厚松散层厚硬岩层开采地表移动变形规律研究

论文摘要

陕西彬长矿区开采煤层属于下侏罗统延安组含煤地层,地表覆盖有60～140m厚的黄土层,地表地形属于黄土残塬沟壑地貌,煤层上覆基岩综合岩性为中等坚硬岩层,特别是下白垩统洛河组(K1l)、下白垩统宜君组(K1y)、安定组6号层泥质砂岩岩层整体厚度大,岩层强度高、岩性坚硬,在一定开采范围条件下起着控制上覆岩体破坏的作用。因此,厚松散层厚坚硬岩层开采条件下地表的移动变形规律及上覆岩体的结构稳定性的研究对彬长矿区的安全生产具有重要的意义。本文以彬长矿区大佛寺40301首采工作面煤层开采地面建筑物保护可行性研究为依托,以现场调查和观测资料为基础,结合厚黄土层物理力学特性,分析了采动影响下厚松散层厚坚硬岩层内部的沉陷损害特征、地表裂缝的形成条件、影响地表裂缝破坏程度的主要因素。应用覆岩托板理论计算分析了厚松散层厚坚硬岩层条件下托板的破坏形态及强度、刚度破坏准则。依据煤层覆岩中坚硬岩层托板的结构稳定性条件及黄土变形破坏特性、硬岩对岩移参数的影响,结合相似材料模拟实验、数值计算分析及现场观测数据,分析给出了这种特殊条件下概率积分预计的修正模型。结合工程实例综合分析了厚松散层厚坚硬条件下地表沉陷特征,为矿区的安全生产提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景及研究意义
• 1.1.1 选题的背景
• 1.1.2 选题的研究意义
• 1.2 覆岩破坏及地表沉陷规律的研究现状
• 1.2.1 岩层控制的研究成果
• 1.2.2 地表沉陷规律的研究成果
• 1.2.3 覆岩与地表沉陷规律的研究
• 1.3 研究内容与技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 厚松散层下开采地表损害特征分析
• 2.1 厚松散层、厚坚硬岩层的定义
• 2.2 厚松散层的土体应力—应变分析
• 2.2.1 土体应力应变的非线性
• 2.2.2 土体变形的弹塑性
• 2.2.3 土应力应变的各向异性和土的结构性
• 2.3 采动影响上覆岩、土层内的应力分布
• 2.3.1 主应力分布
• 2.3.2 铅直应力分布
• 2.4 厚松散层（土体）的固结
• 2.4.1 厚松散层（土体）的固结变形
• 2.4.2 土体的固结沉降计算
• 2.5 采动影响下厚松散层地表裂缝的形成
• 2.5.1 采动影响下地表裂缝的形成条件
• 2.5.2 影响厚松散层裂缝破坏程度的主要因素
• 2.6 本章小结
• 3 厚松散层下厚硬岩层结构稳定性的力学分析
• 3.1 托板理论的基础
• 3.1.1 托板理论的提出及基本假设
• 3.1.2 选择力学模式的依据
• 3.1.3 托板坐标系统及基本力学式
• 3.2 上覆厚硬岩层运动的力学模型及力学分析
• 3.2.1 力学模型
• 3.2.2 力学分析
• 3.3 上覆厚硬岩层破坏形式的力学判定准则
• 3.3.1 刚度判别条件
• 3.3.2 强度判别条件
• 3.4 上覆厚硬岩层的结构稳定性分析
• 3.4.1 覆岩内部托板的分类
• 3.4.2 托板的稳定性分析
• 3.5 本章小结
• 4 模拟实验
• 4.1 相似材料模拟试验
• 4.1.1 实验目的
• 4.1.2 相似条件
• 4.1.3 模拟试验方法
• 4.1.4 托板效应的模型试验分析
• 4.2 数值模拟分析
• 4.2.1 模型的建立
• 4.2.2 数值模拟结果分析
• 4.3 本章小结
• 5 厚松散层厚坚硬岩层条件下地表移动变形预计
• 5.1 厚松散层下开采的沉陷特征
• 5.2 硬岩对岩移参数的影响
• 5.3 厚松散层下开采预计的概率积分修正模型
• 5.3.1 地表移动变形预计模型的建立
• 5.3.2 厚松散层下半无限开采概率积分模型的修正
• 5.3.3 厚松散层下有限开采的移动变形预计
• 5.3.4 预计参数的选取
• 5.4 本章小结
• 6 工程实例
• 6.1 开采区域地质、地形及开采条件
• 6.1.1 开采煤层及围岩岩性分析
• 6.2 地表实测与相似模拟试验对比分析
• 6.2.1 地表移动观测站的设置
• 6.2.2 观测线数据分析
• 6.2.3 托板对地表移动变形的控制作用
• 6.2.4 厚硬岩层致使地表下沉滞后
• 6.3 地表裂缝分布及下沉盆地
• 6.3.1 地表裂缝分布
• 6.3.2 地表裂缝机理分析
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录