陜北煤層開(kāi)采覆巖變形數(shù)值仿真模擬研究.pdf

1、陜北煤炭分布區(qū)位于鄂爾多斯盆地中東部，區(qū)內(nèi)煤炭資源儲(chǔ)量豐富、煤質(zhì)優(yōu)良、地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，是一個(gè)亟待大規(guī)模開(kāi)發(fā)的地區(qū)。目前開(kāi)采主要集中在埋藏深度小于100m的淺埋煤層，由于煤層埋深淺，采高比大，當(dāng)前的開(kāi)采已經(jīng)給礦區(qū)造成了不可忽視的影響，主要表現(xiàn)為：①煤層上覆巖層完整性遭到嚴(yán)重破壞，引發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害；②破壞水煤資源的共生關(guān)系，改變礦區(qū)水資源循環(huán)條件，使陜北地區(qū)水資源短缺狀況進(jìn)一步加劇；③礦區(qū)生態(tài)、人居環(huán)境呈惡化趨勢(shì)。如何解決這些問(wèn)題已成為政府、

2、學(xué)者及民眾關(guān)注的焦點(diǎn)。 本論文分析了陜北煤炭分布區(qū)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)條件，查明了目前煤炭開(kāi)采現(xiàn)狀及誘發(fā)的水文、生態(tài)、環(huán)境問(wèn)題，分析陜北煤炭分布區(qū)煤層開(kāi)采覆巖變形的影響因素及覆巖變形機(jī)理；同時(shí)以地質(zhì)模型為基礎(chǔ)，利用ANSYS及RFPA軟件對(duì)陜北煤炭分布區(qū)煤炭開(kāi)采后覆巖的破壞情況進(jìn)行模擬分析，總結(jié)覆巖移動(dòng)變形規(guī)律，研究獲得以下成果： (1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及室內(nèi)分析，初步查明了陜北煤炭開(kāi)采誘發(fā)的水文、生態(tài)、環(huán)境問(wèn)題；

3、 (2)分析了陜北煤炭分布區(qū)煤層埋藏特征和空間組合形態(tài)，根據(jù)大面積分布的沙一基型剖面，選擇典型工作面，在分析頂板基巖厚度與埋深、開(kāi)采采厚與媒層采空區(qū)、覆巖巖性、采煤方法特征等基礎(chǔ)上，構(gòu)建了空間地質(zhì)模型； (3)通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果中可以看出，覆巖破壞的過(guò)程主要為：離層-斷裂-跨落，覆巖呈臺(tái)階狀下沉。對(duì)于基巖比較薄，松散載荷層厚度比較大的淺埋煤層(模型I)，采高越低，覆巖的破壞程度越小，采高4m時(shí)，地表下沉量最大為1.816