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厚黄土覆盖层村镇下条带开采研究

尹士献  
【摘要】:西部地区厚黄土覆盖层条件下地表损害具有它的独特性。长期以来在这一地区广泛地应用条带开采来保护地表建筑物及设施。本文针对这一问题应用数值模拟方法预计开采地表移动变形,确定合理的开采方案。 应用数值模拟方法能否准确预计开采地表移动变形的关键问题是选取合适的理论模型、计算方法和计算参数的确定。本文根据蒲白矿区白水河下条带开采的地表移动观测成果,应用FLAC3D进行反演模拟计算、参数拟合,确定了在蒲白矿区同类采矿地质条件下的数值模拟理论模型及煤(岩)体物理力学参数。 条带开采煤柱稳定性分析也是关键问题之一。长期以来煤柱的稳定性分析集中在静态受力分析上。煤柱受到采动影响后,煤柱强度有所降低,虎克-布朗准则能较为准确的反映煤(岩)体这一行为力学特性。但FLAC3D中没有明确给出虎克-布朗准则的理论计算模型。本文通过推导,给出了莫尔-库仑准则和虎克-布朗准则力学参数之间的换算公式。在利用虎克-布朗准则确定粘结力和摩擦角时,需用到最小主应力,但在计算过程中最小主应力是一个变量,这就用到了FLAC3D内部函数功能,动态提取最小主应力,动态的改变材料属性。另外,煤柱的稳定性也与顶底板的相对移动方向有关。由于受采动的影响顶板有向采空区中心移动的趋势,在煤层和顶板之间形成了剪切力,这种剪切力的直接作用结果是在煤层的上部形成了拉压应力区和中性区;而在煤层的下部,底板和煤柱的相对移动方向与顶板和煤柱的相对移动方向反向,所以在煤柱的下部所形成的拉压应力区和中性区与煤柱上部的拉压应力区和中性区成非对称分布。本文用FLAC3D模拟了西固村镇下条带开采煤柱的动态受力过程,由数值模拟结果判定西固村镇下条带开采,按倾向变条带预确定方案,煤柱具有动态受力稳定性和长期稳定性。 开采系统、覆岩组合系统及地面保护系统是开采地表损害的一个相关的整体系统,特别是覆岩中的关键控制层对于西部厚黄土覆盖层条件下的开采损害更具特殊意义。本文应用FLAC3D简单模拟分析了在西固采矿地质条件下关键层的控制作用。 通过对白水河观测成果反演模拟,确定了合适的理论模型及计算参数,应用FLAC3D数值模拟分析了煤柱的稳定性及全盆地地表移动变形规律,结合相似材料模拟和影响函数预计,给出了西固村镇下倾向变条带协调开采方案。


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