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基于异速生长理论的采动覆岩离层时空分布规律与沉陷模型研究

胡晓阳  
【摘要】:随着煤矿产业的不断发展,矿山开采沉陷造成的损害日益严重。在煤炭开采过程中,采动覆岩离层作为一种必然现象,其生长发展过程对开采沉陷起着重要的影响作用。因此,建立采动覆岩离层与地表沉降之间的关系模型,研究采动覆岩离层的时空分布规律,分析离层生长发展的异速特性,能够进一步认识和完善开采沉陷理论,为其提供重要的理论指导意义和工程实用价值。本文以沉积煤系地层中的采动覆岩离层为分析对象,结合异速生长理论,利用相似材料模拟实验、RFPA数值模拟等方法,研究了开采沉陷与离层的时空分布规律之间的关系。主要研究成果如下:(1)煤层的开采过程中,离层的生长状态受到上下位岩层沉降速率差的影响,当离层上位岩层的下沉速率小于下位岩层,离层处于起裂、发展阶段,当离层上位岩层的下沉速率大于下位岩层,离层处于闭合阶段,并逐渐被压实。(2)煤层采出后形成采空区,开采空间在地层中向上转移,层层传递最终波及地表形成地表沉陷,其在地层中便以离层空间的形式存在。离层的生长状况也会对地表沉降造成一定的影响,煤层停采后大量离层进入闭合阶段,地表沉降也逐渐趋于稳定。(3)采动覆岩离层在各阶段内的生长速率各不相同,体现出异速特性。离层起裂后进入发展阶段,此时处于正异速生长状态,其长度与宽度逐渐增大直至最大值,之后离层进入负异速生长状态,其长度不再变化,宽度逐渐减小,离层开始闭合。(4)基于异速生长理论,对开采过程中离层宽度的生长状况进行研究,根据地层中各空间的等量转换过程,得出采动覆岩离层与地表沉降之间的关系,建立基于采动覆岩离层异速生长的地表沉降模型。


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