不同土巖比復合介質(zhì)地表沉陷規(guī)律及預測研究.pdf

1、大量的開采沉陷觀測實踐表明，不同的表土層厚度、基巖厚度、或者表土層和基巖層的厚度比(或稱土巖比)開采條件下，煤礦開采巖層及地表沉陷規(guī)律表現(xiàn)不盡相同，地表移動變形量的大小也不同，對地面造成的損害差異性較大。本文在總結已有研究成果的基礎之上，選擇具備了不同土巖比地質(zhì)特征的大型煤炭企業(yè)潞安集團司馬礦區(qū)、屯留礦區(qū)和五陽礦區(qū)作為實驗基地，通過現(xiàn)場調(diào)研、地表移動變形觀測、相似材料物理模擬、計算機數(shù)值模擬、地面現(xiàn)場實測和理論預測、理論分析等大量工作，

2、系統(tǒng)研究了土巖比復合介質(zhì)煤礦開采條件下巖層及地表移動變形規(guī)律，提出了基于土巖比參數(shù)的地表變形預測方法。
　　 論文的創(chuàng)新點如下：
　　 (1)根據(jù)巖層移動的理論研究和分析，提出了基巖和松散層厚度分級標準，將基巖層分為薄基巖和厚基巖，將松散層也區(qū)分為薄松散和厚松散層。
　　 (2)根據(jù)各煤礦開采區(qū)的地質(zhì)體特征進行了分區(qū)研究，將不同的開采地質(zhì)條件分為厚表土薄基巖(司馬煤礦)、厚表土厚基巖(屯留煤礦)和薄表土厚基巖(五

3、陽煤礦)三個模式。
　　 (3)首次引入土巖比參數(shù)，分析了不同土巖比開采條件下預測方法研究，對常規(guī)的概率積分方法進行了改進，建立了基于土巖比特征參數(shù)的概率積分法預測預計模型。
　　 取得了以下主要成果與結論：
　　 (1)按照松散層厚度和基巖厚度的不同，根據(jù)潞安礦區(qū)的開采特點，將礦區(qū)分為不同土巖復合介質(zhì)的三種類型：①薄表土厚基巖②厚表土薄基巖③厚表土厚基巖，通過對具有典型特征礦區(qū)的開采沉陷觀測站觀測結果表明：基巖

4、厚度決定了地表塌陷的程度及地表破壞的延續(xù)時間，在中硬覆巖情況下，基巖層厚度越薄，地表移動破壞的時間越短；采深采厚一定時松散層厚度決定了地表的影響范圍及破壞程度；
　　 (2)開采沉陷角量參數(shù)和概率積分預測基本參數(shù)與松散層和基巖層厚度比密切相關，現(xiàn)場觀測結果表明，隨松散層厚度的增加，其下沉系數(shù)偏大，邊界角及拐點偏移距較小，而基巖層厚度，則表示出較為相反的特性，因此可以說明在一定的開采深度條件下地表移動變形參數(shù)與土巖比(松散層厚度與

5、基巖厚度比)密切相關。
　　 (3)通過相似材料和數(shù)值模擬分析，揭示了基巖和松散層間的變形耦合關系。當基巖薄、松散層厚時，基巖內(nèi)部難以形成阻止松散層大幅沉降的控制層，且松散層作為載荷緊壓基巖層，整個上覆巖土體表現(xiàn)為松散層緊密基巖層，整體跟隨的一體模式。當基巖較厚時才能在自身內(nèi)部形成承載結構，控制松散層對基巖的載荷破斷作用。
　　 (4)基巖與松散層巖移機理上存在差異，基巖移動變形主要因地下開采向上傳播引起的，而松散層由采

6、動影響引起其自身壓縮造成的；厚松散層內(nèi)部測點的移動軌跡表明松散層隨基巖層呈整體移動特性，開采影響下近似為垂直向上傳播。基巖面移動盆地最大下沉值小于松散層地表的最大下沉值，基巖面移動盆地移動邊界明顯小于松散層地表下沉盆地邊界，且收斂性存在顯著差異。
　　 (5)首次提出土巖比參量，將土巖比參量引入概率積分法，提出了基于土巖比特征的概率積分實用預計方法，針對不同土巖比地質(zhì)特征進行計算檢驗，經(jīng)對司馬、屯留和五陽等礦實測結果和預測結果對