厚松散层下条带开采技术研究PDF电子书下载

1　厚松散层的分布及特征 1

1.1　厚松散层的定义及分布 1

1.2　厚松散层的成分 2

1.3　厚松散层结构、水文地质和工程地质特征 3

1.3.1　厚松散层工程地质层组的划分 3

1.3.2　厚松散层土体结构特征 3

1.3.3　土体结构对孔隙水压力分布和沉积的影响 4

1.3.4　水位下降对超静孔隙水压力及地面沉陷的影响 4

1.4　厚松散层的土体应力—应变分析 4

1.4.1　土体的非线性和非弹性 5

1.4.2　土体塑性体积应变和剪胀性 5

1.4.3　土体固结压力的影响 6

1.5　厚松散层土体的固结 7

1.5.1　厚松散层土体的固结变形 7

1.5.2　比奥固结理论 7

1.5.3　土体固结沉降计算 9

2　厚松散层下开采地表沉陷机理 10

2.1　松散层土体的工程、力学特性 11

2.1.1　松散层土体的地质构成 11

2.1.2　松散层土体的物理、力学性质 11

2.2　采动影响上覆岩土层内的应力分布 12

2.2.1　主应力分布 12

2.2.2　铅直应力分量分布 14

2.2.3　水平应力分量分布 15

2.3　开采沉陷土体变形 15

2.3.1　采动土体孔隙水压力变化 15

2.3.2　采动土体主固结变形 17

2.3.3　黏性土的次固结变形 18

2.4　土层的变形位移 19

2.4.1　土层内部变形情况 19

2.4.2　土层下沉及水平移动 20

3　相似材料模拟研究 21

3.1　相似模拟试验理论概述 21

3.1.1　相似三定理 22

3.1.2　相似准则 22

3.2　相似材料模拟试验设计 23

3.2.1　试验的目的及特殊性 23

3.2.2　相似材料的选取 23

3.2.3　模拟的地质采矿条件 23

3.2.4　模型架及相似系数的确定 24

3.2.5　相似材料配比及用量 25

3.2.6　模型的制作与加载 26

3.2.7　模型观测站的布设与观测 28

3.3　试验结果分析 30

3.3.1　覆岩破坏及三带特征 30

3.3.2　岩层内部下沉系数 31

3.3.3　岩层及地表移动特征 33

3.3.4　下沉盆地形态分析 34

4　厚松散层下开采概率积分法的修正 37

4.1　概率积分法理论 37

4.1.1　随机介质模型 38

4.1.2　开采沉陷随机介质模型基本解 38

4.2　厚松散层情况下模型预计存在的问题 40

4.2.1　试验结果与预计对比 40

4.2.2　实测结果与预计差异 41

4.3　厚松散层下开采预计的概率积分修正模型 43

4.3.1　下沉半盆地形态特征 43

4.3.2　地表移动预计修正模型的建立 43

4.3.3　修正模型预计实施方法 47

5　厚松散层下条带开采地表沉陷主控因素 48

5.1 厚松散层下开采的沉陷特性 48

5.2 开采沉陷的影响因素 49

5.2.1　覆岩力学性质、岩层层位的影响 50

5.2.2　覆岩岩体结构的影响 51

5.2.3　松散层对地表移动特征的影响 53

5.2.4　煤层倾角的影响 53

5.2.5　开采深度和开采厚度的影响 54

5.2.6　重复采动的影响 54

5.2.7　采煤方法和顶板管理方法的影响 55

5.2.8　时间过程的影响 55

5.3　厚松散层下条带开采地表沉陷的主控因素 55

5.3.1　对影响因素的分析 56

5.3.2　主控因素重要性排序 57

6　条带煤柱受力分析及稳定性研究 59

6.1 国内外研究条带开采的历史和现状 59

6.2　条带开采的研究方法 59

6.3 国内外煤柱设计理论综述 59

6.3.1　有效区域理论 60

6.3.2　压力拱理论 62

6.3.3　A.H．威尔逊（WILSON）理论 63

6.3.4　核区强度不等理论 64

6.3.5　大板裂隙理论 65

6.3.6　极限平衡理论 65

6.4　各种理论的优缺点 66

6.5　极限平衡理论计算公式修正 67

6.5.1 引言 67

6.5.2　极限平衡理论综述 67

6.5.3　应用弹性理论建立模型并进行理论推导 69

6.6　条带设计的弹性理论之复变函数模型 76

6.6.1 引言 76

6.6.2　力学分析及相应假设 76

6.6.3　力学模型及理论公式的推导 76

6.6.4　实例验证 86

