1、垮落法殘采區(qū)上行開采層間巖層移動(dòng)變形規(guī)律數(shù)值模擬研究【摘要】 兩層煤之間的層間巖層結(jié)構(gòu)及其移動(dòng)規(guī)律是上行開采可行性判定和制定開采控制措施的重要依據(jù)。原有的上行開采研究基本停留在利用層間距判斷上行開采可行性的階段,沒有考慮上行開采的動(dòng)態(tài)過程,因此只有對(duì)上、下煤層開采共同作用下層間巖層,尤其是控制層的應(yīng)力及移動(dòng)變形規(guī)律進(jìn)行研究,才能完整的描述上行開采巖層移動(dòng)的本質(zhì)過程,對(duì)上行開采可行性進(jìn)行判定,并在此基礎(chǔ)上制定上行開采的巖層控制措施。本文在工程實(shí)踐基礎(chǔ)上,應(yīng)用連續(xù)介質(zhì)快速拉格朗日差分法建立模型,在自重荷載形成初始應(yīng)力場(chǎng)作用下進(jìn)行模擬施工,并設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)監(jiān)控模型應(yīng)力及位移量。模擬結(jié)果表明：下層煤采后,

2、控制層形成以兩側(cè)實(shí)體煤為彈性支承的梁結(jié)構(gòu),應(yīng)力沿梁連續(xù)傳遞,形成應(yīng)力拱,控制層之下巖層所受壓應(yīng)力相對(duì)較小,并與控制層間發(fā)生離層；上行開采初期,原外應(yīng)力拱拱腳處應(yīng)力由上層煤采場(chǎng)上部新形成的梁結(jié)構(gòu)承擔(dān),造成上層煤采面前支撐壓力集中,并隨采面向前移動(dòng),該支撐壓力由內(nèi)應(yīng)力拱承擔(dān)并轉(zhuǎn)移給拱腳,內(nèi)應(yīng)力拱也隨采面前移；上行開采過程中,控制層在支撐壓力作用下向下移動(dòng),而控制層下部的巖層在自重及水平方向應(yīng)力作用下移動(dòng)；在垂直方向壓應(yīng)力隨上層煤采面向前移動(dòng)之后,控制層轉(zhuǎn)為橫向移. 更多還原【Abstract】 The structure, movement and deformation of rock

3、 strata between coal seams are the key factor of the feasibility study in upper mining and working on control measure. Original theory and traditional methods base the feasibility of upper mining mostly on the vertical spacing of coal seams, but not dynamic process of upper mining. Consequently, we

4、should strengthen the study on the movement and deformation of the rock strata between coal seams, only in this way can intrinsic process of upward minin. 更多還原 【關(guān)鍵詞】 上行開采； 數(shù)值模擬； 層間巖層； 控制層； 巖層移動(dòng)； 瞬變電磁法； 【Key words】 Upward Mining； Numerical Simulation； Rock Strata between Coal Seams； Control Laye

5、r； Strata Movement； Transient Electromagnetic Method； 摘要 3-5 Abstract 5-7 第一章 緒論 11-23 1.1 研究意義 11-12 1.2 上行開采國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 12-16 1.2.1 國外上行開采研究現(xiàn)狀 12-14 1.2.2 國內(nèi)上行開采研究現(xiàn)狀 14-16 1.3 采場(chǎng)上覆巖層移動(dòng)變形規(guī)律研究現(xiàn)狀 16-20 1.3.1 研究現(xiàn)狀 16-17 1.3.2 采場(chǎng)上覆巖層移動(dòng)變形規(guī)律研究方法 17-20 1.4 本文研究?jī)?nèi)容及其研究方法 20-23 第二章 垮落法殘采區(qū)上行開采數(shù)值分析方法及模型建立 23-35 2.

6、1 概述 23 2.2 連續(xù)介質(zhì)快速拉格朗日差分法 23-25 2.3 垮落法殘采區(qū)上行開采數(shù)值模擬求解過程 25-28 2.3.1 導(dǎo)數(shù)的有限差分近似 25-26 2.3.2 運(yùn)動(dòng)方程 26 2.3.3 應(yīng)力、應(yīng)變及節(jié)點(diǎn)不平衡力 26-27 2.3.4 垮落法殘采區(qū)數(shù)值模型計(jì)算流程 27-28 2.4 垮落法殘采區(qū)上行開采數(shù)值模擬機(jī)理 28 2.5 垮落法殘采區(qū)上行開采數(shù)值模型建立 28-33 2.5.1 研究區(qū)概況 28-30 2.5.2 數(shù)值模型計(jì)算條件及參數(shù)選取 30-31 2.5.3 數(shù)值模型邊界條件 31-32 2.5.4 工程實(shí)際數(shù)值模型建立及監(jiān)控點(diǎn)布設(shè) 32-33 2.6 本章

