数值模拟结合起来,相互验证,为工程实践决策提供了指导依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 本论文研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本论文的研究内容
• 2. 开采沉陷的基本规律
• 2.1 采动覆岩的移动与变形规律
• 2.1.1 覆岩移动的形式
• 2.1.2 覆岩移动稳定后的状态
• 2.2 地表的移动与破坏
• 2.2.1 地表移动的形式
• 2.2.2 地表移动的形成过程
• 2.2.3 地表移动的基本指标
• 3. 西马煤矿高速公路下开采方案设计
• 3.1 西马煤矿地质、采矿条件
• 3.1.1 矿井地理位置和煤层特征
• 3.1.2 采区地质概况
• 3.2 高速公路下开采的要求
• 3.2.1 三下开采需要贯彻的原则
• 3.2.2 高速公路下开采的技术原则及可能采用的开采方法
• 3.2.3 高速公路下开采的允许移动和变形值的提出
• 3.3 西马煤矿公路下开采方案的提出
• 4. 西马煤矿公路下开采的地表沉陷预计
• 4.1 开采沉陷预计概述
• 4.2 地表移动和变形预测方法选择
• 4.3 概率积分法理论的理论与计算公式
• 4.4 西马煤矿开采方案的沉陷预计
• 4.5 预计结果及数据分析
• 5. 开采沉陷的有限元理论及ADINA 简介
• 5.1 概述
• 5.2 有限元分析的基本原理
• 5.2.1 连续体离散化
• 5.2.2 单元位移模型选择
• 5.2.3 单元刚度分析
• 5.2.4 形成荷载列阵
• 5.2.5 形成总体平衡方程
• 5.2.6 摩尔——库仑破坏准则
• 5.2.7 总体平衡方程求解
• 5.3 非线性有限元基本方程
• 5.3.1 有限变形的虚功率方程
• 5.3.2 非线性大变形有限元基本方程
• 5.4 矿山开采沉陷的有限元分析模型
• 5.5 ADINA 软件功能简介
• 5.5.1 ADINA 用户界面
• 5.5.2 岩土材料本构
• 5.5.3 荷载与边界条件
• 5.5.4 ADINA 计算分析功能
• 6. 西马煤矿开采的ADINA 数值模拟
• 6.1 建立有限元模型
• 6.1.1 建立几何模型
• 6.1.2 定义物理条件
• 6.1.3 网格密度控制和单元划分
• 6.1.4 平衡地应力
• 6.1.5 “单元生死”
• 6.2 求解过程
• 6.2.1 删除模型多余自由度
• 6.2.2 设置求解时间步长、步数
• 6.3 数据处理与分析
• 6.3.1 岩层移动稳定后地表变形数据分析与处理
• 6.3.2 开采工作面推进过程中岩层移动规律分析
• 7. 结论和下一步工作的建议
• 7.1 结论
• 7.2 下一步工作的建议
• 致谢
• 主要参考文献