目 ? 錄
第1章 緒論
1.1 選題背景與意義
1.2 國內外研究現狀
1.2.2 國外研究現狀
1.2.2 國內研究現狀
1.3 主要研究內容
1.4 研究技術路線
第2章 研究區情況分析
2.1 礦區工程地質概況
2.2 研究區沉陷情況介紹
2.2.1 移動變形情況
2.2.2 地表下沉角量參數
2.2.3 采動地表裂縫分析
第3章 模型建立
3.1 概念模型
3.2 phase2技術簡介
3.3 phase2模型建立
3.4網格圖建立
3.5 材料屬性設置
3.6 挖掘圖建立
第4章 數值模擬結果分析
4.1 只開挖上層煤覆巖與地表應力場、破壞場及位移場分析
4.1.1 應力場分布規律
4.1.2 破壞場分布規律
4.1.3 位移場分布規律
4.2 煤柱群下重復開采覆巖與地表應力場、破壞場及位移場分析
4.2.1 應力場分布規律
4.2.2 破壞場分布規律
4.2.3 位移場分布規律
第5章 結論與展望
參考文獻
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煤柱群下重復開采覆巖與地表移動變形
數值模擬研究
摘要
建立二維地質開采模型，以礦井特定開采地質條件為工程背景，采用二期有限差分方案，旨在研究煤柱群下地表運動的變形規律以及揭示其形成機理。 反演研究了兩種情況下（僅上層煤開采和煤柱群重復開采）的地下開采對地表和上覆土層的影響，并根據分析得出：上覆土層和地表沉降規律。
(1)只有在開采侏羅系煤層時，覆蓋層和地表之間不會發生明顯的沉降，這是由地質開采條件決定的。在只開采侏羅系煤層的情況下，由于地質開采條件的限制，覆蓋層和地表之間不會出現顯著的沉降。
(2)多次采礦使得煤柱組因為過度覆蓋而進行了地質變化，在此過程中產生了“四帶”的獨特特征，分別為自下而上的落陷帶、斷裂帶、扭曲帶和塌陷帶。
(3)地表沉降系數小，意味著地表下面的地質構造穩定，沉降盆地的范圍較大，容易發生斷層運動及地面變形。我們通過對地質開采條件和相關理論的分析來探究它的形成機理。我們對其形成機制進行了研究，考慮了地質開采條件和相關理論分析。這個研究成果對于類似地質環境下的礦產損害的研究具備一定的指導和參考作用。這項研究成果對于研究地質礦產環境下礦物損害問題有一定的指導和借鑒意義。
關鍵詞：煤柱群；重復開采；模擬研究
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Numerical simulation study on overlying layer and surface deformation under the action of coal pillar group
A two-dimensional geological mining model was established, taking the specific mining geological conditions of the mine as the engineering background, and adopting the second-phase finite difference scheme, aiming to study the deformation law of the surface movement under the coal column group and reveal its formation mechanism. The inversion studies the effects of underground mining on the surface and overlying soil layer in two conditions (only upper coal mining and repeated mining of coal column group), and obtains the law of overlying soil layer and surface settlement according to the analysis.
(1) In order to study the deformation law of overload and surface motion under coal pillar group and reveal its formation mechanism, a three-dimensional geological model is established by using the second phase of finite difference program, and a specific mining geological condition is established as the engineering background.?The overlying laws of soil and surface subsidence under two conditions (only coal mining and repeated mining in the lower part of coal pillar group) are inverted and analyzed. It is concluded that there is no obvious subsidence between overburden and surface under geological mining conditions when only Jurassic coal seam is mined.
(2) When repeated mining under coal pillar group, overload damage constitutes the development characteristic of "four belts", i.e.?e. From bottom to top, there are subsidence zone, fracture zone, bending zone and collapse zone;
(3) The surface settlement coefficient is small and the settlement basin range is large, so the surface settlement is easy to form discontinuous motion deformation.?Based on geological mining conditions and related theories, the formation mechanism is analyzed.?The research results have certain guiding and reference significance for studying mineral risks under similar geological and mineral conditions.
Keywords: coal column group；repeated mining；simulation study
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第1章 緒 論
1.1選題背景與意義
采煤會導致土地覆被和地表沉降，從而破壞礦區的生態和人文環境，進而帶來相應的破壞。我國每開發1萬噸煤，地表沉降面積約為0.2平方公里，而普拜、城河、銅川等部分地區的煤炭勘探區可造成0.42平方公里以上的沉降面積。雖然我國煤炭生產和消費占資源結構的70%左右，但為了滿足當前國民經濟增長的高需求，中國將繼續大規模、高強度地開發煤炭資源。由于在早期采掘工藝和技術設備方面的不足，塔煤采礦方法仍然局限于在淺埋藏煤層的地面上進行挖掘，從而導致采空區域內形成了大量的煤柱。
1.2 國內外研究現狀
1.2.1國外研究現狀 ?
