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古城煤矿深部厚煤层条带开采煤柱稳定性及对村庄的影响研究

作　者: 刘贵
导　师: 张华兴；徐乃忠
学　校: 煤炭科学研究总院
专　业: 采矿工程
关键词: 大采深厚煤层条带开采煤柱稳定性突变理论塑性区宽度开采沉陷建筑物下
分类号: TD823
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

条带开采作为“三下”采煤的重要措施之一,在我国煤矿区被广泛应用,但大采深厚煤层条带开采的应用刚刚起步,有许多问题值得研究。本文就条带开采中的煤柱稳定性问题,主要是针对深部条带开采的稳定性、破坏变形机理及地表变形特征进行了相应的研究。在对条带煤柱受力分析的基础上,针对水平煤柱,利用突变理论建立了水平条带煤柱的突变破坏失稳理论模型,对条带开采煤柱的稳定性及破坏失稳的非线性过程进行了探索研究;根据关键层的破坏变形与控制理论,讨论了条带开采的极限采宽与关键层极限跨距的关系;在分析现有条带煤柱塑性区宽度计算方法的基础上,通过数值模拟研究,对深部厚煤层条带开采的煤柱塑性区宽度进行了模拟分析,得出了适合研究区具体地质和开采条件下的塑性区宽度计算公式;另外,对不同采深条带开采地表沉陷进行了模拟分析,结合相同采出率不同采宽条件下的模拟研究,得出了大采深厚煤层条带开采地表沉陷的特征,为深部条带开采的优化设计提供了理论基础。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-17
  1.1 论文研究的目的和意义  8-9
  1.2 开采沉陷理论的发展及研究现状  9-11
    1.2.1 开采沉陷理论的发展历史  9-10
    1.2.2 我国开采沉陷理论的研究现状  10-11
  1.3 条带开采的研究历史和研究现状  11-13
    1.3.1 条带开采在国外的研究与应用  11
    1.3.2 条带开采在国内的研究与应用  11-12
    1.3.3 条带开采地表移动变形机理和预计方法研究现状  12-13
  1.4 条带煤柱稳定性研究现状  13-15
    1.4.1 煤柱的载荷  13-14
    1.4.2 煤柱强度理论  14
    1.4.3 煤柱尺寸设计  14-15
    1.4.4 煤柱稳定性分析  15
  1.5 问题的提出及本文研究的主要内容  15-16
  1.6 研究方法  16-17
2 研究区概况  17-25
  2.1 古城煤矿开采条件概述  17
  2.2 古城煤矿21 采区概况  17-19
    2.2.1 采区位置  17
    2.2.2 地质构造  17
    2.2.3 煤层及岩层  17-18
    2.2.4 地面建（构）筑物概况  18-19
    2.2.5 21 采区条带工作面开采地表移动观测  19
  2.3 煤岩体的物理、力学性质参数选取  19-23
    2.3.1 煤岩试样的物理力学实验  19-20
    2.3.2 煤岩体力学计算参数选取与修正  20-23
  2.4 本章小结  23-25
3 条带煤柱稳定性及其破坏失稳的理论模型研究  25-45
  3.1 条带煤柱的受力分析  25-31
    3.1.1 条带煤柱弹塑性变形区及应力分布  25-26
    3.1.2 煤柱强度与煤柱极限强度  26-29
    3.1.3 煤柱塑性区宽度的计算  29-30
    3.1.4 研究区条带煤柱承受荷载的计算  30-31
  3.2 条带煤柱稳定性影响因素分析  31-34
    3.2.1 地质因素  31-32
    3.2.2 采矿因素  32-33
    3.2.3 条带煤柱本身的力学性质  33-34
    3.2.4 研究区条带煤柱稳定性影响因素分析  34
  3.3 条带煤柱的流变失稳理论与模型  34-38
    3.3.1 煤岩的流变特性  34-36
    3.3.2 煤岩的流变模型  36-37
    3.3.3 模型稳定性分析  37-38
  3.4 水平条带煤柱破坏失稳的突变理论模型  38-43
    3.4.1 突变理论的研究方法  38-39
    3.4.2 水平煤层条带煤柱的力学模型  39-40
    3.4.3 煤柱破坏失稳的尖点突变模型  40-43
    3.4.4 条带煤柱破坏失稳机理分析  43
  3.5 本章小结  43-45
4 大采深宽厚条带开采地表沉陷的理论分析  45-50
  4.1 条带开采地表下沉系数的影响因素分析  45-47
  4.2 宽条带厚煤层开采关键层的控制作用及机理分析  47-49
    4.2.1 关键层的特征  47
    4.2.2 关键层的破坏变形与控制机理  47-49
  4.3 研究区条带开采地表沉陷影响因素分析  49
  4.4 本章小结  49-50
5 大采深厚煤层条采煤柱稳定性及地表沉陷的数值模拟分析  50-91
  5.1 数值模拟方法概述及FLAC 有限差分程序简介  50-52
    5.1.1 数值模拟方法概述  50
    5.1.2 FLAC 有限差分法简介  50-51
    5.1.3 数值模拟软件 FLAC~(3D)简介  51-52
  5.2 数值模拟模型的建立  52-55
    5.2.1 数值模拟模型的确定  52-54
    5.2.2 边界条件的确定  54
    5.2.3 煤岩体物理力学参数与破坏准则  54-55
  5.3 模拟方案  55
  5.4 数值模拟结果及分析  55-89
    5.4.1 条带煤柱塑性区宽度模拟结果及分析  55-78
    5.4.2 地表沉陷与各影响因素的模拟结果及分析  78-89
  5.5 本章小结  89-91
6 主要结论与展望  91-94
  6.1 主要结论  91-92
  6.2 主要创新点  92
  6.3 研究展望  92-94
参考文献  94-99
致谢  99

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