上行开采数值模拟层间岩层控制层岩层移动瞬变电磁法论文

1、垮落法残采区上行开采层间岩层移动变形规律数值模拟研究【摘要】 两层煤之间的层间岩层结构及其移动规律是上行开采可行性判定和制定开采控制措施的重要依据。原有的上行开采研究基本停留在利用层间距判断上行开采可行性的阶段,没有考虑上行开采的动态过程,因此只有对上、下煤层开采共同作用下层间岩层,尤其是控制层的应力及移动变形规律进行研究,才能完整的描述上行开采岩层移动的本质过程,对上行开采可行性进行判定,并在此基础上制定上行开采的岩层控制措施。本文在工程实践基础上,应用连续介质快速拉格朗日差分法建立模型,在自重荷载形成初始应力场作用下进行模拟施工,并设置监控点监控模型应力及位移量。模拟结果表明：下层煤采后,

2、控制层形成以两侧实体煤为弹性支承的梁结构,应力沿梁连续传递,形成应力拱,控制层之下岩层所受压应力相对较小,并与控制层间发生离层；上行开采初期,原外应力拱拱脚处应力由上层煤采场上部新形成的梁结构承担,造成上层煤采面前支撑压力集中,并随采面向前移动,该支撑压力由内应力拱承担并转移给拱脚,内应力拱也随采面前移；上行开采过程中,控制层在支撑压力作用下向下移动,而控制层下部的岩层在自重及水平方向应力作用下移动；在垂直方向压应力随上层煤采面向前移动之后,控制层转为横向移.更多还原【Abstract】 The structure, movement and deformation of rock strat

3、a 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 should

4、 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.更多还原 【关键词】 上行开采； 数值模拟； 层间岩层； 控制层； 岩层移动； 瞬变电磁法； 【Key words】 Upward Mining； Numerical Simulation； Rock Strata between Coal Seams； Control Layer； Strata Mo

5、vement； Transient Electromagnetic Method； 摘要 3-5 Abstract 5-7 第一章 绪论 11-23 1.1 研究意义 11-12 1.2 上行开采国内外研究现状 12-16 国外上行开采研究现状 12-14 国内上行开采研究现状 14-16 1.3 采场上覆岩层移动变形规律研究现状 16-20 研究现状 16-17 采场上覆岩层移动变形规律研究方法 17-20 1.4 本文研究内容及其研究方法 20-23 第二章 垮落法残采区上行开采数值分析方法及模型建立 23-35 2.1 概述 23 2.2 连续介质快速拉格朗日差分法 23-25 2.3

6、垮落法残采区上行开采数值模拟求解过程 25-28 导数的有限差分近似 25-26 运动方程 26 应力、应变及节点不平衡力 26-27 垮落法残采区数值模型计算流程 27-28 2.4 垮落法残采区上行开采数值模拟机理 28 2.5 垮落法残采区上行开采数值模型建立 28-33 研究区概况 28-30 数值模型计算条件及参数选取 30-31 数值模型边界条件 31-32 工程实际数值模型建立及监控点布设 32-33 2.6 本章小结 33-35 第三章 垮落法残采区上行开采层间岩层结构分析 35-41 3.1 概述 35 3.2 长壁采空区上覆岩层结构分析 35-37 长壁采空区上覆岩层的动态

7、演化结构 35-36 长壁采空区上覆岩层的稳定结构 36-37 3.3 垮落法残采区上行开采层间岩层结构研究 37-39 3.4 本章小结 39-41 第四章 垮落法残采区上行开采层间岩层应力分析 41-55 4.1 概述 41-42 4.2 未进行上行开采时模型应力变化分析 42-45 未进行上行开采时模型X方向应力变化分析 42-43 未进行上行开采时模型Z方向应力变化分析 43-45 4.3 上行开采过程中层间岩层X方向应力变化分析 45-47 4.4 上行开采过程中岩层Z方向应力变化分析 47-50 上行开采过程中岩层Z方向应力变化分析 47-48 上行开采过程中监控点Z方向应力变化分

8、析 48-50 4.5 上行开采过程中应力拱的变化分析 50-52 上层煤横向应力变化分析 50-51 上行开采过程中外应力拱变化分析 51 上行开采过程中内应力拱变化分析 51-52 上行开采过程中新应力拱的形成 52 4.6 本章小结 52-55 第五章 垮落法残采区上行开采层间岩层移动变形规律分析 55-81 5.1 概述 55 5.2 上行开采未进行时岩层移动变形规律分析 55-58 上行开采未进行时岩层X方向移动变形规律分析 55-57 上行开采未进行时岩层Z方向移动变形规律分析 57-58 5.3 上行开采过程中岩层Z方向移动变形规律 58-60 上行开采过程中监控点Z方向移动变形

9、规律 58-59 上行开采完成后层间岩层的移动变形规律 59-60 5.4 上行开采过程中岩层X方向移动规律 60-63 上行开采过程中监控点X方向的移动规律 61-62 上行开采过程中层间岩层X方向的移动规律 62-63 5.5 控制层与非控制层移动变形规律对比 63-65 5.6 上行开采前后层间岩层的离层分析 65-68 5.7 层间岩层控制层的存在对岩层移动的影响分析 68-76 方案二、三模型建立及其监控点布设 68-70 模型二、三应力分析 70-73 模型二、三层间岩层移动变形规律分析 73-76 5.8 白家庄矿36703工作面钻探工作 76-77 白家庄矿36703工作面概况及钻孔布置 76 钻探结果及开采实践 76-77 5.9 本章小结 77-81 第六章 瞬变电磁法探测层间岩层完整性的探讨 81-95 6.1 概述 81 6.2 勘探区概况 81-84 6.3 地球物理勘探方法的选择 84-85 6.4 瞬变电磁法