急傾斜煤層采動覆巖移動模式及其應(yīng)用

前言

　　開采沉陷學(xué)是礦山測量的一個傳統(tǒng)學(xué)科分支，是專門研究地下資源開采引起地表和巖層移動與變形現(xiàn)象及其相關(guān)問題的科學(xué)。開采沉陷問題自19世紀(jì)末開始得到人們的關(guān)注，20世紀(jì)30年代在采煤先進的國家如波蘭、德國等把巖層與地表移動作為重要的研究工作進行開展。在20世紀(jì)50～60年代，它作為一門新興的學(xué)科得到迅速的發(fā)展。近幾十年來，開采沉陷學(xué)在巖層與地表移動觀測、地表沉陷規(guī)律、地表移動理論模型和預(yù)計方法、巖層與地表移動動態(tài)過程與可視化、地表沉陷控制與恢復(fù)治理等方面取得了豐碩的成果，并在實踐中得到了應(yīng)用。?　　研究開采沉陷問題對我國來說有著非常重要的意義，因為煤炭資源是我國的主要能源，已探明總儲量在9000×10^8t以上，含煤面積55萬多平方公里，是世界上煤炭資源最豐富的國家之一，在以后相當(dāng)長的時間內(nèi)煤炭資源仍占我國能源需求的70%以上，對地下各種賦存條件煤炭資源的開采將是一項長期的任務(wù)。我國煤炭資源的分布也十分廣泛，平原、丘陵、山區(qū)的地下蘊藏著豐富的煤炭資源，據(jù)原煤炭部1982年不完全統(tǒng)計，我國僅統(tǒng)配煤礦的生產(chǎn)礦井“ 三下”壓煤就達137.9×10^8t，其中急傾斜或大傾角煤層的開采在全國重點煤礦區(qū)有20處100多個，急傾斜或大傾角煤炭儲量約占全國煤炭儲量的15%～20%，特別是在我國的西部礦區(qū) 50%以上礦井開采的是急傾斜煤層。因此，加強對開采沉陷特別是急傾斜（大傾角）煤層開采沉陷變形機理的研究，有利于探索其內(nèi)部固有的客觀規(guī)律，為地表沉陷的預(yù)計、控制、治理、復(fù)墾、恢復(fù)提供理論依據(jù)，對我國煤炭工業(yè)的發(fā)展、社會的穩(wěn)定和諧、生態(tài)環(huán)境的保護具有重大的現(xiàn)實意義和深遠的社會意義，也是保證我國西部能源戰(zhàn)略實施、煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展不容忽視的重大研究課題。

內(nèi)容概要

　　《急傾斜煤層采動覆巖移動模式及其應(yīng)用》共8章，主要內(nèi)容包括：急傾斜煤層采動覆巖移動的力學(xué)模式和變形機理；基于薄板復(fù)合層狀介質(zhì)理論建立的相應(yīng)的力學(xué)理論模型；相似材料模擬實驗和數(shù)值模擬對覆巖的移動和變形研究，以及相似材料模擬實驗中采用的最先進的三維激光掃描觀測技術(shù)和Open GL三維可視化建模技術(shù)；用數(shù)值模擬的方法系統(tǒng)研究急傾斜煤層覆巖復(fù)雜組合模式下的變形規(guī)律，并建立三維數(shù)值分析模型；基于VC編程語言開發(fā)的地表巖移觀測數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)。?　　《急傾斜煤層采動覆巖移動模式及其應(yīng)用》可供從事采礦工程、礦山測量和工程力學(xué)等研究的科技人員參考。

