铜川矿区地下煤层开采诱发地表黄土沉陷变形研究论文.pdf

西安科技大学
硕士学位论文
铜川矿区地下煤层开采诱发地表黄土沉陷变形研究
姓名:刘灿
申请学位级别:硕士
专业:地质工程
指导教师:王贵荣
20070420
摘要论文题目:铜川矿区地下煤层开采诱发地表黄土沉陷变形研究专业:地质工程硕士生:刘灿指导教师:王贵荣┟铜川矿区地处陕北黄土高原与关中平原过渡地带,区内煤层上覆基岩薄而黄土层厚,煤层地下开采引起的地表沉陷变形及其诱发的地质灾害有其独特之处。开采沉陷不仅造成地表开裂、变形,破坏建筑物,加速水土流失进程,而且还诱发滑坡、崩塌等地质灾害,损害十分惨重。因此,对厚黄土薄基岩地区开采沉陷规律的研究迫在眉睫。本文以铜川矿区东坡煤矿最具典型性的ぷ髅嫖@捎孟殖〉鞑椤⑾嗨撇牧模拟、数值模拟等方法,研究了黄土山区煤层开采诱发地表黄土沉陷变形的形成规律及对ぷ髅娴乇沓两倒鄄庾柿戏治鋈衔#惫ぷ髅娓惭医媳⒒仆敛憬虾袷保下煤层开采影响传递到地表所需要的时问较短,因此鄄庹境坝跋旖莔小于其它地区。地表开始移动后迅速进入活跃期,活跃期周期长,下沉量大,活跃期过后地表移动基本停止。地表最大下沉值出现在山区两反向局部滑移体中部,而不是传统意义上的下沉盆地中央。相似材料模拟分析表明,由于垂直节理发育,山区地表厚黄土层变形、破坏表现为台阶状断陷,典型的“三带式”破坏形式变为“二带式”;冒落带发育后迅速在地表形成弯曲下沉带,导致地裂缝在开挖一段时期后迅速发育形成,具有时间上的突然性,且多出现在地表台阶状断陷边缘,成固定距离分布,表现为垂直变形;地表的竖向移动变形受地形的影响较小,而水平移动变形受地形的影响较大,因此地形发生改变的拐点处运用软件对煤层地下开采引起的上覆岩层应力和位移的变化过程进行了模拟,分析认为:在厚黄土层薄基岩覆盖区地下采煤时,地表沉陷是由上覆基岩和黄土层双层介质变形、移动叠加作用所致,基岩是黄土层地表沉陷的控制层;在黄土山区条件下,黄土层内的应力分布与地形密切相关,靠近边坡部位的最大主应力大致与坡面平行,受地形变化影响较大,最小主应力大致与坡面垂直,受地形变化影响较小;山区黄土层内的水平位移和垂直位移的大小和分布与地形密切相关,山区地下煤层开采使最大主应力浠洗螅鸬乇淼纳仙拖鲁粒轿灰疲换仆敛阌牖医哟ッ婧致灾机理。地裂缝容易产生拉伸变形。
关键词:黄土;煤层开采;沉陷变形;相似材料模拟;数值模拟;铜川矿区研究类型:应用研究采区边界通常是各种应力集中区,黄土层与基岩的层间摩擦力引发浅部基岩随黄土块层发生滑移,导致最小主应力浠怪蔽灰啤综上所述,在厚黄土薄基岩条件下,基岩是煤层地下开采引起的地表黄土沉陷的控制层。当地下采空区面积扩大到一定程度,造成一定范围内煤层顶板岩层大面积垮落,随着采空区面积的进一步扩大,引起主关键层关键块的依次塌落,塌陷基岩的边缘裂缝便向上扩展,很快与上覆黄土层垂直节理贯通,使塌陷区基岩之上的黄土层从土体中分离出来,成为相对独立的作用在基岩之上的静荷载,伴随基岩的塌陷而沉陷,从而使地表出现不连续裂陷和台阶状断陷。最后,结合矿区实地情况和沉陷特征,提出煤矸石充填建筑复垦模式和塌陷区煤矸石、粉煤灰充填农林复垦模式是铜川矿区复垦的最佳模式。
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压要料技大学指导教师签名:轰贵荣垂、悯年々月日期:丽裱学位论文独创性说明学位论文作者签名::所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及其取得研究成果。尽我所知,除了文中加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得西安科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。本人完全了解学校有关保护知识产权的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证,毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。保密论文待解密后适用本声明。学位论文作者签名:
髀.√獗尘选题背景及研究意义煤炭等地下矿产资源开采,必将造成采场周围的岩体产生变形和破坏,同时这种变形和破坏还会波及到地表,引起地表沉陷变形U庵直湫纹苹挡仅对矿山工程本身造成影响和危害,还会导致地面建筑物基础开裂、倒塌、甚至整体陷落;造成交通路线扭曲断开;引起水利或农业设施破坏等一系列严重的后果,给工农业生产带来严