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《河南理工大学》 2011年
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小浪底库区采空区稳定性研究

赵忠明  
【摘要】:本文以小浪底水库淹没区附近的新安矿区采空区为实验背景。研究采空区遭受库水的浸泡、冲掏和溶蚀条件下引起的上覆岩层的稳定性以及地表移动变形破坏规律。 在对库区煤岩进行饱水状态下的物理力学性质测定后,得出围岩在饱水状态的物理力学参数及不同含水率煤样的抗剪强度与垂直应力关系曲线,为库区采空区相似模拟试验及数值分析提供数据支持。 相似材料模拟实验以新安县王家沟村的一处采空区为原型条件,研发了液力模拟煤层开采系统来模拟不同采区尺寸上覆岩层的移动变形规律,以及由于采空区经受反复的水流冲掏和溶蚀,致使采空区侧壁及煤柱的细粒物质被冲刷带走情况下,引起采空区围岩的二次活化。为了精确地观测位移,采用了普通数码照相技术,开发了细微形变位移分析软件CPAnalysis,进行数据采集后的处理。运用分形几何理论,分析采空区“三带”在初次顶板垮落以及二次顶板围岩活化条件下,岩体裂隙发育的差异,建立了覆岩下沉系数与上覆岩层分形维数的相关关系。 运用数值模拟方法研究了王家沟采空区覆岩的稳定性。根据王家沟的地面地形地貌和地下采空区的赋存条件,利用FLAC3D自定义函数功能,建立了三维立体计算模型。模拟小浪底库区蓄水前后覆岩和地表的移动过程,得到了采空区在渗流作用下岩层的移动变形规律。 基于尖点突变理论,分析了不同形式下的采空区的稳定性及采空区失稳时能量的释放机制,对小浪底库区采空区进行分类,将狭窄煤(岩)柱支撑的采空区简化为非对称开采时的力学模型,将采空区跨度几乎相等且有狭窄煤(岩)柱支撑的采空区简化为对称开采时的力学模型。对于留有宽煤柱支撑的采空区,将其简化为条带开采时的力学模型。将模型顶板、煤柱、底板看成一个系统,在简化采空区的基础上,引入了水致弱化函数,研究了在库水渗透及软化作用下的采空区稳定性。
【学位授予单位】:河南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TD325

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