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开采沉陷的动态过程模型研究 

  • 【作 者】: 刘玉成
  • 【出 版 社】: 中南大学出版社
  • 【出版时间】: 2013-03-01
  • 【ISBN】: 978-7-5487-0821-6
  • 【字 数】: 200(千字)                 【页 码】: 156(页)
  • 【定 价】: ¥35(元)                 【开 本】: 16开
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内容简介

本书以长壁工作面采煤引起的岩层移动和地表沉陷为主要研究对象, 采用现场观测、 数值模拟、 理论分析、 数学建模、 实测验证等手段, 对开采沉陷的动态过程进行了深入的研究和有益的探讨, 提出了一种长壁式布置工作面开采煤层引起的地表沉陷盆地及走向和倾向主断面下沉曲线的拟合函数模型; 建立了基于关键层及薄板理论的地表沉陷盆地力学模型; 修正了knothe地表沉陷区观测点的时间序列拟合函数; 建立了主断面沉陷曲线的动态模型。

本书可供开采沉陷及特殊采矿方法研究的科研人员及煤矿工程技术人员参考, 也可作为高等院校采矿工程、 测量工程、 地质工程等专业的本科生及研究生的参考书。

目 录

第1章 开采沉陷动态过程模型研究意义及现状(1)
1.1 开采沉陷动态过程模型的研究意义(1)
 1.2 地表沉陷观测研究现状(5)
 1.3 岩层移动规律研究现状(8)
 1.4 开采沉陷的数值模拟研究现状(9)
1.5 开采沉陷的相似模型研究现状(11)
 1.6 地表沉陷观测点下沉量时间序列研究现状(12)
 1.7 开采沉陷动态过程模型研究思路及方法(14)
第2章 基于观测资料的沉陷曲线拟合研究(18)
2.1 概率积分预计模型及其评价(18)
 2.2 近水平煤层开采引起的地表沉陷盆地拟合模型(20)
 2.3 常用的主断面沉陷曲线拟合函数简介(25)
 2.4 走向主断面沉陷曲线拟合研究(26)
 2.5 倾向主断面沉陷曲线拟合研究(30)
 2.6 主断面沉陷曲线拟合函数应用实例(35)
 2.7 小结(38)
第3章 基于关键层及薄板理论的沉陷盆地模型(40)
 3.1 建模的理论基础(40)
 3.1.1 关键层理论(40)
 3.1.2 薄板理论(44)
 3.2 缓倾斜煤层开采引起的沉陷盆地模型(46)
 3.2.1 建模思想及步骤(46)
 3.2.2 不考虑关键层下卧岩层反力的沉陷盆地模型(47)
 3.2.3 考虑关键层下卧岩层反力的沉陷盆地模型(51)
 3.3 倾斜煤层开采引起的地表沉陷盆地模型(53)
 3.3.1 不考虑关键层下卧岩层反力的沉陷盆地模型(53)
 3.3.2 考虑关键层下卧岩层反力的沉陷盆地模型(57)
 3.4 小结(59)
第4章 沉陷区观测点下沉量时间序列模型(60)
4.1 沉陷区地表观测点下沉变形特征(60)
 4.2 常用的时间序列模型分析(62)
 4.2.1 Knothe模型(62)
 4.2.2 双曲线模型(65)
 4.2.3 Gompertz模型(67)
 4.2.4 Logistic模型(70)
 4.2.5 Weibull模型(74)
 4.2.6 Knothe分段模型(77)
 4.3 修正的Knothe时间函数模型(80)
 4.4 小结(87)
第5章 煤层开采地表沉陷过程的FLAC 3D模拟研究(89)
 5.1 FLAC 3D模拟煤层开采过程的实现方式(89)
 5.2 FLAC 3D模拟煤层开采研究实例(93)
 5.3 小结(132)
第6章 沉陷盆地主断面动态沉陷曲线模型(133)
6.1 主断面动态沉陷曲线模型的一般形式(133)
 6.2 沉陷盆地主断面动态剖面函数模型(134)
 6.3 地表沉陷的动态概率积分模型(135)
 6.4 主断面动态沉陷曲线模型验证(136)
 6.5 小结(143)
第7章 主要研究成果及进一步研究的展望(144)
7.1 主要研究成果(144)
 7.2 进一步研究的展望(148)
 参考文献(149)

