煤炭資源在全部的能源應用中占比最大,我國煤炭資源儲量豐富,煤炭資源在開發(fā)利用中形成了大量的采空區(qū),隨著我國城市化進程,城市擴張,采空區(qū)地表土地資源利用問題迫在眉睫。本文通過室外鉆井探查采空區(qū)地層特征和采集地層巖心,然后進行物理力學試驗測試地層物理力學參數(shù),驗證采空區(qū)計算斷裂帶和垮落斷裂帶發(fā)育高度的資料總結(jié)公式,結(jié)合地質(zhì)調(diào)查建立研究區(qū)三維仿真模型,通過理論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析等方法,研究采空區(qū)沉降機理和采空區(qū)地表承載能力,完成了以下工作:(1)開展鉆探和勘查工作,基本查明勘查區(qū)內(nèi)上覆巖層“三帶”發(fā)育高度或留設煤(巖)柱完整性,優(yōu)化本區(qū)的“三帶”發(fā)育高度計算公式。然后進行物理力學試驗等測試工作手段,獲取采空區(qū)頂?shù)装搴蜕细矌r層物理力學參數(shù),為數(shù)值計算做準備。(2)在具有代表性的區(qū)域開展采空區(qū)地表移動變形監(jiān)測工作,基本查明不同地段采空區(qū)地表移動變形規(guī)律,基本確定現(xiàn)有煤炭資源采空區(qū)的剩余變形量。(3)有效融合水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、巖土力學、結(jié)構分析等多手段及多學科交叉的綜合研究方法,進行煤礦采空區(qū)穩(wěn)定性綜合研究。把開挖作為影響地面沉降的主要因素,建立大區(qū)域三維仿真模型,探究開挖對地面沉降的影響。建立典型采空區(qū)的精細巖土力學分析模型,結(jié)合采空區(qū)煤礦開采的施工過程,有效反演驗證及重現(xiàn)煤礦開采全過程力學響應變化規(guī)律,研究施工過程對礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)體變形、穩(wěn)定性的影響,根據(jù)煤礦開采現(xiàn)狀,對區(qū)內(nèi)采空區(qū)地表移動變形進行分析。(4)在大區(qū)域礦區(qū)開挖后的基礎上,在采空區(qū)地表施加建筑荷載,模擬構筑物建設后對采空區(qū)的影響,研究采空區(qū)在地表承載能力,在一定程度上反映城市發(fā)展增加的地面荷載對采空區(qū)穩(wěn)定性的影響,為采空區(qū)地表土地資源的開發(fā)利用提供借鑒。
【學位單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：TD327
【部分圖文】：

山東大學碩士學位論文??第１章緒論??１．１研究背景及意義??１．１．１研究背景??我國煤炭資源儲量豐富且分布廣泛（圖１．１），且開采應用極多，在部分城市周邊形成大量??采空區(qū)，這嚴重限制這些城市的發(fā)展，因此解決采空區(qū)地表土地資源利用問題迫在眉睫。??－ｍ??成＿－彳？六盤水二■?■?／??ｆ畫??（２０＇?ｍｖ?ｌｉｔｉ?由?ｉｉｆｉｉ??圖１．１全國煤炭資源分布圖??在我國一次能源開發(fā)中，煤炭占主導地位，２０１６年中國不同能源消費結(jié)構如圖１．２，煤炭??占比６２％。??１??

山東大學碩士學位論文??２０１６年中國能源消費結(jié)構??ｍ??■水電??圖１．２?２０１６年我國不同能源消費結(jié)構比例??中國分布各地的煤炭經(jīng)過常年開發(fā)利用，已形大面積采空區(qū)，為了緩解地下采空破壞地表??穩(wěn)定與地上建設間的矛盾，本文依托兗州煤礦調(diào)查項目，進行煤炭資源采空區(qū)的地表沉降機理??及其地表承載力研宄，為煤炭采空區(qū)地表土地資源利用提供借鑒。??１．１．２研究意義??煤炭資源采空區(qū)穩(wěn)定性評價和采空區(qū)地表承載能力的研宄對采空區(qū)沉降防治和地表土地??利用具有重要的參考價值。對兗州地區(qū)的礦區(qū)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和開采情況進行調(diào)查，選取??具有代表性的礦區(qū)進行研究，運用數(shù)值模擬的方法模擬煤炭開采過程，用ＦＩＳＨ語言監(jiān)測采空??區(qū)沉降值，對采空區(qū)穩(wěn)定性進行綜合評價，為采空區(qū)安全治理提供借鑒。然后在采空區(qū)地表施??加建筑荷載，模擬采空區(qū)地表建設，探宄采空區(qū)地表承載能力，為采空區(qū)地表的土地利用提供??參考，增加采空區(qū)地表利用率。本研究對煤炭資源采空區(qū)的開發(fā)利用具有理論與工程應用價值。??２??

山東大學碩士學位論文??１．３．２技術路線??通過現(xiàn)場鉆井試驗和己有資料分析，基本查明研究采空區(qū)“三帶”高度；現(xiàn)場設置監(jiān)測點，??監(jiān)測研究區(qū)殘余沉降；根據(jù)地層坡面，建立整體數(shù)值分析計算模型和局部數(shù)值分析計算模型，??設置邊界條件和賦值巖層參數(shù)，按照施工過程，應用整體數(shù)值分析模型計算不同開采進程條件??下的覆巖力學響應及地面沉降發(fā)展過程，應用局部模型深入分析煤炭開采過程中圍巖力學響應。??結(jié)合濟寧城市發(fā)展，運用數(shù)值模擬和理論計算，基本確定研究區(qū)采空區(qū)地表承載能力限值，可??在一定程度上反映城市發(fā)展增加的地面荷載與煤炭資源開采的相互作用。??技術路線如圖１．３所示??炭采空區(qū)沉降機理及其地表承載能力研究????Ｉ?￣￣???鉆探試檢｜賴監(jiān)測｜大區(qū)＋值分?丨精細＋值分｜地表諡能力??Ｉ?■：．「；」?Ｉ?」?Ｉ?￣￣?Ｉ?」??Ｉ?ｆｔｉ?Ｍ?ｎｈｕｆｉ?ｙｆｉｉｆｉｉｉｓ??１?Ｉ?選?１＾?Ｉ?Ｉ?Ｓ?Ｉ??１１＾?Ｉ?Ｉ?１＾１１?ｉｌＨ??高層試１?＾材分１?Ｉ?｜?ｉ?？?Ｓ?＊?｜?｜?１??度亨檢Ｉ測抖布｜｜?區(qū)型５１?１?１??，Ｌ＇?分?煤?￥去析迷貨｜?１??析?２?力力??ＶＶｎｒ?Ｖ?Ｖ?ＷＷ?Ｗ?ｎｃｘｉ＿Ｊ??Ｊ—?ｉ?ｉ?ｉ?＇?ｉ?＇??Ｓｌｉ－?確定幵采?采空：區(qū)穩(wěn)定性?幵采工作面穩(wěn)?地表承載能力??芑朗沉降和?分祈和沉降分?定性研究和三?研究并提出采??殘余沉降?折?帶應力分祈?空區(qū)治理建議??１?Ｉ?￣?Ｉ?Ｉ?Ｉ??Ｉ??為采空區(qū)災害＇冶理和幵發(fā)利用提供借鑒??圖１．３研究技術路線??６??
【參考文獻】

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本文編號：2893257