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采空区地面沉降规律模拟研究

李其锐  
【摘要】:当今社会的发展对矿体资源的需求量越来越大,同时,矿山开采所引起的地面沉降对人类生活所带来的灾害愈发严重,因此,对于开采引起的地面沉降问题,加强开展采空区地面沉降规律的研究是必要的,有着很高的理论意义和实用价值。 本文通过利用数值计算方法,对吉林省蛟河市富阳煤矿采空研究区进行模拟研究,得出地表变形位移情况,说明采空区地面塌陷分布特征,进而分析总结地面沉降规律,采空区地面变形主要以缓慢变形为主,地表最大下沉位移和最大水平位移呈对称性分布,与概率积分法计算出的数据结果基本吻合,为地表的相关工程建设提供合理的参考依据。 当然,我们不仅要知道煤层开挖前后的地表变形规律,还需要对影响地表变形规律的主要因素进行深入的了解,只有这样才能更好的预计各种条件的采空区引起的地表变形情况。影响采空区地表变形的因素有很多,本文选取了采空区上覆岩层力学性质、岩层层位,采空区埋藏深度、厚度、采空区深厚比,采空区所在煤层倾角这些重要的影响因素进行分析。借助FLAC3D软件,设计理想模型,采用摩尔-库仑模型,对这些因素分别作了单一分析,得出各自对地表变形的影响规律: (1)岩层的层位是指岩层之间的组合关系。层位对岩层和地表变形有很大的影响,不同的岩层组合会使地表所产生的地表变形效果不同。通过分析,我们得出,在其他条件相同的情况下,采空区上覆岩层为坚硬岩层的地表变形值小于上覆岩层为软弱岩层的地表变形值。 (2)随着采空区所在煤层倾角的增大,地表下沉位移等值线出现不对称现象,上山方向位移逐渐减小,地表最大下沉位移值偏向下山方向,地表水平负位移区域减小,最大水平负位移绝对值在减小。 (3)对于煤层厚度固定的采空区,随着采空区开采深度的增加,也就是说,随着深厚比的增大,地表最大下沉位移和水平位移逐渐减小,采空区对地表的影响也就越小;对于煤层埋深固定的采空区,随着采空区开采厚度的增加,也就是随着深厚比的减小,地表最大下沉位移和水平位移逐渐增大,对地表变形的影响程度必然有所增加;对于深度和厚度均不相同,但其深厚比值相同的采空区,随着采空区的深度和厚度的增大,地表沉降位移在逐渐平缓增大,可见采空区的厚度比采空区的深度对地表沉降位移的影响要略大一些。 掌握了这些规律,对于我们预防和减少由采空区地面沉降引起的地质灾害有着重大意义。


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