急倾斜煤层采空区场地稳定性及其对上覆输气管道影响的研究

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作者郭繁森
来源中国矿业大学
出版年2019
摘要
本文以拟建的潜江-韶关输气管道韶关段所通过的茶山和茶山南急倾斜采空区典型区段为背景,利用现场调查,理论计算,数值模拟的方法,主要研究了该区域的环境地质条件,地表变形理论的计算,倾角和埋深不同的急倾斜煤层采动对上覆拟建管道的变形影响规律,采空区剩余变形在拟建管道走向和煤层夹角不同时对拟建管道的不同影响规律。论文取得了下列主要成果:(1)通过搜集资料和比对新老地形图的方法得到了茶山煤矿和茶山南煤矿的历史开采过程、区域的地形地貌、地质构造、地层岩性、水文地质条件和工程地质条件。(2)利用概率积分法和对比新老地形图的方法计算验证了本区域某一典型区段的地表变形的现状和剩余变形,并利用数值模拟软件建立模型对计算结果进行拟合,拟建输气管道所通过沿线区域地表所发生的地面沉降为3000mm,剩余沉降为90mm,拟建管道沿线地表X方向剩余位移-0.03469m;Y方向剩余位移-0.00831m;Z方向剩余位移-0.04454m;总结得到了采空区的应力图、沉降图和拟建输气管道沿线各方向的变形折线图。(3)在对以上计算结果拟合的基础上,结合以上参数利用数值模拟的方法对整个区域中倾角分别为50°、60°、70°、80°,埋深为5m-15m、15m-25m、25m-35m、35m-45m、45m-55m煤层采动过程进行模拟,总结得到了:煤层埋深相同倾角不同时,随埋深增大,煤层采动导致拟建管道垂向位移先增大后减小,变形范围逐渐增大;煤层倾角相同埋深不同时,随倾角增大,煤层采动导致拟建管道垂向位移逐渐减小,变形范围逐渐减小;(4)结合以上参数,利用数值模拟的方法对该区域拟建输气管道走向与采空区煤层走向夹角分别为15°、30°、45°、60°、75°、90°情况进行模拟,总结得到了:采空区剩余变形引发拟建管道X、Z方向变形位移先增大后减小,随夹角增大,X方向变形位移先增大后减小,又增大后趋于稳定,位移范围先减小后增大趋于稳定。

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