山区地形对采动建筑物的影响及保护煤柱留设研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:greattomliu
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煤炭资源的大规模开采促进了国民经济的发展和人民生活的改善,但随之而来的开采沉陷问题对矿区建(构)筑物和生态环境造成了严重的破坏,影响到矿区人民的正常生活。因而开采沉陷一直是一个备受人们关注的问题。我国大约有三分之一以上的煤矿位于山区,山区地表移动变形特征受地形因素的影响,与平地有明显区别。如果将现有的平地开采沉陷理论完全应用到山区必然会产生较大误差,从而极可能使得矿区内地表建筑物规划和井下保护煤柱留设不合理,造成地表建筑物在不同程度上的破坏。因此研究山区地表移动变形规律及保护煤柱留设对山区地表建筑物的保护有重要意义。本文从理论分析和实测研究两方面着手,分析了地形引起的滑移附加变形对采动建筑物的影响。同时,以山西某矿地质条件为基础,通过Midas GTS数值模拟软件建立了不同坡度及不同开采位置相互组合条件下的山区开采沉陷模型,对不同坡度影响下的地表移动变形特征进行了系统分析研究。在此基础上建立了移动角与地表坡度的一元线性回归模型,为山区地面建筑物保护煤柱设计参数的合理选择提供了参考,并通过山西某矿保护煤柱留设实例,验证了坡度影响下的移动角计算公式的可靠性。论文主要研究成果如下:1.建筑物位于山谷位置或变坡点时,采动滑移引起的变形较为严重,建筑物极易受到破坏;建筑物位于山顶时,采动滑移引起的变形较小,建筑物较为安全。2.地表坡度是影响山区地表移动变形的重要因素。地表坡度越大,采动滑移对地表移动变形的影响越大,变化趋势越明显。3.山区地表移动与变形分布曲线不再具有对称性;五种移动变形曲线中,地形对下沉分布曲线形态的影响最小;与竖直方向相比,水平方向的移动变形对地形的变化更为敏感。4.山区地表移动变形规律与采空区和坡体的相对位置有关。采空区位于山脚时,采动滑移主要影响下坡部位;采空区位于坡体正下方时,采动滑移对下坡部位地表移动的影响比上坡部位更明显;采空区位于坡顶正下方时,采动滑移主要影响上坡部位。5.地表发生连续的移动变形时,移动角与地表坡度之间存在显著线性关系。倾斜方向与下沉盆地方向相同时,移动角随地表坡度增加线性递减,下沉盆地移动边界向外偏移;斜坡倾斜方向与下沉盆地方向相反时,移动角随地表坡度增加线性递增,下沉盆地移动边界向内偏移。
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