本文關(guān)鍵詞：軟弱覆巖地表沉陷機(jī)理研究及應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 軟弱覆巖 地表沉陷 空間等效原則 預(yù)計(jì)參數(shù)

【摘要】：本文以軟弱覆巖礦山煤炭開(kāi)采引起的地表沉陷為研究對(duì)象,采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、相似材料實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬、理論分析和實(shí)例應(yīng)用相結(jié)合的方法,對(duì)軟弱覆巖條件下地表沉陷的機(jī)理、預(yù)測(cè)方法和參數(shù)求取方法進(jìn)行了深入、詳細(xì)的研究。主要研究?jī)?nèi)容包括：(1)根據(jù)實(shí)測(cè)地表移動(dòng)觀測(cè)資料,分析軟弱覆巖礦山煤層開(kāi)采地表沉陷特征；(2)基于相似材料模擬實(shí)驗(yàn),分析軟弱覆巖地表沉陷機(jī)理和開(kāi)采空間向地表沉陷轉(zhuǎn)化的規(guī)律；(3)采用數(shù)值模擬方法,分析不同巖體力學(xué)參數(shù)對(duì)地表沉陷的影響；(4)利用彈性梁板理論和隨機(jī)介質(zhì)理論,建立適合軟弱覆巖條件的地表沉陷預(yù)計(jì)模型；(5)根據(jù)空間等效原則,研究預(yù)計(jì)參數(shù)的求解方法。通過(guò)研究得到以下主要結(jié)論：(1)軟弱覆巖條件下,地表沉陷具有下沉系數(shù)大、地表移動(dòng)盆地邊緣收斂速度慢,開(kāi)采過(guò)程中下沉速度和變形值大的特點(diǎn)。(2)根據(jù)相似材料模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出,軟弱覆巖條件下,頂板未垮落前,覆巖以梁板的撓曲為主；頂板垮落后,頂板巖梁與采場(chǎng)砌體梁接觸形成“雙梁”結(jié)構(gòu),并以此為介質(zhì)不斷將開(kāi)采空間向上傳遞轉(zhuǎn)化為地表沉陷空間。(3)相似材料實(shí)驗(yàn)和理論分析表明,軟弱覆巖條件下,頂板較軟,采后易于彎曲下沉,冒落空間減小,使得冒落帶高度減小,同時(shí)由于采動(dòng)過(guò)程中覆巖不易形成離層裂縫或者離層會(huì)很快閉合,使得軟弱覆巖條件下采場(chǎng)空間向地表沉陷空間轉(zhuǎn)化更加充分,是造成下沉系數(shù)較堅(jiān)硬巖層大的根本原因。(4)本文模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)值吻合程度較好,能夠有效避免傳統(tǒng)預(yù)計(jì)方法收斂過(guò)快的缺點(diǎn)。(5)利用數(shù)值模擬方法,分析得出巖體彈性模量、巖層與采厚比、深厚比和巖體抗壓強(qiáng)度是影響地表沉陷的主要因素；并根據(jù)軟弱覆巖條件下巖層的變形特征,提出了評(píng)價(jià)地表沉陷能力的三個(gè)指標(biāo)T1(巖層彈性模量與層厚積)、T2(巖層差異性指數(shù))和T3(覆巖平均彈性模量)。(6)根據(jù)巖體破裂規(guī)律,分析得出了下沉系數(shù)的變化特征,即下沉系數(shù)隨著開(kāi)采深度的增加而減小,兩者近似呈負(fù)對(duì)數(shù)關(guān)系；巖體越堅(jiān)硬,下沉系數(shù)越小,反之越大。(7)根據(jù)空間等效效應(yīng),研究提出了求取地表下沉系數(shù)的近似計(jì)算方法。下沉系數(shù)可由采出率ε采、冒落巖體碎脹系數(shù)K碎和空間相關(guān)系數(shù)Kq求解,即(8)基于全局優(yōu)化算法,編制了預(yù)計(jì)參數(shù)的自動(dòng)提取算法,并進(jìn)行了應(yīng)用,計(jì)算結(jié)果表明,該算法不需要提供經(jīng)驗(yàn)初值,且編程簡(jiǎn)單、計(jì)算精度高、受人為因素影響小,能更好的吻合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),避免了因初值不當(dāng)帶來(lái)的求參失真,能夠滿足工程應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：軟弱覆巖 地表沉陷 空間等效原則 預(yù)計(jì)參數(shù)
【學(xué)位授予單位】：煤炭科學(xué)研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD327
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-23
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況12-21
• 1.2.1 開(kāi)采沉陷國(guó)外研究進(jìn)展12-14
• 1.2.2 開(kāi)采沉陷國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展14-19
• 1.2.3 軟弱覆巖條件下開(kāi)采沉陷研究進(jìn)展19-21
• 1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容21
