發(fā)布時間：2020-09-24 18:53

　　 地下開采影響下由于上覆巖體變形破壞而引起的山體滑坡稱為采動滑坡,產生變形的斜坡可稱為采動斜坡。近年來,隨著貴州省社會經濟的快速發(fā)展,煤礦資源的開發(fā)力度大大增加,而隨之引起的礦山地質災害也日趨頻發(fā),其中以貴州六盤水地區(qū)最為突出。在六盤水地區(qū),許多斜坡在煤層開采作用的影響下已發(fā)生變形多年,但至今為止都未發(fā)生整體破壞,這就給地質災害防治提出了嚴峻的考驗:穩(wěn)定性到底怎么樣?工程治理難度大、搬遷避讓成本高,是搬遷還是治理?如果治理,如何治理?而解決這一問題的關鍵是:在認識采動斜坡變形演化規(guī)律的基礎上,正確評價采動斜坡穩(wěn)定性。因此,開展在這種復雜開采條件下對斜坡的形成機理分析影響具有重要意義�；诖�,本文以貴州省六盤水市發(fā)耳煤礦尖山營變形體為典型案例,通過野外調查、物探和礦山資料收集等手段,查明了變形體的斜坡結構特征、采空區(qū)分布特征、變形破壞特征的基礎上,采用顆粒流數值模擬,分析了變形體的形成機制,并在此基礎上對比了單層開采和多層開采條件下對斜坡的變形破壞影響,為以后煤礦的開采和礦山災害的防治提供一定的參考意見。主要取得以下研究成果:(1)查明了尖山營變形體的基本特征。尖山營變形體以山脊線為分界線,呈大角度的“V”字形,在其NE側斜坡呈平緩反傾坡內的層狀結構,而在其SW側則為橫向坡,其具有軟硬互層結構特征。坡體下部發(fā)育6層可采煤層,有著較長的開采歷史,形成了大面積的采空區(qū),受采動作用的影響,斜坡整體變形較為明顯,坡體內部裂隙發(fā)育,坡腳泥巖破碎擠出現象明顯,坡頂發(fā)育35條大小不一的裂縫。(2)獲得了巖石的微觀力學參數和節(jié)理網格模型。通過室內試驗數據與巖石數值模擬試驗的對比及工程類比法得到了研究區(qū)巖石的微觀力學參數,并運用顆粒流模擬中的等效巖體技術構建了較為相似的節(jié)理網格模型。(3)數值模擬基本模擬出了尖山營變形體的坡體變形變化和裂縫的擴展過程。尖山營變形體在M1號煤層開采后,斜坡內部就已產生了大量裂隙,有的裂隙延伸至了坡表,坡體后緣也發(fā)生了一定程度的傾倒,坡腳泥巖受到擠壓,較為破碎。隨著開采的進行,開采M5-3號煤層后坡表已有多條貫通的長大裂縫,后緣傾倒也更加明顯,坡腳泥巖更加破碎。當M10號煤層開采完成后,坡表裂縫數量雖沒有進一步增加,但隨著斜坡內部的應力調整,有的裂縫已呈現傾倒趨勢,且沉降大幅度增加,使冒落帶壓密,巖層發(fā)生錯斷,坡腳此時已較為鼓脹。當開采完成后,推測隨著后期的降雨,坡表大裂縫將進一步充水發(fā)育,斜坡在水的作用下,將會形成“階梯狀”潛在滑面,隨著雨水在斜坡內部的囤積,滑坡體后緣產生巨大推力,“鎖固段”可能被剪斷,使斜坡發(fā)生整體滑動。(4)通過對單層開采作用下斜坡變形的對比分析,探討了采空區(qū)位置、深度和長度對斜坡變形破壞的影響。結果表明:在單煤層開采時,采空區(qū)的相對坡體位置對斜坡的影響較大,當斜坡采空區(qū)位于坡肩投影線的外部時,斜坡的變形較為明顯,且采空區(qū)跨越坡肩的長度越長,變形越為劇烈;當采空區(qū)位于坡肩投影線的內部時,對斜坡的變形影響較小。同時,開采深度和長度對斜坡變形在一定范圍內影響較小,當其差值較大時,對斜坡變形才會有較為明顯的影響。(5)通過對多層開采作用下斜坡變形的對比分析,探討了開采厚度和重復采動對斜坡變形破壞的影響。結果表明:在多煤層開采時,開采厚度對斜坡水平位移的影響較為復雜,無明顯規(guī)律,除與開采厚度密切相關外,還受到坡體內部裂隙發(fā)育程度的影響,而豎直位移和合位移則都隨著開采厚度減小而減小。同時,在多煤層開采時,斜坡的最大沉降量都大于或等于開采厚度,最大沉降量往往出現在煤層采空區(qū)重疊程度最大的地方,且隨著重疊程度的增加,其最大沉降量超出開采厚度的程度越大,說明在多煤層開采時受重復采動影響較大。
【學位單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TD325;P642.22
【部分圖文】：