書籍目錄

1 緒論?1.1 開采沉陷研究的意義?1.2 開采沉陷研究的歷史沿革與現(xiàn)狀?1.3 急傾斜煤層開采沉陷研究現(xiàn)狀?1.4 研究問題的提出?1.5 主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線?1.6 小結(jié)?2 急傾斜煤層開采巖層移動的力學(xué)模式?2.1 急傾斜煤層開采及賦存特點?2.2 急傾斜煤層開采巖層移動的特征?2.3 急傾斜煤層開采巖層移動的結(jié)構(gòu)?2.4 急傾斜煤層開采巖層移動的力學(xué)模式?2.4.1 彈性巖板的力學(xué)模型?2.4.2 “廠”型移動拱極限跨距及其穩(wěn)定性?2.5 小結(jié)?3 急傾斜煤層復(fù)合巖層移動模型?3.1 復(fù)合層狀介質(zhì)理論?3.2 “廠”型移動拱復(fù)合層狀巖層下沉公式的建立?3.2.1 復(fù)合巖層連續(xù)開采巖層下沉公式?3.2.2 “廠”型移動拱復(fù)合巖層下沉公式的建立?3.2.3 “廠”型移動拱復(fù)合巖層下沉公式參數(shù)分析?3.3 “廠”型移動拱復(fù)合巖層的移動與變形?3.4 “廠”型移動拱復(fù)合巖層應(yīng)力分析?3.5 急傾斜煤層開采地表下沉公式分析?3.6 “廠”型移動拱復(fù)合巖層計算模型的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換?3.7 小結(jié)?4 急傾斜煤層開采相似材料模擬實驗?4.1 基本原理?4.2 相似材料配制的判據(jù)?4.3 實驗?zāi)Ｐ驮O(shè)計?4.3.1 相似參數(shù)的確定?4.3.2 相似材料配比?4.3.3 模型設(shè)計?4.4 實驗觀測方法設(shè)計?4.4.1 透鏡觀測法測定位移精度?4.4.2 三維激光掃描儀測定精度?4.5 實驗?zāi)Ｐ烷_采方案?4.6 急傾斜煤層開采相似材料模擬實驗結(jié)果分析?4.6.1 急傾斜煤層開采巖層的破壞與移動?4.6.2 急傾斜煤層開采地表移動特征與規(guī)律分析?4.7 基于三維激光掃描系統(tǒng)的實驗觀測與數(shù)據(jù)處理?4.7.1 三維激光掃描系統(tǒng)測量原理?4.7.2 CyraX2005三維激光掃描儀實驗觀測?4.7.3 三維激光掃描實驗數(shù)據(jù)的處理?4.7.4 三維激光掃描實驗數(shù)據(jù)結(jié)果分析?4.7.5 三維激光掃描系統(tǒng)實驗觀測的優(yōu)點?4.8 基于Open GL相似材料實驗三維模擬系統(tǒng)開發(fā)?4.8.1 相似材料模擬概述?4.8.2 相似材料三維仿真模型簡介?4.8.3 Open GL三維仿真工具簡述?4.8.4 模擬系統(tǒng)開發(fā)過程?4.8.5 Open GL繪圖環(huán)境的設(shè)置?4.9 小結(jié)?5 急傾斜煤層采動覆巖變形機理數(shù)值模擬?5.1 概述?5.2 急傾斜煤層開采2D數(shù)值計算模型與方案?5.2.1 急傾斜煤層開采覆巖變形數(shù)值計算模型?5.2.2 數(shù)值模擬計算方案?5.3 急傾斜煤層開采2D數(shù)值計算結(jié)果分析?5.3.1 單一煤層開采覆巖變形機理分析?5.3.2 單一煤層開采地表移動規(guī)律?5.3.3 多煤層開采地表移動規(guī)律?5.4 急傾斜煤層采動覆巖巖層組合效應(yīng)?5.5 傾斜煤層不同傾角開采數(shù)值模擬?5.6 急傾斜煤層開采三維數(shù)值模擬?5.6.1 三維數(shù)值模型的建立?5.6.2 三維數(shù)值模擬結(jié)果分析?5.7 小結(jié)?6 應(yīng)用實例分析?6.1 趙各莊礦巖移觀測?6.1.1 趙各莊礦觀測站布置及煤層地質(zhì)條件概況?6.1.2 趙各莊礦急傾斜煤層開采與地表移動參數(shù)?6.2 基于“廠”型移動拱復(fù)合巖層理論的實例計算?6.3 實際觀測與理論計算、實驗?zāi)M結(jié)果分析?6.4 小結(jié)?7 急傾斜煤層開采地表變形實測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)?7.1 概述?7.1.1 地表與巖層移動觀測的目的、任務(wù)、數(shù)據(jù)整理7.1.2 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法及其優(yōu)點?7.1.3 ODBC 技術(shù)簡介?7.1.4 MFC的主要功能?7.2 編程思想和體系結(jié)構(gòu)?7.3 模塊設(shè)計過程?7.3.1 圖形界面模塊設(shè)計?7.3.2 數(shù)據(jù)庫模塊設(shè)計?7.3.3 圖形輸出模塊設(shè)計?7.3.4 動態(tài)模擬模塊設(shè)計?7.4 小結(jié)?8 結(jié)論與展望?8.1 結(jié)論?8.2 主要創(chuàng)新點?8.3 展望?參考文獻

章節(jié)摘錄

　　2．4．2“廠”型移動拱極限跨距及其穩(wěn)定性　　急傾斜煤層開采所形成的“廠”型移動拱形態(tài)，移動拱的大小和穩(wěn)定性是由其組成結(jié)構(gòu)所決定的。由于移動拱是由上位巖層形成“廠”型移動拱的左拱腳，而水平橫梁拱腳是由下位巖層的沒有破壞的上段巖層組成。為了研究問題的簡化，可將移動拱的大小與穩(wěn)定性分為兩部分考慮，將左拱的形成看成是薄巖板變形與穩(wěn)定的結(jié)果，而頂部的水平橫梁看作巖梁受力穩(wěn)定的結(jié)果，通過兩拱腳的受力情況來得到整個移動拱的穩(wěn)定?！　摹皬S”型移動拱所形成的結(jié)構(gòu)來看，采空區(qū)空間的形成主要有兩個方面：一個是“廠”型移動拱左拱腳上覆巖層的穩(wěn)定；一個是水平橫梁拱支撐自重和左拱推力下能夠保持穩(wěn)定，可見整個“廠”型移動拱的穩(wěn)定則包括這兩個方面?！　榱搜芯繂栴}的簡化和反映急傾斜煤層地表沉陷的特點，通過對“廠”型移動拱左拱極限跨距的分析，得到“廠”型移動拱的法向拱高；對“廠”型移動拱水平橫梁下部砌體拱小結(jié)構(gòu)分析可以很好地解釋塌陷坑和塌陷漏斗的形成原因。對于“廠”型移動拱左拱腳的上覆巖層來說，由于水平橫梁對直接頂上端的支撐，從而直接頂巖板的穩(wěn)定是由巖板的極限跨距決定的。

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