40000字硕士毕业论文表面位错规律分析及其在深部煤矿开采中的工程应用
论文类型：硕士毕业论文
论文字数：40000字
论点：地表,采空区,开采
论文概述：
在人类生产生活活中所需的各类地表建筑中，大部分建筑物尤其是大型的工业厂房、基础设施及国家安全设施等对地表的地基安全稳定性问题有着很高的要求，有的设.施要求地表不能出现裂缝
论文正文：
第一章导言
1.1研究背景
由于煤炭资源的大规模开采，一些老能源基地，特别是中西部地区，已经形成大规模和大规模开采空沉陷区。随着能源需求的不断扩大和开采强度的不断提高，煤矿开采继续向纵深发展。与传统浅埋开采引起的采动空地区沉陷问题相比，深部开采引起的采动空地区沉陷问题具有以下特点:在深部开采条件下，岩石处于高温高压的特殊环境中，地应力和构造应力急剧增加，使得工作面巷道和围岩地质环境恶化，事故发生率增加。由此引起的上覆地层和地表移动变形给地面的生产和生活带来巨大威胁。由此引起的工程灾害的表现形式和频率与浅层明显不同。覆岩破坏更加突然和不可预测，地表移动和变形范围更广。上覆岩层的崩落、断裂和弯曲会影响地表，降低岩体的力学性质，改变岩体的原始岩石应力，导致采矿空区上覆岩层和地表的坍塌、沉降、移动和变形，导致建筑物地基承载力降低。然而，这些不良地质影响对地面建筑基础的安全性和稳定性的影响程度需要进一步研究。
本课题研究的问题是陕北河东煤田某地区大深度开采对地表移动变形和电力工程基础安全稳定的影响。深部开采对地表的影响极大地影响了电力设施的规划、选址和建设，已成为电力工程建设中不可忽视的因素。中华人民共和国成立以来，山西省作为一个产煤基地，一直是中国最大的产煤省，也是受采矿空地面地质灾害最频繁的地区。
据政府有关部门统计，新中国成立以来，山西九大国有矿务局中只有10个矿区开发生产了120多亿吨煤炭，形成了2万多平方公里空的煤层开采面积，相当于山西土地面积的八分之一，对山西经济建设和人民生产生活构成了巨大威胁。在山西，随着国家煤电一体化建设进程的加快，一些电力设施(如发电厂、变电站、铁塔、输电线路等)。)必须建在采矿空区域之上或涉及“三次采煤”。对于老矿区空地区，在建筑荷载的作用下，有可能“激活”原先处于相对稳定状态的崩落区煤仓。它导致采矿空区域再次坍塌，并导致地表坍塌、下沉、移动和变形，从而导致电力设施下沉、部分开裂、倾斜甚至坍塌。这个问题已经引起了人们的重视，并取得了一些研究成果。然而，这些研究成果主要针对煤层深度不超过500米的浅部开采，随着煤矿开采活动向深部的不断扩展，煤层深度超过500米甚至超过1000米的开采/开采空地区的沉陷区已经出现或即将出现，因此从理论、技术和经济上研究深部开采引起的地表移动和变形对电力设施的影响具有重要意义。虽然深部和超深部煤层开采对地表移动和变形影响不大，但并不意味着在其上部进行电力工程建设绝对安全。仍有必要对开采沉陷规律、地表稳定时间及影响因素进行调查研究，为工程建设提供合理建议。然而，目前国内外对深部和超深部煤炭开发引起的上覆岩体和地表变形破坏规律的研究领域基本都是at 空 white，参考文献很少。因此，开展深井开采区空地表移动覆岩及变形规律研究，分析地表移动变形的稳定时间，确定地表移动变形危险区、更危险区、稳定区和安全区的范围，对深井上部电力工程建设具有重要的指导意义和参考价值。
1.2国内外研究发展现状
人们早就注意到开采沉陷问题给人们的生产和生活带来了危害。15世纪初，英国就因开采沉陷损害造成的财产损失展开了辩论和法律诉讼。15世纪和16世纪，比利时颁布了一项法律，规定在列日市下开采时，开采深度应大于100米。随着时间的推移，开采沉陷理论随着相关科学技术和社会生产力的发展而不断发展。
大致可以分为三个发展时期:第一，在19世纪，人们对采矿引起地表沉陷的机理和理论的理解伴随着采矿对建筑物和水体的破坏。例如，1839年比利时的“垂直理论”在1882年，奥斯泰特教授提出了自然斜面理论，1885年，法国的法约尔提出了“圆拱理论”，后来又提出了平分线理论、豪斯理论、达特默特法则等。这些开采沉陷理论大多基于有限的地表沉陷实测数据，具有片面性和经验性，可视为人们认识开采沉陷的初级阶段。
第二章深部煤层开采覆岩及地表移动变形相似模拟研究
2.1相似材料模拟试验简介
相似理论是阐述自然界和工程应用中各种相似现象和相似原理的理论。它的理论基础是三个相似的定理。相似模拟试验是指基本结果现象相同时的模拟。这要求模型和原型中涉及的所有物理量必须相同，物理本质必须相同。两者之间的区别在于所涉及的物理量的比例不同。在模型试验模拟过程中，要求物理过程必须相似，即物理量相似，一般包括以下几个方面:a .几何相似性；b .机械相似性；c .运动学相似性。作为相似理论基础的三个相似定理如下:
