缓倾斜煤层采动地表全盆地残余移动变形理论及方法
地下煤层采出后,上部岩体由于失去支撑而塌陷,岩体的沉陷会持续发展到地表,并在地表形成下沉盆地。采矿规范认为地表连续6个月的下沉值不超过30mm后,地表变形达到相对稳定状态。但研究发现,当开采煤层作业面上方岩体在地震、地下水、地表附加荷载等外界因素影响下,地表又产生残余移动变形。残余移动变形关系到地表建筑的地基稳定性问题,属于现行规程没有考虑到的。相关学者研究发现,部分矿区残余移动变形在开采结束50年后才发生。所以对残余移动变形的进一步研究,无论在理论方面,还是在模拟方面,都是备受国内外关注的热门课题。本论文通过分析地表残余变形出现前采动煤层作业面及上部岩体存在的状态,发现采动作业面边界由于岩梁的存在使得四周都存在空洞。因此在研究地表全沉陷盆地残余变形数学模型时,不可以和研究主断面一样只考虑两侧的空洞影响,而要全面考虑四周的空洞影响。对此,本研究把采动煤层作业面分成四周的空洞区和中间的未充分压实区5个片段,来研究全沉陷盆地残余移动变形数学模型。通过把采动煤层上部岩体假设为随机介质理论模型,把岩体塌陷后岩层间存在的离层、裂隙和空洞等价为一定厚度的开采煤块,运用概率积分法中的叠加原理分别计算5个片段残余变形,然后叠加求和,首次完整地构造了缓倾斜煤层采动地表全盆地残余移动变形理论体系,包括残余下沉、残余倾斜变形、残余曲率变形、残余扭曲变形、残余水平移动、残余水平变形数学模型。采用Visual Basic与Matrix VB混合编程,把推导出的残余变形系列公式编写为程序,并把实际工程开采岩移参数输入预测程序,得到残余变形三维曲面图和二维曲线图。通过把程序预测结果和实际观测结果对比,验证了本论文所建数学模型的准确性。以实际地质资料为依据建立了FLAC3D数值模型,通过数值模拟定性分析,验证了本论文在分析残余变形机理时岩体变形形态的正确性。通过实例验证和数值模拟分析,表明本论文预测理论和所编程序可以定量分析实际工程问题,且具有较强的可推广性。
- 作者：
- 秦艳芬
- 学位授予单位：
- 沈阳大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2020年
- 导师姓名：
- 朱广轶
- 中图分类号：
- TD325.2
- 关键词：
- 缓倾斜煤层；全盆地；残余移动变形；数学模型；编程
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