《（环境管理）资源环境与城乡规划管理毕业论文下载》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（环境管理）资源环境与城乡规划管理毕业论文下载（66页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、I 白家庄矿采煤沉陷预测及治理研究 摘要摘要 随着煤炭资源的开采 越来越多的土地因为采空区塌陷而遭到破坏 威胁到地表 人群的生产生活安全 也对生态环境造成很大破环 因此有必要对采煤沉陷区进行预 测 防治研究 本文以白家庄矿 36703 工作面上方的地表为研究对象 根据工作面上方顶板的地 质采矿条件 分别采用概率积分法和三维快速拉格朗日有限差分法 FLAC3D 数值模 拟 对受开采影响的地表移动和变形进行静态和动态预测 获得了地表的下沉值 下 沉范围 预测结果表明 在地表移动和变形预测方面 概率积分法和 FLAC3D 数值模 拟都是可行的 作为一种三维显式有限差分法的数值分析工具 FLAC3D
2、在采煤沉陷 模拟预测方面具有广阔的应用前景 其直观 动态的分析将丰富采煤沉陷移动与变形 的研究 本文最后根据概率积分法和 FLAC3D 数值模拟的预测结果 结合矿区的实际 提 出了土地复垦和生态重建的治理方法 对于沉陷治理工作 提出了要从源头防治的措 施 应采用更合理的采煤方式防止沉陷发生 关键词 预测 概率积分法 FLAC3D 数值模拟 地表移动和变形 土地复垦 II A study of mining subsidence prediction and management on Bajiazhuang coal Abstract With the exploitation of coal
3、 resources an increasing number of land due to subsidence of mined out area was destroied The subsidence seriously threats to the ground productive and life safety of people but also destroied ecological environment Therefore it is necessary for mining subsidence to research prediction and controlli
4、ng This paper takes ground above 36073 working face of baijiazhuang coal as an example According to the geological and mining conditions of 36703 working face it static and dynamic predicts the displacement and deformation of surface with the probability integral method and Fast Lagrangian Analysis
5、of Continua in 3 Dimensions numerical simulation with FLAC3D respectively Results of prediction pointed out the value of the ground subsidence the subsidence area It shows that the probability integral method and numerical simulation with FLAC3D are feasible on predicting displacement and deformatio
6、n of the ground But as a three dimensional explicit finite difference analysis tool the application in simulation and prediction mining subsidence has broad application prospect Its visualized and dynamic analysis will be rich in the study which predicts the displacement and deformation of mining un
7、der ground Finally according to the predicted results of the probability integral method and numerical simulation with FLAC3D the treatment of the land reclamation and ecological reconstruction was used For controlling work of subsidence the better ways to prevent the subsidence occurred in coal min
8、ing is using reasonable mining methods to prevent subsidence from source Key words Prediction Probability integral method Numerical simulation with FLAC3D Ground displacement and deformation Land Reclamation III 目录 摘要 I ABSTRACT II 1 绪论 1 1 1 问题的提出及研究意义 1 1 2 国内外沉陷预测与治理研究现状 2 1 2 1 国内外沉陷预测研究现状 2 1 2
