基于FLAC3D的不同开采时（空）序下采空区上覆地层变形规律研究.pdf

[ I t llU t L IIIII I III II I I I Y 3 5 17 8 6 3 分类号T U 4 5 8 密级公开 ⑧ 单位代码1 0 4 2 2 学号2 0 1 6 2 2 0 9 2 1 ∥户蒙只番 硕士学位论文 T h e s i sf o rM a s t e r D e g r e e 专业学位 论文题目基于F L A C 3 D 的不同开采时 空 序 下采空区上覆地层变形规律研究 S t u d yo f d e f o r m a t i o nr e g u l a r i t yo fo v e r l y i n gs t r a t ai ng o a fu n d e r d i f f e r e n tm i n i n gt i m e s p a t i a l s e q u e n c eb a s e do nF L A C 3 D 作者姓名 何东林 培养单位 建与水利学院 专业学位名称建筑与土木工程 工程硕士 指导 合。作 教师 导师 刘健教授 陆秋生教高 2 0 18 年”月2 8 日 万方数据 分类号T U 4 5 8 密级公开 单位代码1 0 4 2 2 学号2 0 1 6 2 2 0 9 2 1 ⑧∥菇办写 硕士学位论文 专业学位 论文题目基于F L A C 3 D 的不同开采时 空 序 下采空区上覆地层变形规律研究 S t u d y o fd e f o r m a t i o nr e g u l a r i t yo fo v e r l y i n gs t r a t ai n g o a fu n d e rd i f f e r e n tm i n i n gt i m e s p a t i a l s e q u e n c e b a s e do nF L A C 3 D 2 0 1 8 年11 月2 8 日 I I l llI II I III l lI I l l lI llU l Y 3 5 17 8 6 3 万方数据 原创性声明 本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名日期 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 保密论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名 ＼斗一 签名企塾曲期掣 万方数据 山东大学硕士学位论文 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I V A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I 第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 研究目的及研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．3 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．3 ．1 采空区地表变形特征研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．3 ．2 基于F L A C 3 D 的采空区覆岩变形规律研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．4 研究方法及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．5 本论文的主要创新点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 第二章北埠煤矿矿井地质概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1 地层⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 ．1 ．1 区域地层⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 ．1 ．2 井田地层⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．2 构造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．2 ．1 区域构造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．2 ．2 井田构造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．3 煤层⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．3 ．1 主采煤层⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．3 ．2 可采煤层⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．3 ．3 其它煤层⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．10 2 ．4 水文地质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．10 2 ．5工程地质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11 2 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12 第三章采空区地表变形特征理论计算分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．13 3 ．1 采空区覆岩破坏特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 3 3 ．2 地表移动盆地的形成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 4 万方数据 基于F L A C 蛐的不同开采时 空 序下采空区上覆地层变形规律研究 3 ．3 地表移动盆地的特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．16 3 ．3 ．1 水平 近水平 煤层地表移动盆地特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．16 3 ．3 ．2 倾斜煤层地表移动盆地特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．17 3 ．4 地表移动变形理论计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．17 3 ．4 ．1 概率积分法基本原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．18 3 ．4 ．2 地表移动变形计算指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．18 3 ．4 ．3 地表移动变形参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 0 3 ．4 ．4 概率积分法计算地表沉降⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 3 3 ．4 ．5 概率积分法沉降影响范围分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 4 3 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 5 第四章基于F L A C 3 D 的采空区覆岩变形规律研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 4 ．1 F L A C 3 D 程序简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 4 ．2 本构模型确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 7 4 ．3 数值模型建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 8 4 ．3 ．1 模型计算范围确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 8 4 ．3 ．2 单元网格划分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 8 4 ．3 ．3 边界条件确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 9 4 ．3 ．4 材料参数确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 9 4 ．3 ．5 加载方式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 0 4 ．4 数值计算结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3l 4 ．4 ．1 基于不同开采顺序采空区覆岩变形规律研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 l 4 ．4 ．2 基于不同开采方式下的采空区覆岩变形规律研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 4 ．4 ．3 考虑开采顺序和开采方式的开采方案的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 6 4 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 7 第五章地下水位对地表变形影响研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 8 5 ．1 地下水位影响因素机理分析及工况选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 8 5 ．2 数值计算结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 9 5 ．2 ．1 地表沉降等值线图计算分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 9 5 ．2 ．2 采空区近地表纵深覆岩变形规律分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 0 I l 万方数据 山东大学硕士学位论文 5 ．2 ．3 采空区近地表纵深覆岩变形曲线分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 4 5 ．2 ．4 采空区近地表变形矢量图结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 5 ．2 ．5 采空区近地表变形三维示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 9 5 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 l 第六章上覆岩性影响因素的模拟分析研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 6 ．1 上覆岩层影响地表变形机理分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 6 ．2 计算模型不同工况的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 3 6 ．3 数值计算结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 3 6 ．3 ．1 不同工况下地表变形等值线图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 3 6 ．3 ．2 采空区近地表纵深覆岩变形规律分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 8 6 ．3 ．3 采空区地表纵深典型截面三方向变形曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 3 6 ．3 ．4 不同工况下地表变形矢量图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 7 6 ．3 ．