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煤炭采空區(qū)沉降機理及其地表承載能力研究

發(fā)布時間:2020-11-21 16:02
   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】:

分布圖,煤炭,煤炭資源,能源消費結(jié)構


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??

采空區(qū),能源消費結(jié)構,地表,煤炭


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??

技術路線圖,技術路線


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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1 曹利;;下穿房柱式采空區(qū)隧道變形規(guī)律與控制研究[J];隧道建設;2015年01期

2 王繼仁;張勛;王鈺博;鄧存寶;張效春;;多層采空區(qū)流場多點調(diào)控反饋補償整體平衡理論[J];煤炭學報;2014年08期

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本文編號:2893257

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