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1、山东科技大学本科毕业设计（论文）1摘要随着经济的发展，对能源的消耗需求日益增加。由于“三下” （尤其建筑物）压煤严重，伴随着煤炭生产规模的扩大和开采技术的提高， “三下”开采已迫在眉睫，这对生产安全提出了很大的挑战；同时，对防范灾害的意识的增强和对防护措施的加大，使人们开始重视研究采动地表动态沉陷的预计理论及方法。越来越多的新理论被应用于开采沉陷预测中来。在众多的数值模拟软件中，FLAC数值模拟软件在模拟非线性、大变形或动态问题时更加有效。本文对开采沉陷动态过程机理、预计方法等方面的研究现状进行了论述，并使用FLAC2D软件对地表下沉数值进行模拟同时与实测数据进行比较，探讨地表下沉系数与采厚、
2、采深的关系。结论是下沉系数随采深增大而减小，呈现线性表现；采厚与下沉系数呈非线性关系，随着采厚的增加，下沉系数逐渐减小。关键词：下沉系数，采厚，采深，数值模拟，开采沉陷。山东科技大学本科毕业设计（论文）2AbstractWith the development of economy, the energy consumption demand is increasing. Due to the mining under three bodies (especially buildings) Serious, with the expansion of the scale and improve
3、 of technology, the mining under three bodies is imminent, this is a huge challenge for production safety; while, with the enhancement of disaster awareness and increase of prevention measures, the prediction theories and methods of surface dynamics subsidence by mining begin draw peoples attention
4、increasingly. More and more new theory was applied to predict mining subsidence. In many of the numerical simulation software, FLAC is most effective when applied to nonlinear or large-strain problems, or to situations in which physical instability may occur. The study status of the dynamic process
5、mechanism of mining subsidence and prediction methods were discussed, and use flca2d software to simulation the surface subsidence data, then compare with the measured data, the relationship of surface subsidence coefficient and mining height or mining depth was discussed. The Conclusion is the subs
6、idence coefficient decreases with the increase of mining depth, nearly linear change; with the increase of mining height, the subsidence coefficient decreases with a nonlinear relationship.Keywords: subsidence coefficient mining height mining depth numerical simulation subsidence factor.山东科技大学本科毕业设计
7、（论文）3目录1 绪论 .11.1 课题研究目的和意义 .11.2 国内外开采沉陷数值模拟研究历史和现状 .11.3 论文研究内容 .32 模拟矿区地质条件 .52.1 模拟矿区地质条件 .52.2 可采煤层顶底板条件 .102.3 实验模拟矿区综述 .113 FLAC 数值模拟实验 .133.1 FLAC 软件介绍和下沉系数简介 .133.2 数值模拟实验 .153.3 成图结果及分析 .213.4 模拟方案举例 .334 总结 .37参考文献 .38致谢 .40附录 1.41附录 2.48山东科技大学本科毕业设计（论文）11 绪论1.1 课题研究目的和意义矿山资源的大规模开发和利用给人类带
8、来了巨大的经济效益和社会效益，同时也对人类生存环境产生了一系列影响，其中，矿山开采沉陷是其中最重要的问题。矿山开采引起了地表移动和变形，直接的影响了下沉地区范围内的建筑物、河流、铁路、管道及其它构筑物，改变甚至破坏它们原有的状态。地表沉陷也会破坏地形、地貌产生，影响农业耕种、景观和矿区地面生态环境。在中国，开采沉陷使东部平原矿区的耕地大量破坏，西部矿区的水土流失和沙漠化不断加剧，南部和西南部矿区的山体滑坡现象越来越严重。这所有的一系列问题不仅给国家和企业带来了巨大损失，同时还对矿区及周边生态环境产生较大的负面影响。因此，开采沉陷的防治是一项极其重要的工作。开采沉陷的防治问题不仅关系到煤炭企业能
9、否持续发展，而且也直接影响到国民经济是否健康的进行可持续发展。因此，进行煤炭开采沉陷的研究，具有重要的理论意义和现实意义。在如何减少地表沉陷造成的损失的工作中，对地表下沉的预测是一项卓有成效的工作，其中下沉系数是表征开采地表移动规律的重要参数。然而各矿区在地质条件和采掘条件上多有差异，故下沉系数的确定也不尽相同，这就为预测地表变形增加了难度，因而确定下沉系数与煤矿开采条件的关系成为了一项重要的工作。确定更精确的下沉系数就意味着能更好的预测下沉值，就能在经济上更加有效益，在安全方面更加有保障。同时，这项工作也切实可行，对矿区安全工作影响很大，具有很重要的意义。1.2 国内外开采沉陷数值模拟研究历
10、史和现状1.2.1 开采沉陷的概念煤炭从地下被开采出来后，原始应力状态遭到破坏，导致应力重新分布，从而达到新的平衡状态。在此山东科技大学本科毕业设计（论文）2过程中，岩体产生下沉、变形、移动，向上波及地表，形成地表移动盆地，从而对地物造成破坏，这就是开采沉陷。开采沉陷的分布规律取决于地质和采矿因素的综合影响。自然地质因素包括煤层厚度、倾角、埋藏厚度、松散层厚度、构造因素、物理力学和化学性质等；采矿技术因素包括采出煤量、采空区的位置、开采厚度、巷道尺寸、开采方法、顶板管理方法、开采系统、工作面推进速度、选择开采等。1.2.2 国外开采沉陷研究历史与现状开采沉陷对人类的生产、生活影响较突出和较早被
11、人们认识的应该算是地表移动和地下水的流失。由于工业和经济的发展导致对能源需求的大幅度增加，“三下”开采逐渐被提上日程，在如何最大限度地开采地下矿藏，同时又能有效地保护目标，成为人们日益关注的课题。纵观开采沉陷的形成和发展过程，可分成三个阶段:第一阶段:开采沉陷在人类开始开采地下资源时就被观察到了。早在 15世纪，关于允许开采深度的问题就已被比利时人写进了法律。18世纪下半叶，人们已经能够对移动范围进行估计，这就是“法线理论”和“自然斜面理论”。第二阶段:第二次世界大战后，工业革命的迅速发展增加了对煤炭的需求，采矿业成为工业国家重要的基础产业。由于受开采技术和装备的限制，多在浅部开采，因而，开采沉陷问题非常突出。这一问题受到了政府和国民的重视，许多学者开始对开采沉陷计算进行了深入探索。第三阶段：随着计算机技术的发展，岩层和地表移动计算的数学模型和技术发展很快。从上世纪