在對列日市（比利時第三大城市）沉降收縮現象進行檢查時發現，工作表面以下的承重礦柱中的建筑材料存在一定的損傷。為了解釋這一現象，戈諾特于1858年根據預壓縮數據建立了“正態理論”，認為傾斜礦層的開挖坍塌向礦層法線方向擴散，它首先不是直接發生在采礦作業面上方，而是發生在采礦作業面的下坡位置上方。該研究基于開采深度較小的數據，無法獲得地表活動數據，因此對地表沉降規律的推測僅限于山下物質。這個理論是有爭議的，因為當時的一些物理學家認為“正常理論”無法解釋這些現象。由于“正常理論”無法解釋這些現象，這個理論在當時引起了許多物理學家的爭論[1]。杜蒙在1871年修改了他的正態方向理論，因為它有一些缺點。他認為該理論僅在礦層傾角小于68°時適用，并提出了W =α的邊坡計算模型。在列日下游地區，Dumont使用水平測量法線來確定柱開采的方向，并使最大沉降收縮值不超過每層厚度的三分之一。他對地表移動盆地的大小和研究表面的相對位置進行了深入分析，并調查了移動盆地的各個組成部分對建筑物的危害。他指出，最具威脅性的地區位于移動盆地的邊緣，那里的不均勻沉降是影響建筑結構的最大因素。因此，他反對在采空區安裝柱子。他以前的一些了解，在目前的建筑物下采礦領域仍具有重要的指導作用[2]。 ? ? ? ??
20世紀以后，通過對土壤脅迫的長期廣泛觀察，土壤開挖中的沉降和收縮研究取得了顯著進展。1903年，Halbaum首次將采空區的上部巖石結構視為懸臂梁，結果發現土表面的應力和曲率與半徑的基本規律成反比。Korten（1907）通過檢查真實數據總結了水平運動和變化的分布。Korten（1907）根據測量數據檢查了水平運動和變化的分布。Fckardt（1913）將石頭的運動過程視為每種石頭的逐層曲線。Lehmann(1919）提出，表面沉降過程類似于一次打褶活動。
在20世紀60年代中期，Lee在對采集的29個斷層影響探測數據進行綜合分析后，發現斷層不僅存在吸附變化的現象，而且其滑移與實際開挖深度也無關。1968年，前蘇聯科學家科列巴耶娃利用鐵絲垂直炮法和同位素殼對巖體運動進行了大規模觀測，獲得了巖石內襯結構運動的數據，并繪制了相應的等高線圖。在同一時期，達爾（1967-1969）、布朗（1968）、波蒂尼（1969）、李·施特勞斯（1969）和奈爾（1969）。采礦收縮過程的數值模擬計算已開始進一步研究[3]。
80年代以來，隨著計算機技術和沉降理論的不斷進步，土體表面沉降收縮變形逐漸向自動化、智能化、可視化方向發展。可用的測量數據可用于預測相應預測模型的基本參數，并計算住宅區任意點的表面變形量。以簡單直觀的圖表呈現淹沒或地面惡化的后果。使用計算方法和相關專業知識創建的專家系統或決策支持系統可以幫助投資決策。
1.2.2 國內研究現狀
從長期開采坍塌理論研究和生產實踐來看，采礦沉陷是一門綜合性學科，涵蓋測繪、采礦、力學、數學、地質、計算等需要跨學科研究和深入分析的學科： ? ? ? ? 在首次對聚落的研究中，中國采用了與其他國家類似的調查學科視角。上世紀50年代，為了研究礦山沉降法，我國開始應用現場測量研究。值得注意的是，在1954年，在每個主要采礦地點建立了十到幾十個移動土壤觀測站。通過收集有關礦區巖層和地表運動的廣泛信息，它可以為創建各種計算方法奠定基礎。1954年，中國在開灤建立了黑鴨天文臺[5]。1957年至1959年，唐山煤炭研究所對棗莊、開灤、淮南、焦作等礦區的10多個地面移動觀測站進行了分析總結，并完成了報告。這是一本關于采礦巖層和地表運動的書，是與北京礦業技術學院、中南礦冶學院和合肥工業大學合作編寫的。該書由煤炭工業出版社于1960年出版，全面介紹了巖石物理力學的性質、觀察方法以及露天和地下采礦巖層運動的結果。書中還采用類似的材料模型實驗研究巖層的運動，并介紹了國內外的相關觀測和新的理論經驗。書中還以我國各主要礦區的實際觀測數據為例進行了敘述。我國的學者為了精確預測沉陷現象，開始通過分析大量礦區沉陷資料，并結合國外的預測理論，進行數學角度的研究，以開發可靠的開采沉陷預測模型[3]。?
中國地質學家除了已經提到的幾點外，還對一些特定的地質條件進行了研究，以便更好地了解定居問題。2009年，崔希民開展研究，分析了地表運動范圍差和不連續變形的影響，基于基巖運動角與斷裂邊坡的關系，考察了斷層對地表運動范圍和不連續變形的影響，并給出了斷層突起通道和裂縫的計算方法[4]。
1.3 主要研究內容
利用有限差分程序建立二維地質開采模型，研究煤柱群下重復開采超載和地表運動的變形規律，并發現其形成機理。 巖層運動和地表運動是相互關聯的。為了更好地研究地表變形規律，有效控制沉降，僅僅研究地表運動規律是不夠的。節理充填沉積、減壓抽氣、水體采煤等開采工程與上覆巖層分離發育密切相關。為了優化注漿減壓氣抽采的鉆井調控，減少鉆井工程量，提高節理填沉降效果和排氣抽氣速度，有必要研究巖層內部運動，以及超載巖分離的動態發展和分布特征。
根據塔山礦第一板塊區8104工作面的地質開采條件，進行數值模擬，考察8104工作面開采對移動變形超載和地表破壞的影響。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的煤柱群下重复开采覆岩与地表移动变形数值模拟研究_kaic的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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