第1章 引言1.1 選題依據與研究意義 我國是世界上礦產資源最為豐富的國家之一。其中，貴州省更是全國有名源大省。近年來，隨著貴州省社會經濟的快速發(fā)展，煤礦資源的需求量大幅，傳統(tǒng)的地下淺層開采已經滿足不了貴州省的煤礦資源需求，導致貴州省對資源的開采形成了由外及內、由地表到深部的發(fā)展趨勢。然而隨著開采深度增加，必然形成大量的采空區(qū)，打破了原巖中應力的平衡狀態(tài)，圍巖的應力在坡體內部重新分布，使坡體有的部位出現應力集中的現象。同時，一些采支護設施較為簡陋，隨著時間的推移，支護設施逐漸失效，將會引發(fā)一系列山地質災害，如地面塌陷、地裂縫、地表移動、煤層自燃、礦震以及由于采而造成的崩塌、滑坡、泥石流等，其中以貴州六盤水地區(qū)最為突出，如圖 1示。

（c）貴州馬達嶺滑坡 （d）貴州普灑村滑坡圖 1-2 貴州省典型的采動滑坡采動滑坡不同于由于自身構造原因而產生的自然滑坡，除與地形條件、地層巖性、巖層厚度、巖性組合特征等有關外，還與采空區(qū)位置、采空區(qū)空間分布（采空區(qū)高度、長度、面積）、開采方式及煤層相對位置有著密切的聯(lián)系。目前，對于采動滑坡的研究多數僅限于采動滑坡自身原型的研究，很少有學者考慮不同采深、煤層相對位置和開采厚度對邊坡的控制作用研究。因此進一步加深對采動滑坡的認識，研究不同開采條件下對采動斜坡變形破壞作用的影響顯得尤為重要。發(fā)耳煤礦位于貴州省六盤水市，區(qū)域地形南西高北東低，采煤歷史悠久，井田內含煤地層為龍?zhí)督M，目前已開采了 M1、M3、M5-2、M5-3、M7、M10 號 6層煤，尖山營變形體在多煤層開采作用的影響下已發(fā)生變形多年，但至今為止都未發(fā)生整體破壞，這就給地質災害防治提出了嚴峻的考驗：穩(wěn)定性到底怎么樣？工程治理難度大、搬遷避讓成本高，是搬遷還是治理？如果治理，如何治理？而解決這一問題的關鍵是：在認識采動斜坡變形演化規(guī)律的基礎上，正確評價采動斜坡穩(wěn)定性。因此，開展在這種復雜開采條件下對斜坡的形成機理分析影響具有重要意義。

圖 1-3 尖山營變形體概況1.2 國內外研究現狀 采動滑坡的發(fā)生是一個較為復雜的過程，簡單而言，首先是煤層進行開采以后，采空區(qū)頂板彎曲冒落，進而發(fā)生塌陷，最終斜坡發(fā)生整體變形破壞。本文水城縣發(fā)耳鎮(zhèn)尖山營變形體為研究案例，主要采用顆粒流數值模擬的方法分析該變形體的形成機制并對比不同開采條件下對采動斜坡的變形破壞影響。因此，本文主要從采空區(qū)覆巖變形研究現狀、采動滑坡研究現狀、顆粒流數值模擬研究現狀三個方面論述國內外研究現狀。1.2.1 采空區(qū)覆巖變形研究現狀采空區(qū)覆巖變形的研究最初始于國外，1858 年比利時學者 Gonot 在基于Lierio 城地下水流失的研究基礎上，提出了第一個采動理論“垂線理論”（C.r可威爾辛，1959）；1876 年德國學者 Jlcinsky 和 1882 年德國學者 Oesterr 又分別

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本文編號：2826129