断层影响下煤炭开采沉陷地质环境响应数值模拟

论文摘要

近年来,用数值模拟软件模拟复杂地质模型是矿区地质响应的热点,也是矿区环境综合治理和煤矿安全生产的保障。因为矿区地质及开采过程中监测资料的匮乏,针对复杂地质条件下开采引发地质环境响应国内外还没有形成成熟的理论体系。因此,通过数值软件模拟复杂地质条件下煤炭开采的应用于研究以及对矿区环境的综合治理有着重要意义。本文在国内外采煤沉陷区因开采引发的地质环境响应研究的基础资料,总结理论方法,研究分析复杂地质条件下的开采后应力的重新分布、断层活化和地表环境响应。以新集二矿F02逆断层下盘11-2煤层开采地表响应为目的,对研究区进行室外实地调研、收集地质资料,室内进行数值模拟分析,从多角度对复杂地质条件下煤炭开采沉陷地质环境响应分析和研究,得到以下几个方面认识:（1）受断层倾角的影响,矿区应力重新分布,应力主要集中位于断层上盘底部的位置。模型垂直应力的集中程度随着断层倾角的增大而减小,但都大于没有断层时的最大垂直应力。（2）受断层的影响,断层下盘工作面逐步推进至断层时,垂直应力主要集中在工作面的两端,当工作面推进到断层影响的区域时,力传递到断层和上盘位置,停采线处顶板垂直应力逐渐减小,在断层不同倾角条件下,停采线处顶板垂直应力为σ（30°）>σ（45°）>σ（0°）>σ（60°）>σ（75°）。（3）在不同倾角的逆断层下盘逐步推进的过程中,断层面上切向应力和法向应力的值是在不断变化的。当切向应力的主导作用大于切向应力的时候,断层上面会有活化滑移的趋势,当切向应力的主导作用足够大的时候,断层会产生剪切滑移,断层的活化滑移分为积累期、形成期、破坏期3个发育阶段。（4）在不同倾角的逆断层条件下,工作面逐渐向断层推进过程中,地表下沉盆地基本呈现对称规律。有断层条件下的最大下沉值要大于没有断层的地表下沉值,且随着断层倾角的增大,在超充分开采条件下,对地表的下沉影响更小。（5）通过地表移动变形分析,在距断层较远的切眼方向的地表变形和移动基本不受断层的影响,在断层附近的地表受断层倾角变化比较明显。通过地表倾斜变形和曲率变形,可以得出有断层面上地表斜坡相对没有断层一侧更平缓。地表水平变形规律的分析结果表明,有断层一侧地表水平变形的峰值要小于没有断层的那一侧。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 选题背景和研究意义
•     1.1.1 选题背景
•     1.1.2 研究意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 采动应力研究现状
•     1.2.2 断层活化研究现状
•     1.2.3 地表沉陷研究现状
•     1.2.4 存在问题和发展趋势
•   1.3 研究内容、研究方法和技术路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 研究方法
•     1.3.3 技术路线
•     1.3.4 主要工作量
• 第二章 研究区概况
•   2.1 新集二矿概况
•   2.2 井田地质
•     2.2.1 地层
•     2.2.2 构造
•     2.2.3 煤层
• 第三章 断层下煤炭开采沉陷地质环境响应
•   3.1 数值模型和模型参数
•     3.1.1 数值模拟方案
•     3.1.2 数值模型参数
•   3.2 模型验证
•   3.3 工作面推进过程中垂直应力的变化
•     3.3.1 倾角为60°度的逆断层下盘开采垂直应力变化
•     3.3.2 各倾角断层顶板支撑应力的变化规律
•   3.4 本章小结
• 第四章 断层下煤炭开采断层活化环境响应
•   4.1 采动诱发断层损伤滑移演化特征
•   4.2 断层应力演化特征实验方案
•   4.3 不同倾角逆断层下盘工作面推进断层面上应力演化规律
•   4.4 逆断层滑移危险性
•     4.4.1 不同倾角逆断层滑移危险性
•     4.4.2 倾角对断层面上滑移量的影响规律
•   4.5 本章小结
• 第五章 断层下煤炭开采沉陷地表环境响应
•   5.1 地表下沉演化规律
•     5.1.1 地表下沉值
•     5.1.2 最大下沉值和下沉系数
•     5.1.3 地表倾斜变形和曲率变形
•   5.2 水平移动演化规律
•     5.2.1 水平移动值
•     5.2.2 水平变形值
•   5.3 本章小结
• 第六章 新集二矿采煤沉陷区地表环境变化
•   6.1 采煤沉陷区地表环境变化研究现状
•   6.2 研究区域地表环境变化
•   6.3 本章小结
• 第七章 结论与展望
•   7.1 主要结论
•   7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 闵飞虎

导师: 袁亮,向必伟

关键词: 断层活化,采动应力,地表移动变形,数值模拟,新集二矿

来源: 安徽大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,矿业工程,环境科学与资源利用

单位: 安徽大学

分类号: TD327;X141

总页数: 58

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