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煤炭科学技术 2022年第5期50卷 1-9页

作者：王双明魏江波宋世杰侯恩科孙涛西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室陕西西安710054 西安科技大学煤炭绿色开采地质研究院陕西西安710054

黄土沟谷区浅埋煤层开采地表非连续性的开裂损害,不仅引发了许多生态环境问题,也加大了生态修复难度,严重威胁着矿区生态安全。浅埋煤层开采地表非连续变形是特殊地质条件下覆岩破坏移动的结果,为更加系统地研究覆岩破坏对地表非连续性... 详细信息

黄土沟谷区浅埋煤层开采地表非连续性的开裂损害,不仅引发了许多生态环境问题,也加大了生态修复难度,严重威胁着矿区生态安全。浅埋煤层开采地表非连续变形是特殊地质条件下覆岩破坏移动的结果,为更加系统地研究覆岩破坏对地表非连续性损害的影响规律,以陕北安山井田125203工作面为地质原型,采用离散元数值模拟与物理相似材料模拟相结合的方法,模拟分析了覆岩及地表破坏、岩块尺寸分布及力链演化等特征,揭示了覆岩力链演化对块体分布和地裂缝发育的影响规律,阐明了覆岩破坏块体对地表非连续损害的控制效应。研究结果表明:黄土沟壑缓坡地带浅埋煤层开采覆岩垂向变形与水平移动受地形影响较大;覆岩破坏形成双分层块体结构,分层界面距煤层底板11.0 m,下分层块体平均长度小于5.0 m,上分层大于5.0 m,覆岩块体平均长度随岩层至煤层底板距离的增大呈幂指数增长特征,地表块体平均长度由坡底至坡顶逐渐增大;下分层垮落压实的岩块结构和应力集中的力链结构,影响着上分层块体和力链的分布及地裂缝的发育,地裂缝平均间距与上分层应力集中点平均间距基本一致,主沟段顺坡、沟底和逆坡地裂缝平均间距分别约为下分层应力集中点平均间距的1.10倍、0.75倍和1.95倍,分别约为下分层岩块平均长度的2.93倍、2.00倍和5.18倍;“砌体梁”位移模型可以很好地描述下分层底部岩块的下沉移动过程和特征,进而反映覆岩块体的双分层结构特征和地表的损害效应。该研究结果可为黄土沟谷区浅埋煤层开采条件下沉陷控制与修复提供新的科学依据。

关键词：黄土沟谷区浅埋煤层覆岩破坏地表裂缝颗粒流

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黄土沟谷区浅埋煤层开采斜坡变形破坏机理

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煤炭工程 2020年第10期52卷 104-108页

作者：刘志辉吕义清太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

为了分析浅埋煤层开采条件下黄土沟谷两侧斜坡的变形破坏机理,基于隆安煤矿深岩沟区域煤层开采地质条件,采用三维数值模拟计算以及理论分析相结合的研究方法,研究了煤层开采后上覆岩土体的应力分布规律、两侧坡体位移分布规律、变形破... 详细信息

为了分析浅埋煤层开采条件下黄土沟谷两侧斜坡的变形破坏机理,基于隆安煤矿深岩沟区域煤层开采地质条件,采用三维数值模拟计算以及理论分析相结合的研究方法,研究了煤层开采后上覆岩土体的应力分布规律、两侧坡体位移分布规律、变形破坏特征以及失稳破坏过程等。结果表明:沟谷两侧斜坡位移以竖直方向为主,水平方向位移均指向采空区中心。斜坡根据变形特征可分为4个变形区:采空区上方一定高度范围内的覆岩冒落塌陷区;采空区中部的松散土体弯曲沉陷区;松散土体弯曲沉陷区和地表移动边界之间的拉裂-倾倒区;地表移动边界之外的未影响区。斜坡的失稳破坏过程可以分为4个阶段:中部沉陷—两侧及后缘拉裂—剪切变形—失稳破坏。研究成果可以为黄土沟谷区域地质灾害评价、采动边坡变形破坏预测以及地表保护提供借鉴。

关键词：黄土沟谷区浅埋煤层应力分布破坏机理

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黄土沟谷区高填方路堤沉降变形规律试验研究

黄土沟谷区高填方路堤沉降变形规律试验研究

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作者：蒋再敏兰州交通大学

学位级别：硕士

新建通定高速为西北大交通圈公路网的重要组成部分,其修筑过程穿越了大量的黄土沟谷区。依托通定高速ZK61+880～ZK61+960高填方段,对修筑在该段沟谷区的高填方路堤开展了长达9个月的现场试验,测得路堤的横向位移、竖向沉降、不均匀沉降... 详细信息