6.6.5　煤柱的拉断破坏 87

6.6.6　含弱面的煤柱稳定性分析 88

7　条带开采相似模拟试验 90

7.1　相似模型设计 90

7.1.1　模拟原型 90

7.1.2　模型架 90

7.1.3　相似比 90

7.1.4　相似材料配比及用量 90

7.2　模型的制作 91

7.3　模型的加载 92

7.4　模型的开采与观测 94

7.5　试验结果及分析 94

7.5.1　方案Ⅰ模型试验结果及分析 94

7.5.2　方案Ⅱ模型试验结果及分析 95

7.6 总结 97

8　条带煤柱稳定性的数值模拟研究 98

8.1　概述 98

8.2　有限元程序简介及分析 99

8.2.1　有限元法概述 99

8.2.2　有限元法的特点 99

8.2.3　有限元法的解题步骤 100

8.2.4　非线性有限元分析 102

8.2.5　有限元分析程序简介 104

8.3　计算模型的建立 105

8.3.1　建模程序 105

8.3.2　计算模型及结果图形输出 109

8.3.3　关键点应力值 111

8.4　数值模拟结果分析 115

9　厚松散层下条带开采实践 116

9.1　概述 116

9.1.1　采区情况 120

9.1.2　厚松散层的工程地质层组划分 121

9.2　条带开采设计 121

9.2.1　托板的筛选 121

9.2.2　条带开采的优化设计 122

9.2.3　条带开采地表移动和变形预计 124

9.3　条带开采的观测研究 125

9.3.1　开采试验的建站观测 125

9.3.2　条带开采地表移动盆地特征 126

9.3.3　地表移动变形的分布规律和最大值 126

9.4　曲线拟合法求取参数 128

9.4.1　曲线拟合的原理 128

9.4.2　用曲线拟合法求预计参数 130

9.5　移动角量参数特征的研究 131

9.5.1　厚松散层沉积年代对角量参数的影响 131

9.5.2　厚松散层性质对角量参数的影响 131

9.5.3　厚松散层岩层移动角量参数综合分析 132

10　条带开采实测资料分析 133

10.1　永城矿区车集煤矿工程地质概况 133

10.2　开采方案选取与观测站建立 135

10.2.1　井上下情况 135

10.2.2　地表移动变形预计及建筑物损坏分析 135

10.2.3　开采方案 137

10.2.4　试采区的建站观测 138

10.3　厚松散层下条带开采实测资料分析 138

10.3.1　地表移动变形分布规律及最大值 138

10.3.2　概率积分法预计公式 139

10.3.3　传统概率积分法预计结果 140

10.4　修正模型预计 142

10.4.1　岩层移动边界角参数选取 142

10.4.2　修正模型预计结果 143

10.5　厚松散层下条带开采预计参数分析 145

11　重复采动对地表移动的影响 149

11.1　概况 149

11.1.1　重复采动岩层的“活化”机理 149

11.1.2 重复采动地表移动参数宏观上的变化规律 150

11.1.3 国内外重复采动的研究现状和存在的问题 150

11.1.4　重复采动的研究方法 151

11.2　重复采动相似模拟试验研究 152

11.2.1　模型的设计 152

11.2.2　试验结果及分析 155

11.3　重复采动参数研究的灰色系统理论分析 167

11.3.1　灰色系统理论 167

11.3.2　基于重复采动相似模拟试验的灰色预测 170

11.3.3　灰色预测结果分析 175

11.3.4　灰色理论预计开采影响高度方法的不足及纠正思路 176

11.3.5　基于重复采动相似模拟试验的灰色关联分析 177

11.3.6 重复采动地表移动参数的灰色系统理论分析的结论评述 179

附录 181

附录1　相似模型实验观测值（模型1） 181

附录2　相似模型实验观测值（模型2） 182

附录3 相似模型试验Ⅰ初次采动岩层及地表移动实测数据表 183

附录4　相似模型试验Ⅰ重复采动岩层及地表移动实测数据表 184

附录5 相似模型试验Ⅱ初次采动岩层及地表移动实测数据表 185

附录6　相似模拟试验Ⅱ重复采动岩层及地表移动实测数据表 186

附录7　相似模拟试验Ⅲ初次采动岩层及地表移动实测数据表 187

附录8　相似模拟试验Ⅲ重复采动岩层及地表移动实测数据表 188

主要参考文献 189