前言/作者简介

“三下”采煤最主要的技术难题是开采沉陷的防治技术。目前, 各种开采沉陷预计模型大多是建立在实测资料基础上的曲线拟合模型。这些模型只是描述开采沉陷现象的唯象模型而不是描述开采沉陷本质的理论模型(力学模型)。唯象模型虽然在一定的条件下可对开采沉陷表现出来的各种现象和指标进行定量的描述和预测, 如概率积分法模型虽可较好地拟合或预测充分采动或非充分采动后地表沉陷的各种静态指标如下沉、 水平移动、 倾斜和曲率等曲线, 但不能很好地描述、 预测和揭示采场上覆岩层移动及地表沉陷规律。此外, 煤层采场上覆岩层的变形移动及地表的沉陷过程是随地下采煤工作的进行而逐渐发展的动态过程。地表开采沉陷对地表建(构)物的损害程度不仅取决于各种指标的最终结果(静态值), 还取决于各种指标的变化过程(动态值)。因此, 研究开采沉陷的理论模型、 动态过程规律及其模型具有重要的理论及现实意义。

本书以长壁工作面采煤引起的岩层移动和地表沉陷为主要研究对象, 采用现场观测、 数值模拟、 理论分析、 数学建模、 实测验证等手段, 对开采沉陷盆地的力学模型进行了研究; 以开采沉陷区地表观测点下沉量的时间序列为切入点, 分析探讨了可拟合观测点下沉量的时间序列函数, 在此基础上研究了开采沉陷的动态过程模型。通过研究, 提出了一种长壁式布置工作面开采煤层引起的地表沉陷盆地及走向和倾向主断面下沉曲线的拟合函数模型; 提出了在较大深厚比(开采深度与开采厚度之比大于25)条件下, 长壁式工作面开采煤层的采场上覆岩层移动形成的地表沉陷盆地形态及大小主要决定于离地表最近一层坚硬厚岩层的弯曲变形, 并且地表下沉量远远小于该岩层的厚度, 该岩层的变形符合弹性薄板弯曲变形的学术观点, 建立了基于关键层及薄板理论的地表沉陷盆地力学模型; 修正了Knothe地表沉陷区观测点的时间序列拟合函数, 修正后的拟合函数不仅能高精度地拟合开采沉陷区地表观测点下沉量的时间序列, 而且修正的时间函数模型在数学和物理意义上完全符合地下采矿引起的地表沉陷区观测点下沉过程规律; 发现地表沉陷区观测点的下沉过程在时间和空间上具有相对的独立性, 将沉陷稳定后的主断面剖面函数与同一主断面地表观测点下沉的时间序列拟合函数组合的方式, 建立了主断面沉陷曲线的动态模型。

本书主要是作者的博士论文及其后续的研究内容, 从宏观的角度建立了地下煤层走向长壁开采引起的地表沉陷盆地模型。 模型体现了一些影响开采沉陷的主要因素如煤层倾角α、 埋深h(关键层位置体现)、 岩层物理力学性质(荷载q、 刚度Dn、 下层岩层的反力系数k)、 开采尺寸(参数an、 bn、 d), 认为比唯象模型更具有理论意义, 希望能为开采沉陷力学模型的进一步发展有所推动和启发。由于采场上覆岩层的复杂性, 研究采场上覆岩层移动及地表沉陷的力学模型具有很大的难度, 本书的研究工作及成果有很多的不完善之处, 还有很多方面需要进一步研究, 敬请读者批评指正。

本书的研究工作主要得到贵州省科学技术基金(黔科合J字\[2012\]2006)、 贵州省教育厅自然科学研究基金(黔教科2010073)、 毕节学院高层次人才科研启动基金等项目的资助。此外, 本书的出版还得到贵州省教育厅重点支持学科(采矿工程)和毕节学院重点建设学科(采矿工程)建设经费的资助。在研究过程中,重庆大学博士生导师曹树刚教授给予了诸多指导, 也得到了重庆大学资源及环境科学学院多位老师的指导。本书的出版工作还得到了毕节学院校领导的关心和支持。在此一并表示衷心的感谢。

序/读者评论

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