9、 2 国内外沉陷治理研究现状 4 1 3 沉陷治理存在的问题 6 1 4 本次研究采用的理论和主要研究内容 6 2 沉陷预测方法 概率积分法 7 2 1 概率积分法 7 2 1 1 随机介质理论基本原理 7 2 1 2 下沉盆地 9 2 1 3 单元水平移动 11 2 2 预计公式 13 2 2 1 半无限开采时地表移动盆地走向主断面的移动和变形的预计 13 2 2 2 有限开采时地表移动盆地走向主断面的移动和变形 14 2 2 3 有限开采地表盆地倾向主断面移动和变形预计 15 2 2 4 地表任意点移动和变形预计公式 17 2 3 计算参数的选取 18 2 4 本章小结 19 3 采煤沉陷
10、治理方法 20 3 1 矿区土地复垦 20 3 1 1 复垦土地平整技术 20 3 1 2 梯田式复垦技术 21 3 1 3 充填复垦技术 23 3 1 4 挖深垫浅和直接利用法 25 3 2 沉陷控制工程 25 3 2 1 采煤沉陷控制技术 25 3 2 2 井下回填 26 3 2 3 注浆处置 27 3 3 本章小结 27 4 白家庄煤矿采煤沉陷预测研究 28 IV 4 1 白家庄煤矿基本概况 28 4 2 白家庄煤矿开采沉陷预测 28 4 2 1 地表移动预测参数的选取 28 4 2 2 预测结果 29 4 3 沉陷预测分析 36 4 3 1 最大沉陷值分析 36 4 3 2 沉陷面积分
11、析 37 4 3 3 沉陷剖面分析 38 4 4 本章小结 40 5 白家庄矿采煤沉陷预测分析方法 FLAC3D 模拟 41 5 1 三维快速拉格朗日法综述 41 5 1 1 拉格朗日法简介 41 5 1 2 FLAC3D 软件的主要特点 41 5 2 白家庄矿 36703 工作面顶板移动变形 FLAC3D 模拟研究 42 5 2 1 计算条件 42 5 2 2 地表沉陷分析 43 5 3 本章小结 51 6 白家庄矿的沉陷治理研究 52 6 1 地表沉陷影响分析 52 6 2 沉陷区生态修复 土地复垦 53 6 2 1 修复方案 53 6 2 2 方案设计 54 6 3 煤矿开采沉陷控制新技
12、术 58 6 4 本章小结 58 7 结论和展望 59 7 1 结论 59 7 2 论文不足与展望 60 参考文献 61 致谢 63 1 1 1 绪论绪论 1 11 1 问题的提出及研究意义问题的提出及研究意义 地下煤层被采出后 采空区周围的岩体的原始应力平衡状态遭到破坏 应力要重 新分配 达到平衡 在这个过程中 岩层和地表会发生连续的下沉和移动 这种现象 称为 开采沉陷 Mining subsidence 1 沉陷是井下煤田开采对土地破坏的主要形 式 沉陷地面一般占井下煤田开发区总土地破坏面积的 80 以上 2 我国的煤炭工业以井下开采为主 绝大多数是长壁工作面 全陷落法管理顶底板 再 加上
13、开采强度开采规模的日益加大 开采方式和工作面结构参数优化不合理 小煤矿 的不规范开采等影响 致使采煤区地面沉陷比较严重 据调查统计 每从地下开采 1 万 t 煤约使 1000 3000m2的土地遭受不同程度的沉陷 全国因采矿活动形成的采空区面积 约 80 96 万公顷 引发地面沉陷面积 35 22 万公顷 3 每年增加 200km2 2 表 1 1 是我国部分矿区不完全统计的采煤沉陷分布表 4 表 1 1 我国部分矿区采煤沉陷分布表 矿区名称沉陷区面积 km2 抚顺16 89 古交66 09 鹤壁64 38 鸡西193 济宁126 67 六盘水78 21 阜新101 38 山西 10 个矿区
14、1084 886 辽源23 37 鹤岗63 73 随着煤矿开采范围的扩大 越来越多的土地会受到破坏 沉陷也会对矿区的居民 2 生活带来威胁 矿区大面积的土地破坏 不仅影响到居民的生命财产安全 也对当地 的生态环境造成极大的破坏 而且这种破坏极有可能是无法恢复的 所以对于采煤造 成的地面沉陷 治理工作就显得十分必要 这关乎到矿区居民的生产生活 也关乎到 矿区的生态环境 对于煤矿的正常生产也十分重要 同时沉陷区的治理工作也要有章 可循 要根据采空区范围预测可能的沉陷区范围 结合预测做好治理工作 本文将结合白家庄矿的 36703 工作面的资料 预测工作面采煤后对地面的影响 并结合预测做好沉陷区的治理
15、与防治工作 1 21 2 国内外沉陷预测与治理研究现状国内外沉陷预测与治理研究现状 1 2 11 2 1 国内外沉陷预测研究现状国内外沉陷预测研究现状 采矿沉陷预测研究的历史仅仅有一百多年历史 各国学者提出了一系列的预测方 法 采煤沉陷的预测方法大体有三类 以实验和观测资料为依据建立的预测模型 主要是根据观测资料和观测结果 结合一些采煤的采掘参数所建立的模型 观测资料 来源于特定矿区 结果也只对调查区域有效 根据沉陷影响范围提出的预测模型 一般是对于预测矿区进行观测 利用观测资料与类似地质条件下的自然沉陷进行比较 得出一个比率系数 进行沉陷预测 该预测方法应用有限 比率系数很难确定 自然 沉陷
16、也主要受地球力学和地质影响 建立数学 物理模型 根据力学原理计算顶板 变形和沉陷发展 这类模型可以给出计算结果 5 国内较为常用的方法主要有两种 概率积分法和典型曲线法 1 概率积分法 随机介质理论 6 概率积分法的依据是非连续介质力学理论 将岩体看成是由无穷多个单元堆积而 成 从单元随机移动出发研究岩体的移动过程 把岩体看成完全的松散单元 又加设 小单元性质与岩体无关 从而将覆岩和地表移动与岩体本身的固有属性分离 概率积分法没有考虑岩体结构的特性 且利用的预计参数没有力学意义 岩体结 构复杂时误差较大 但由于其避开了岩体的内在特性 概率积分法适用简便 在岩体 结构表现为简单的层状性质时计算结果符合实际 在生产实践中广泛使用 3 2 典型曲线法 1 典型曲线法是用无因次的典型曲线表示移动盆地主断面上的移动和变形曲线的一 种方法 它适用于矩形或近似矩形的采区的地表移动变形预计 应用典型曲线法的步骤如下 对实测资料进行数据处理 建立用地质采矿数据求取预计参数和地表移动变形 最大值的经验公式 根据各观测站的实测资料 建立适用各种地质采矿条件的反映移动或变形分布 情况的典型曲线 根据要预测的开