新建通定高速为西北大交通圈公路网的重要组成部分,其修筑过程穿越了大量的黄土沟谷区。依托通定高速ZK61+880～ZK61+960高填方段,对修筑在该段沟谷区的高填方路堤开展了长达9个月的现场试验,测得路堤的横向位移、竖向沉降、不均匀沉降等数据。同时对施工现场取回的土样开展室内土工试验,测得土的物理力学参数用于数值模拟分析。结合现场试验和数值分析,探究黄土沟谷区的高填方路堤沉降变形规律,为类似的沟谷区路堤施工提供一些参考与建议。本文的研究内容与结论有以下几点:(1)从该高填路堤施工现场取回黄土土样,并测定了土样的含水率、液塑限、粘聚力c、内摩擦角φ等物理力学参数,为后续的沉降规律分析提供相应的支撑。(2)通过埋设温度传感器和水分传感器监测高填路堤内温湿变化情况,采集路堤不同位置土体的温度和含水率数据进行分析,监测结果表明:大气温度对路堤土体温度的影响存在滞后效应,并且在沿着路堤深处方向影响越来越小,路堤深处保持在11℃附近。含水率则是沿着路堤深度逐渐增大,并且会随着天气、地下水含量的变化而变化,连续降雨会使得路堤0～2m范围内的含水率迅速增加。(3)通过在高填路堤内埋设测斜管、分层沉降管、剖面沉降管等土体变形监测仪器监测路堤沉降变形情况,监测结果表明:高填路堤最大的横向位移量发生在路堤高度的1/3处。沉降主要来自于填筑体自身的压缩沉降,若把填筑土体从下到上分为四层,上层的沉降速率大于下一层,并在180d后趋于稳定。路堤的横向位移和竖向沉降,都会受到路堤填筑高度和地形的影响。新旧路基交接处,其沉降量曲线会出现“突变”,有比较明显的不均匀沉降现象。(4)通过数值分析软件MIDAS-GTS对此高填方路堤施工过程进行模拟,并通过改变模型的填筑高度、沟谷区边坡角度、台阶开挖方式、土体含水率等,模拟计算出不同工况下路堤的沉降变形情况,数值模拟结果表明:路堤沉降量与填土高度呈正相关,含水率改变会引起土体压缩模量改变从而影响沉降。高填路堤在沟谷地区上填筑的总沉降量比在水平地区上填筑小,但路堤顶面的沉降量差值会更大。当沟谷区的边坡坡度从40°增加至45°,沉降曲线形态会出现较大变化,随着坡度放缓不均匀沉降随之减小。而挖台阶可以同时减少路堤总沉降和不均匀沉降。

关键词：黄土沟谷区高填路堤变形监测数值模拟沉降分析

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采煤工作面布置方式对黄土沟谷区斜坡变形特征影响研究

采煤工作面布置方式对黄土沟谷区斜坡变形特征影响研究

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作者：刘志辉太原理工大学

学位级别：硕士

相较于平原地区,黄土沟谷区因其特有的地貌和岩性特征,由采煤引起的一系列地质问题和环境问题更为复杂,除地面塌陷、地裂缝、水土流失外,还可能诱发崩塌、滑坡等突发性地质灾害,给矿区的安全生产及人民群众的生命财产安全带来严重威胁... 详细信息

相较于平原地区,黄土沟谷区因其特有的地貌和岩性特征,由采煤引起的一系列地质问题和环境问题更为复杂,除地面塌陷、地裂缝、水土流失外,还可能诱发崩塌、滑坡等突发性地质灾害,给矿区的安全生产及人民群众的生命财产安全带来严重威胁。现场调查发现工作面的布置方式对黄土沟谷两侧斜坡的变形特征有着重要影响,研究不同工作面布置方式下黄土沟谷两侧斜坡的变形特征及失稳破坏机理可以为黄土沟谷区煤层开采时工作面的布置方式、开采方式的选取提供借鉴,同时也能为黄土沟谷区域地质灾害评价、采动斜坡变形破坏预测以及地表保护提供借鉴,减少人员和财产的损失。本文首先对缓倾煤层长壁式开采条件下采空区覆岩及斜坡的应力分布特征、变形特征进行总结分析,并对缓倾煤层采动影响下土质斜坡失稳破坏模式进行归纳总结。在上述分析的基础上,选取矿区内徐家沟及铁娄沟两处沟谷为研究对象,结合研究区地质条件与煤层开采条件使用Midas/GTS NX有限元数值模拟软件建立三维数值模型,通过模拟结果与现场调查斜坡变形特征的对比,验证数值模拟的可靠性。最后以徐家沟区域为原型通过改变工作面的布置方式建立多个三维模型,模拟不同工作面布置方式下斜坡的位移、应力、应变的变化情况,总结各种工作面布置方式下斜坡的变形特征及失稳破坏机理并对其变形程度进行对比分析。结果表明:（1）当工作面推进方向与沟谷走向平行时,若采空区位于斜坡后方,坡体受到向后的牵引力产生指向斜坡后方的位移,此时坡体稳定性较好,不易发生失稳破坏;若采空区位于斜坡下方,采空区上方斜坡的失稳破坏过程为上部坡体拉裂—中部坡体蠕动变形—上部坡体挤压下部坡体—坡体前缘剪切破坏—裂缝贯穿坡体—整体滑动,破坏模式为推移式滑坡;若采空区位于沟谷中间,采空区两侧斜坡的失稳破坏过程为下部坡体拉裂—下部坡体失稳破坏—下部坡体牵引上部坡体移动—上部坡体蠕动变形—整体滑动,破坏模式为牵引式滑坡。（2）当工作面推进方向与沟谷走向垂直时,坡向与工作面推进方向一致的斜坡的破坏模式为推移式滑坡,坡向与推进方向相反的斜坡的破坏模式为牵引式滑坡。当工作面推进方向与沟谷走向斜交时沟谷两侧斜坡的变形特征和工作面推进方向与沟谷走向垂直时基本一致。（3）当工作面跨过沟谷时,采动斜坡在临空面方向的最大变形值受到工作面推进方向与沟谷走向夹角的影响:夹角为0°即工作面推进方向与沟谷走向平行且工作面位于沟谷中间处时斜坡在临空面方向的最大变形值最大,随着工作面推进方向与沟谷走向夹角的增大斜坡在临空面方向的最大变形值逐渐减小,当工作面推进方向与沟谷走向垂直时斜坡在临空面方向的最大变形值最小。

关键词：工作面布置方式采动斜坡黄土沟谷区数值模拟

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