第一定理:对于相似现象，相似准则的值是相同的。
第二定理:假设一个物理系统有M个物理量，其中N个物理量相互独立，那么这M个物理量可以表示为相似性准则R1、n2之间的函数关系...rL_，，。
第三定理:对于同一类物理现象，如果单值量相似，并且由单值量组成的相似准则值相等，则现象相似。
在土木工程和采矿工程领域，相似材料模型的模拟方法被广泛应用。本文采用相似材料模拟方法，研究了采动空地区上覆岩层和地表的运动和变形规律。该方法是根据相似原理，按照一定的几何相似比缩小受试者研究的面积，在实验室制备相似的模拟材料，制作试验模型，然后模拟开采，同时监测模型开采空区域上覆岩层和地表的运动和变形。为了总结模型开采区空的上覆岩层和地表移动变形规律，在地表稳定后，进行模拟荷载研究老开采区空地表建筑物基础的安全性和稳定性。
第三章滑坡滑带土的物理性质.........................................29-35
3.1滑带土的定义.........................................29
3.2土壤样品收集和描述.........................................29-30
3.3滑带土的物理性质.........................................30-34
3.4概述.........................................34-35
第四章滑带土抗剪强度特性.........................................35-58
4.1影响滑带土抗剪强度的因素分析.........................................35-36 [/BR/] 4.2滑带土的常规剪切试验.........................................36-45
4.3滑带土大型直剪试验.........................................45-55
4.4大剪切和常规直剪的对比分析.........................................55-56
4.5概述.........................................56-58
第五章滑带土的微结构特征.........................................58-70
5.1滑带土微结构的试验和分析方法.........................................58-61 [/BR/] 5.2滑带土微结构的定性分析.........................................61-62
5.3滑带土微结构的定量分析.........................................62-64 [/BR/] 5.4滑带土微结构的分形研究.........................................64-68[/比尔/] 5.5概述.........................................68-70
结论
基于河东煤田南北的地质资料，结合老矿区空深部煤层开采对地表移动变形的影响及对地表动力工程的影响的研究背景，通过相似模拟和数值模拟实验的研究方法，探讨了开采厚度和深度对矿区空地表移动变形的影响， 在老矿区空稳定后，研究的主要结果如下:
(1)在类似的模拟实验中，煤层的初始模拟开挖对地表影响不大，上覆岩层的移动和变形只在工作面前进一定距离后影响地表； 当ⅰ型工作面推进距离为76m时，上覆岩层的移动和变形会影响地表。当工作面推进到回采线时，最大地表下沉为52厘米。[模型]当ⅰ工作面推进距离为98m时，上覆岩层的移动和变形会影响地表。煤层开挖完成后，地表最大下沉值为13厘米。
(2)从模型位移云图的整段来看，根据其水平位移是否向采矿中心空区域移动，可以分为三个区域:a .采矿空区域上方地层的水平移动指向采矿中心空；b .开采区空两侧一定范围内岩层的水平运动方向指向远离开采区空的两侧；“采矿空区域下方地板的水平位移”指向采矿空中心。
(3)相似材料模拟试验和数值模拟计算结果表明，地表最大沉降值、最大水平变形值、最大倾角值和最大水平变形值随着开采煤层深度的增加而减小，而沉降盆地的宽度逐渐增大并变得越来越平缓。在数值模拟中，我们还可以看到，随着开采厚度的增加，地表移动和变形值也随之增加。