7、小結(jié) 33-35 第三章 垮落法殘采區(qū)上行開采層間巖層結(jié)構(gòu)分析 35-41 3.1 概述 35 3.2 長壁采空區(qū)上覆巖層結(jié)構(gòu)分析 35-37 3.2.1 長壁采空區(qū)上覆巖層的動(dòng)態(tài)演化結(jié)構(gòu) 35-36 3.2.2 長壁采空區(qū)上覆巖層的穩(wěn)定結(jié)構(gòu) 36-37 3.3 垮落法殘采區(qū)上行開采層間巖層結(jié)構(gòu)研究 37-39 3.4 本章小結(jié) 39-41 第四章 垮落法殘采區(qū)上行開采層間巖層應(yīng)力分析 41-55 4.1 概述 41-42 4.2 未進(jìn)行上行開采時(shí)模型應(yīng)力變化分析 42-45 4.2.1 未進(jìn)行上行開采時(shí)模型X方向應(yīng)力變化分析 42-43 4.2.2 未進(jìn)行上行開采時(shí)模型Z方向應(yīng)力變化分析 4

8、3-45 4.3 上行開采過程中層間巖層X方向應(yīng)力變化分析 45-47 4.4 上行開采過程中巖層Z方向應(yīng)力變化分析 47-50 4.4.1 上行開采過程中巖層Z方向應(yīng)力變化分析 47-48 4.4.2 上行開采過程中監(jiān)控點(diǎn)Z方向應(yīng)力變化分析 48-50 4.5 上行開采過程中應(yīng)力拱的變化分析 50-52 4.5.1 上層煤橫向應(yīng)力變化分析 50-51 4.5.2 上行開采過程中外應(yīng)力拱變化分析 51 4.5.3 上行開采過程中內(nèi)應(yīng)力拱變化分析 51-52 4.5.4 上行開采過程中新應(yīng)力拱的形成 52 4.6 本章小結(jié) 52-55 第五章 垮落法殘采區(qū)上行開采層間巖層移動(dòng)變形規(guī)律分析 55-

9、81 5.1 概述 55 5.2 上行開采未進(jìn)行時(shí)巖層移動(dòng)變形規(guī)律分析 55-58 5.2.1 上行開采未進(jìn)行時(shí)巖層X方向移動(dòng)變形規(guī)律分析 55-57 5.2.2 上行開采未進(jìn)行時(shí)巖層Z方向移動(dòng)變形規(guī)律分析 57-58 5.3 上行開采過程中巖層Z方向移動(dòng)變形規(guī)律 58-60 5.3.1 上行開采過程中監(jiān)控點(diǎn)Z方向移動(dòng)變形規(guī)律 58-59 5.3.2 上行開采完成后層間巖層的移動(dòng)變形規(guī)律 59-60 5.4 上行開采過程中巖層X方向移動(dòng)規(guī)律 60-63 5.4.1 上行開采過程中監(jiān)控點(diǎn)X方向的移動(dòng)規(guī)律 61-62 5.4.2 上行開采過程中層間巖層X方向的移動(dòng)規(guī)律 62-63 5.5 控制層與

10、非控制層移動(dòng)變形規(guī)律對(duì)比 63-65 5.6 上行開采前后層間巖層的離層分析 65-68 5.7 層間巖層控制層的存在對(duì)巖層移動(dòng)的影響分析 68-76 5.7.1 方案二、三模型建立及其監(jiān)控點(diǎn)布設(shè) 68-70 5.7.2 模型二、三應(yīng)力分析 70-73 5.7.3 模型二、三層間巖層移動(dòng)變形規(guī)律分析 73-76 5.8 白家莊礦36703工作面鉆探工作 76-77 5.8.1 白家莊礦36703工作面概況及鉆孔布置 76 5.8.2 鉆探結(jié)果及開采實(shí)踐 76-77 5.9 本章小結(jié) 77-81 第六章 瞬變電磁法探測(cè)層間巖層完整性的探討 81-95 6.1 概述 81 6.2 勘探區(qū)概況 81-84 6.3 地球物理勘探方法的選擇 84-8