放頂煤開采是我國厚煤層開采廣泛采用的方法之一,當(dāng)采用這種方法開采埋深淺、厚度大的煤層時,極易引起覆巖嚴(yán)重破壞、地表劇烈沉陷,并誘發(fā)地表裂縫和導(dǎo)水裂縫異常發(fā)育,最終導(dǎo)致采空區(qū)漏風(fēng)、漏水等事故,嚴(yán)重危及礦井安全生產(chǎn)。因此,當(dāng)采用放頂煤技術(shù)開采埋深淺、厚度大的煤層時,需要對由此誘發(fā)的地表裂縫與導(dǎo)水裂縫分布規(guī)律進(jìn)行預(yù)測。本文以安家?guī)X井工1礦4106工作面和安太堡井工礦91012工作面為例,對地下開采誘發(fā)的地表裂縫和導(dǎo)水裂縫進(jìn)行預(yù)測。安家?guī)X井工1礦4號煤層和安太堡井工礦9號煤層均埋深淺、厚度大,采用放頂煤技術(shù)一次采全高,采動影響大,極有可能誘發(fā)地表裂縫和導(dǎo)水裂縫。為保證礦井生產(chǎn)安全,本文利用有限差分方法預(yù)測安家?guī)X井工1礦4106工作面和安太堡井工礦91012工作面地表裂縫及導(dǎo)水裂縫的分布規(guī)律。首先根據(jù)研究區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造特征建立能反映實(shí)際地層分布的三維計算模型;然后利用FLAC3D4.0軟件模擬煤層分步開挖,并計算出地表與巖層的位移和拉伸應(yīng)變;最后根據(jù)地表與巖層拉伸變形分布特征預(yù)測地表裂縫及導(dǎo)水裂縫的分布規(guī)律。預(yù)測結(jié)果表明:（1）在開采過程中,起初地表不產(chǎn)生裂縫;當(dāng)工作面推進(jìn)一定距離時,地表裂縫開... 

【文章來源】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

地表裂縫平面形狀與剖面形狀示意圖

中冒落帶和裂縫帶合稱為導(dǎo)水裂縫帶。隨著煤層的開采，煤層頂板巖層在自用下發(fā)生彎曲，當(dāng)變形超過其抵抗變形的能力時，便產(chǎn)生斷裂、破碎進(jìn)而垮落碎巖塊堆積在采空區(qū)形成冒落帶，由于巖塊間空隙較大，具有較好的連通而水、砂、泥土等也較易通過；又因冒落巖塊的可壓縮性，隨著時間的延動程度的加大，巖塊間的空隙也會增大，從而表現(xiàn)出一定程度的可壓實(shí)性空區(qū)上覆巖層中產(chǎn)生裂縫、離層和斷裂，卻仍能保持層狀結(jié)構(gòu)的那部分巖層裂縫帶，裂縫帶內(nèi)巖層產(chǎn)生較大的彎曲、變形及破壞，不僅發(fā)生垂直于層理裂縫或斷裂，而且還產(chǎn)生順層理面的離層裂縫，裂縫帶內(nèi)的巖層斷裂程度決連通性的好壞；裂縫帶上方為彎曲帶，彎曲帶內(nèi)巖層在重力作用下產(chǎn)生向下，在水平方向上巖層受雙向壓縮作用，壓實(shí)程度較高，因此具有一定的隔水性別是當(dāng)存在軟弱巖層時，隔水性能更好，成為良好保護(hù)層（何國清，1991

形成地層界面，并對其進(jìn)行相容分析和校正，確保不會、地層高出地表等現(xiàn)象。3）為了得到由三棱柱單元組成的三維計算模型，將相鄰地層界面四邊形連接起來，最終形成三維計算模型，模型單元為三棱柱單元 設(shè)置接觸面單元觸面單元是一種無厚度的單元，可以模擬兩個面的相互滑移和分開3D4.0 模擬計算前，應(yīng)在煤層與頂板之間界面處設(shè)置接觸面單元（見圖避免煤層被開采的同時對界面有拖拽作用，防止界面附近網(wǎng)格位移而實(shí)現(xiàn)煤層頂板充分塌陷，自然垮落至底板，保證數(shù)值模擬效果。過程中要考慮為設(shè)置接觸面單元提供條件。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]西部礦區(qū)巨厚黃土層開采裂縫機(jī)理[J]. 湯伏全,張健.  遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2014(11)
[2]中國煤炭資源現(xiàn)狀及建議[J]. 趙珊.  廣州化工. 2014(15)
[3]基于FLAC3D的煤礦開采沉陷預(yù)計及與概率積分法的對比分析[J]. 秦世界,張和生,李國棟.  煤炭工程. 2014(06)
[4]厚松散層條件下地表采動裂縫寬度的計算方法[J]. 郭俊廷,鄒定輝,楊國柱,程海濤,李磊波.  煤礦安全. 2014(05)
[5]煤礦開采覆巖移動規(guī)律的相似模擬研究[J]. 馬榮振,徐良驥,高雙.  測繪與空間地理信息. 2014(02)
[6]Knothe時間函數(shù)參數(shù)影響分析及其求參模型研究[J]. 胡青峰,崔希民,康新亮,雷斌,馬開鋒,李壘成.  采礦與安全工程學(xué)報. 2014(01)
[7]Coal and rock fissure evolution and distribution characteristics of multi-seam mining[J]. Zhang Dongming,Qi Xiaohan,Yin Guangzhi,Zheng Binbin.  International Journal of Mining Science and Technology. 2013(06)
[8]地表采動裂縫發(fā)育與開采條件的關(guān)系數(shù)值模擬[J]. 劉愛軍,郭俊廷,景勝強(qiáng),鄒彪,孫興凱,戴華陽.  礦業(yè)工程研究. 2013(03)
[9]深部采動覆巖移動變形致災(zāi)的試驗分析[J]. 劉書賢,魏曉剛,麻鳳海,王偉,王泓懿.  水文地質(zhì)工程地質(zhì). 2013(04)
[10]覆巖導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度的巖層層位判據(jù)分析[J]. 申玉三,黃萬朋,曹海長.  煤炭工程. 2013(05)

碩士論文
[1]六面體和三棱柱網(wǎng)格形態(tài)對煤礦開采沉陷數(shù)值模擬的影響研究[D]. 李文蜜.中國地質(zhì)大學(xué)（北京） 2013



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