采動巖層與地表移動的“四帶”模型研究.pdf

1、開采引起的采動損害與環(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的數(shù)學(xué)規(guī)律和力學(xué)機理,建立“巖層垮落—巖層移動變形—地表沉陷”一體化的巖層和地表移動的數(shù)學(xué)力學(xué)模型,實現(xiàn)巖層與地表移動的整體預(yù)計,對豐富開采沉陷控制理論、促進開采沉陷實踐具有重要的意義。
　　本文采用理論分析、數(shù)學(xué)建模、相似模擬和實測驗證等手段,對水平、近水平煤層開采條件下,采動巖層與地表移動的數(shù)學(xué)力學(xué)模型進行了系統(tǒng)的研究。

2、
　　通過總結(jié)巖層與地表移動的特征、規(guī)律以及二者之間的關(guān)系,基于“巖層垮落—巖層移動變形—地表沉陷”一體化的研究思路,對各巖層移動帶的特征進行了描述,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)的時間效應(yīng)和巖石散體空隙率

3、,采用分形幾何方法對冒落帶高度的動態(tài)變化進行了描述。針對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的數(shù)學(xué)力學(xué)模型,并給出了具體計算流程?？紤]裂隙發(fā)育對巖石單軸抗壓強度的影響以及巖石彈性模量與單軸抗壓強度的關(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模型。對彎曲下沉帶,考慮關(guān)鍵層效應(yīng),提出彎曲下沉帶內(nèi)單一巖層下沉移動的橢球臺模型及其各巖層移動的疊加準則,建立了彎曲下沉帶