• 1.4 研究方法與技術(shù)路線21-23
• 2 軟弱覆巖條件下地表沉陷實(shí)測(cè)分析23-40
• 2.1 研究區(qū)地質(zhì)采礦條件23-24
• 2.2 覆巖巖性及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析24-25
• 2.3 地表移動(dòng)觀測(cè)站設(shè)置及觀測(cè)25-26
• 2.3.1 觀測(cè)站設(shè)置25-26
• 2.3.2 地表移動(dòng)變形觀測(cè)情況26
• 2.4 軟弱覆巖地表沉陷實(shí)測(cè)分析26-34
• 2.4.1 地表移動(dòng)變形實(shí)測(cè)分析26-28
• 2.4.2 地表沉陷特征分析28-32
• 2.4.3 地表移動(dòng)時(shí)間特征分析32-34
• 2.5 地表移動(dòng)實(shí)測(cè)參數(shù)34-37
• 2.5.1 實(shí)測(cè)角量參數(shù)34-35
• 2.5.2 角量參數(shù)特征分析35-36
• 2.5.3 實(shí)測(cè)預(yù)計(jì)參數(shù)36
• 2.5.4 預(yù)計(jì)參數(shù)特點(diǎn)分析36-37
• 2.6 地表裂縫發(fā)育特征37-38
• 2.7 移動(dòng)變形特征比較分析38-39
• 2.8 本章小結(jié)39-40
• 3 軟弱覆巖條件下地表沉陷機(jī)理研究40-86
• 3.1 相似材料模擬實(shí)驗(yàn)40-62
• 3.1.1 研究區(qū)地質(zhì)采礦條件40-41
• 3.1.2 模型設(shè)計(jì)及相似材料配比41-43
• 3.1.3 模型的制作43-44
• 3.1.4 模型監(jiān)測(cè)44-45
• 3.1.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析45-61
• 3.1.6 小結(jié)61-62
• 3.2 數(shù)值模擬62-78
• 3.2.1 數(shù)值計(jì)算方法62-63
• 3.2.2 數(shù)值模型構(gòu)建63
• 3.2.3 邊界條件的確定63-64
• 3.2.4 巖層參數(shù)選擇64-65
• 3.2.5 模擬計(jì)算過(guò)程65
• 3.2.6 計(jì)算結(jié)果分析65-70
• 3.2.7 地表沉陷與地質(zhì)采礦要素關(guān)系70-78
• 3.3 軟弱覆巖地表沉陷機(jī)理78-85
• 3.4 本章小結(jié)85-86
• 4 軟弱覆巖地表沉陷預(yù)測(cè)模型86-100
• 4.1 概率積分法在預(yù)測(cè)地表沉陷上的主要問(wèn)題86-88
• 4.2 基于彈性梁板和隨機(jī)介質(zhì)耦合的地表沉陷預(yù)計(jì)模型88-95
• 4.2.1 模型建立的理論基礎(chǔ)88-89
• 4.2.2 預(yù)計(jì)模型的建立89-95
• 4.3 考慮地質(zhì)構(gòu)造的地表沉陷預(yù)計(jì)方法95-98
• 4.3.1 考慮斷層構(gòu)造的預(yù)計(jì)方法95-97
• 4.3.2 考慮松散層厚度的地表沉陷計(jì)算方法97-98
• 4.4 應(yīng)用實(shí)例98-99
• 4.5 本章小結(jié)99-100
• 5 地表沉陷預(yù)測(cè)參數(shù)研究100-134
• 5.1 地表沉陷預(yù)計(jì)參數(shù)的定義100-102
• 5.2 預(yù)測(cè)參數(shù)的空間變化特征102-116
• 5.2.1 開(kāi)采沉陷中的空間等效效應(yīng)102-104
• 5.2.2 地表沉陷預(yù)測(cè)參數(shù)的空間特征104-105
• 5.2.3 地表沉陷評(píng)價(jià)指標(biāo)105-110
• 5.2.4 下沉系數(shù)變化特征110-116
• 5.3 預(yù)測(cè)參數(shù)求取方法研究116-133
• 5.3.1 實(shí)測(cè)資料的預(yù)計(jì)參數(shù)求取方法116-117
• 5.3.2 無(wú)實(shí)測(cè)資料的預(yù)計(jì)參數(shù)求取方法117-119
• 5.3.3 基于空間等效效應(yīng)的下沉系數(shù)近似求解方法119-121
• 5.3.4 基于全局優(yōu)化算法的預(yù)計(jì)參數(shù)自動(dòng)提取121-126
• 5.3.5 實(shí)例應(yīng)用分析126-133
• 5.4 本章小結(jié)133-134
• 6 結(jié)論及展望134-137
• 6.1 主要結(jié)論134-135
• 6.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)135
• 6.3 技術(shù)展望135-137
• 參考文獻(xiàn)137-146
• 致謝146-147
• 讀博期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文147
• 讀博期間參加的科研項(xiàng)目147

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本文編號(hào)：714981