【摘要】：地下煤層開采往往引起地表下沉,造成人員傷亡和財產(chǎn)損失,使得研究巖層移動與沉陷問題成為一個重要課題。當(dāng)煤礦開采設(shè)計的移動角選取過大時,會導(dǎo)致地表建筑物或其他生產(chǎn)設(shè)施位于地表移動沉陷區(qū),不僅影響生產(chǎn)、造成經(jīng)濟(jì)損失,還給煤礦企業(yè)人員安全構(gòu)成巨大隱患。結(jié)合關(guān)鍵層理論來研究開采沉陷,能夠較為有效的反映采空區(qū)地表沉陷的實際情況,而且能夠解釋地表裂縫的形成機(jī)理,以提高地表沉陷范圍及程度的預(yù)計精度,從而達(dá)到安全合理開采煤礦的目的。本文在收集資料和現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上,通過歸納總結(jié)采空區(qū)上覆巖層對地表沉陷的影響規(guī)律,初步了解上覆巖層巖性特點對地表沉陷的作用規(guī)律;同時研究關(guān)鍵層的作用機(jī)理,并根據(jù)研究區(qū)實際情況,確定研究區(qū)的關(guān)鍵層位置。然后運(yùn)用midas數(shù)值模型模擬研究區(qū)采煤沉陷的情況,并結(jié)合實地的裂縫監(jiān)測數(shù)據(jù),求證數(shù)值模擬結(jié)果的精準(zhǔn)度。依據(jù)研究區(qū)采煤沉陷的三維數(shù)值模擬結(jié)果,從采空區(qū)上覆巖層的位移、應(yīng)力、應(yīng)變等方面分析關(guān)鍵層條件下的采煤沉陷規(guī)律。結(jié)果表明:采空區(qū)上覆巖層存在應(yīng)力集中現(xiàn)象,包括關(guān)鍵層處及采空區(qū)邊界處由于重力作用而形成的壓應(yīng)力集中區(qū),其中關(guān)鍵層處是由于關(guān)鍵層巖層破斷形成鉸接的巖塊,在重力作用下形成橫向的擠壓應(yīng)力;采空區(qū)兩側(cè)工作面由于應(yīng)力向工作面釋放,形成了以水平方向為主的剪應(yīng)力集中區(qū);采空區(qū)底板由于卸荷回彈作用產(chǎn)生的向采空區(qū)褶曲變形的鼓脹應(yīng)力集中區(qū)。最后以研究區(qū)采空沉陷模擬結(jié)果為基礎(chǔ),模擬在不同結(jié)構(gòu)類型的關(guān)鍵層下采空區(qū)上覆巖層的位移、應(yīng)力變化,探討不同結(jié)構(gòu)類型的關(guān)鍵層對上覆巖層移動變形的控制作用。結(jié)果表明:(1)關(guān)鍵層的存在確實有效的減緩了采空區(qū)地表的沉陷變形;(2)下山邊界角與巖層組合關(guān)系不大,而上山邊界角與關(guān)鍵層相關(guān),關(guān)鍵層的存在使上山移動角增大,從而減小了地表沉陷范圍;(3)擠壓應(yīng)力主要集中于關(guān)鍵層處,構(gòu)成鉸接巖梁,從而使關(guān)鍵層成為上覆巖層荷載的主要載體并控制上覆巖層移動的作用;(4)在采深相同的情況下,關(guān)鍵層離采空區(qū)越近,關(guān)鍵層上覆巖層則相對越厚,能夠傳播到地表的變形破壞越小,地表沉陷程度越小。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TD325.2

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本文編號：2644280