本文關鍵詞：山區(qū)地下采煤地表沉陷數值模擬研究

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【摘要】：煤礦是我國最重要的一次性能源,在國民經濟的發(fā)展中發(fā)揮著無可替代的重要作用。煤層被開采以后,其周圍巖層失去了原有的力學平衡,在自重作用下,會逐漸發(fā)生彎曲、張裂和冒落等現象,進而導致地表沉降或塌陷,并嚴重威脅著礦山的安全。在煤炭開采過程中,排放的的大量煤矸石長期堆放于地表,不但占用大量的土地資源,并且會污染土壤和地下水。研究地下開采對地表移動及變形的影響對于煤礦的安全生產及礦區(qū)地質環(huán)境保護與恢復治理具有非常重要的意義。本研究以云南省會澤縣大井鎮(zhèn)蘆坪煤礦開采為工程實例,詳細查閱大量煤炭開采沉陷的文獻,在充分了解研究區(qū)自然地理條件和地質條件的基礎上,運用ArcGIS和FLAC3D建立了該礦區(qū)的三維地質模型,對蘆坪煤礦東南部采區(qū)煤炭開采地表沉陷情況進行了數值模擬,并與經驗法計算結果進行對比分析。在模擬的前提下,提取出地表沉陷的相關數據,應用Surfer軟件進行了可視化處理。此外,本研究也模擬了在煤矸石充填條件下的地表移動變形情況。本研究結果表明：在地表沉陷預計中,FLAC3D數值模擬的方法與傳統預計方法相比,具有很強的優(yōu)勢；山區(qū)地下采煤引起的地表移動變形規(guī)律與平地有明顯的不同,山區(qū)地下采煤引起的地表移動下沉盆地不規(guī)則,移動范圍和下沉值比平地大,水平位移不對稱,說明地表起伏對地表移動變形有較大的影響；通過Surfer軟件建立地表沉陷可視化模型,能夠快速計算塌陷盆地的體積,方便對充填工程量進行統計；煤矸石填充采空區(qū)能夠有效地控制地下巖層及地表的移動變形。
【關鍵詞】：煤炭開采 地表沉陷 數值模擬 可視化
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD327
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-18
• 1.1 課題來源及研究意義11-12
• 1.2 國內外研究現狀12-16
• 1.2.1 開采沉陷理論研究現狀12-14
• 1.2.2 數值模擬研究現狀14-15
• 1.2.3 充填開采研究現狀15-16
• 1.3 論文研究內容和技術路線16-18
• 1.3.1 論文研究的主要內容16
• 1.3.2 論文研究的技術路線16-18
• 第二章 開采沉陷機理分析及基本特征概述18-32
• 2.1 地下開采引起的巖層移動18-22
• 2.1.1 巖體內的應力狀態(tài)18-19
• 2.1.2 巖層移動破壞過程19
• 2.1.3 巖層移動的形式19-20
• 2.1.4 巖層移動的空間破壞程度及其劃分20-22
• 2.2 地下開采引起的地表變形22-25
• 2.2.1 地表移動的形式22-23
• 2.2.2 地表移動盆地的形成23-25
• 2.2.3 地表移動盆地移動和變形分析25
• 2.3 山區(qū)地表移動變形規(guī)律25-31
• 2.3.1 山區(qū)地表移動疊加原理25-26
• 2.3.2 采動滑移的基本規(guī)律26-27
• 2.3.3 采動滑移的機理分析27-29
• 2.3.4 采動滑移向量分析29-31
• 2.4 本章小結31-32
• 第三章 項目區(qū)概況32-41
• 3.1 項目區(qū)地理位置32-34
• 3.2 地貌34
• 3.3 氣候34
• 3.4 研究區(qū)社會經濟概況34-35
• 3.5 水文地質條件35-37
• 3.5.1 地表水水文特征35
• 3.5.2 地下水水文特征35-37
• 3.6 地層巖性及地質構造37-39
• 3.6.1 地層37-38
• 3.6.2 地質構造38-39
• 3.7 煤層開采工藝及流程39-40
• 3.8 本章小結40-41
• 第四章 蘆坪煤礦開采數值模擬41-67
• 4.1 FLAC3D簡介41
• 4.2 FLAC3D計算基本原理41-43
• 4.2.1 空間導數的有限差分近似41-42
• 4.2.2 運動平衡方程42
• 4.2.3 應變、應力及節(jié)點不平衡力42
• 4.2.4 阻尼力42-43
• 4.3 FLAC3D數值模擬過程43-53
• 4.3.1 FLAC3D復雜地貌三維地質建模44-49
• 4.3.2 數值模擬采用的本構模型49-51
• 4.3.3 巖體力學參數的選取51
• 4.3.4 邊界條件及初始條件的定義51-52
• 4.3.5 初始平衡狀態(tài)求解52-53
• 4.3.6 開挖模擬53
• 4.4 FLAC3D數值模擬結果及分析53-61
• 4.4.1 開采前初始應力特征分析53-55
• 4.4.2 開采后應力及其剪應變增量分析55-57
• 4.4.3 開采后塑性區(qū)的分析57-58
• 4.4.4 開采后地表沉降變化規(guī)律分析58-59
• 4.4.5 開采后地表水平變化規(guī)律分析59-61
• 4.5 對比分析61-65
• 4.5.1 平地條件模擬結果及對比分析61-63
• 4.5.2 傳統預計方法地表沉陷測算及對比分析63-65
• 4.6 本章小結65-67
• 第五章 地表沉陷可視化處理研究67-79
• 5.1 地表沉陷可視化處理的必要性67
• 5.2 地表沉陷可視化處理常用方法67-68
• 5.3 地表沉陷可視化處理流程68-69
• 5.4 基于SURFER和FLAC3D軟件的地表沉陷可視化處理69-78
• 5.4.1 Surfer軟件的功能69
• 5.4.2 內插方法的選擇69-70
• 5.4.3 改進謝別德法的原理70-71
• 5.4.4 數據獲取和處理71-72
• 5.4.5 圖形繪制72-76
• 5.4.6 圖形數字化76-77
• 5.4.7 體積計算77-78
• 5.5 本章小結78-79
• 第六章 矸石充填開采模擬79-85
• 6.1 地表沉陷的危害79
• 6.2 矸石充填的可行性分析79-80
• 6.3 充填開采控制地表移動變形的作用機理80-81
• 6.3.1 充填體的支護作用80
• 6.3.2 充填體的綜合作用機理80-81
• 6.4 充填效果模擬分析81-84
• 6.4.1 充填模型的建立及充填材料力學性能81
• 6.4.2 模擬結果分析81-84
• 6.5 本章小結84-85
• 第七章 結論與展望85-87
• 7.1 結論85
• 7.2 展望85-87
• 致謝87-88
• 參考文獻88-92
• 附錄A 攻讀碩士學位期間發(fā)表論文92

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