采動(dòng)巖層與地表移動(dòng)的“四帶”模型研究.pdf

1、開采引起的采動(dòng)損害與環(huán)境問題日益突出,煤礦“綠色開采”已成為科學(xué)采礦發(fā)展的方向。掌握開采引起的巖層與地表移動(dòng)的數(shù)學(xué)規(guī)律和力學(xué)機(jī)理,建立“巖層垮落—巖層移動(dòng)變形—地表沉陷”一體化的巖層和地表移動(dòng)的數(shù)學(xué)力學(xué)模型,實(shí)現(xiàn)巖層與地表移動(dòng)的整體預(yù)計(jì),對(duì)豐富開采沉陷控制理論、促進(jìn)開采沉陷實(shí)踐具有重要的意義。
　　本文采用理論分析、數(shù)學(xué)建模、相似模擬和實(shí)測(cè)驗(yàn)證等手段,對(duì)水平、近水平煤層開采條件下,采動(dòng)巖層與地表移動(dòng)的數(shù)學(xué)力學(xué)模型進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。

2、
　　通過總結(jié)巖層與地表移動(dòng)的特征、規(guī)律以及二者之間的關(guān)系,基于“巖層垮落—巖層移動(dòng)變形—地表沉陷”一體化的研究思路,對(duì)各巖層移動(dòng)帶的特征進(jìn)行了描述,將裂隙帶劃分為“似連續(xù)帶”和“塊體鉸接帶”,提出了巖層移動(dòng)的“冒落帶、塊體鉸接帶、似連續(xù)帶、彎曲下沉帶”四帶劃分,給出了各移動(dòng)帶之間的巖移傳遞條件及各帶高度的確定方法,建立了巖層與地表移動(dòng)的總體框架模型。
　　基于冒落帶形成過程,考慮冒落帶巖石碎脹系數(shù)的時(shí)間效應(yīng)和巖石散體空隙率

3、,采用分形幾何方法對(duì)冒落帶高度的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了描述。針對(duì)塊體鉸接帶巖層的非連續(xù)特征和塊體鉸接特性,采用DDA法建立塊體鉸接帶巖層移動(dòng)的數(shù)學(xué)力學(xué)模型,并給出了具體計(jì)算流程。考慮裂隙發(fā)育對(duì)巖石單軸抗壓強(qiáng)度的影響以及巖石彈性模量與單軸抗壓強(qiáng)度的關(guān)系,推導(dǎo)出了彈性模量與裂隙發(fā)育之間分形幾何關(guān)系,建立似連續(xù)帶巖層的彈性薄板移動(dòng)模型。對(duì)彎曲下沉帶,考慮關(guān)鍵層效應(yīng),提出彎曲下沉帶內(nèi)單一巖層下沉移動(dòng)的橢球臺(tái)模型及其各巖層移動(dòng)的疊加準(zhǔn)則,建立了彎曲下沉帶