5 采空区地表塌陷区三维效果展示⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 8 6 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 0 第七章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 2 7 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 2 7 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 3 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 5 ． 致j 射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 9 I I I 万方数据 基于F L A C ∞的不同开采时 空 序下采空区上覆地层变形规律研究 C o N T E N T S A b s t r a c t i nC h i n e s e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I A b s t r a c t i nE n g l i s h ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I C h a p t e r1 P r e f a c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1R e s e a r c hp u r p o s ea n ds i g n i f i c a n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2R e s e a r c hs t a t u sa th o m ea n da b r o a d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．3R e s e a r c hc o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．3 ．1S t u d yo ns u r f a c ed e f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fg o a f ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 ．3 ．2S t u d yo nt h ed e f o r m a t i o nl a wo fo v e r l y i n gr o c ki ng o a fb a s e do n F L A C 3 D ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．4 R e s e a r c hm e t h o da n dt e c h n i c a lr o u t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．5M a i ni n n o v a t i o np o i n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 C h a p t e r2G e o l o g i c a ls u r v e yo fc o a lm i n ei nB e i B u ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 ．1S t r a t u m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 ．1 ．1R e g i o n a ls t r a t i g r a p h y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1 ．2S h a f ta r e as t r a t i g r a p h y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 ．2S t r u c t u r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．2 ．1R e g i o n a ls t r u c t u r e ⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 2 ．2 ．2S h a f ta r e as t r u c t u r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 2 ．3C o a ls e a m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．3 ．1M a i nm i n a b l ec o a l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 2 ．3 ．2M i n a b l es e a m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．3 ．3O t h e rc o a ls e a m s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 0 2 ．4 H y d r o g e o l o g y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 0 2 ．5 E n g i n e e r i n gg e o l o g y ⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11 2 ．6 C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．12 C h a p t e r 3T h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o na n da n a l y s i so fs u r f a c ed e f o r m a t i o n c h a r a c t e r i s t i c si ng o a f ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 3 ．1C h a r a c t e r i s t i c so fo v e r l y i n gr o c kf a i l u r ei nG o a f ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I3 I V 万方数据 山东大学硕士学位论文 3 ．2F o r m a t i o no f s u r f a c em o v i n gB a s i n ．．．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．。．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 4 3 ．3C h a r a c t e r i s t i c so f t h es u r f a c em o v i n gB a s i n ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 3 ．3 ．1C h a r a c t e r i s t i c so fs u r f a c em o v i n gb a s i ni nh o r i z o n t a lc o a ls e a m ⋯⋯⋯16 3 ．3 ．2C h a r a c t e r i s t i c so f s u r f a c em o v i n gb a s i ni ni n c l i n e dc o a ls e a m ．．．．．．．．．．．．．17 3 ．4T h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o no fs u r f a c em o v e m e n ta n dd e f o r m a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯．17 3 ．4 ．1B a s i cp r i n c i p l eo f p r o b a b i l i t yi n t e g r a lm e t h o d ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 3 ．4 ．2C a l c u l a t i o ni n d e xo fs u r f a c em o v e m e n ta n dd e f o r m a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．18 3 ．4 ．3S u r f a c em o v e m e n ta n dd e f o r m a t i o np a r a m e t e r s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 0 3 ．4 ．4T h ec a l c u l a t i o no fs u r f a c es u b s i d e n c eb yp r o b a b i l i t yi n t e g r a lm e t h o d ．2 3 3 ．4 ．5A n a l y s i so f t h es e t t l e m e n te f f e c to f p r o b a b i l i t yi n t e g r a lm e t h o d ⋯⋯⋯．2 4 3 ．5 C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯．⋯2 5 C h a p t e r4S t u d yo fd e f o r m a t i o nl a wo fo v e r l y i n g r o c ki ng o a fb a s e do n F L A C 3 D ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 。 4 ．1B r i e f i n t r o d u c t i o no f F L A C 3 D ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 6 4 ．2D e t e r m i n a t i o no fc o n s t i t u t i v em o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．2 7 4 ．3T h ee s t a b l i s h m e n to fn u m e r i c a la n a l y s i sm o d e l ．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．2 8 4 ．3 ．1D e t e r m i n i n gt h er a n g eo fm o d e lc a l c u l a t i o n ⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯．．2 8 4 ．3 ．2P a r t i t i o nc e l lg r i d ⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯2 9 4 ．3 ．3D e t e r m i n a t i o no f b o u n d a r yc o n d i t i o n s ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 9 ， 4 ．3 ．4D e t e r m i n i n go f m a t e r i a lp a r a m e t e r s ⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．2 9 4 ．3 ．5L o a d i n gm o d e ．．⋯．⋯．．．⋯．．．．⋯．．．．．．．．．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 0 4 ．4 A n a l y s i so fn u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 1 4 ．4 ．1R e s e a r c ho no v e r b u r d e na l t e r a t i o nl a wo fg o a fb a s e do nd i f f e r e n t m i n i n gs e q u e n c e ．．．．⋯．⋯．．．⋯⋯．⋯⋯．．．．．．．．．⋯．⋯．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31 4 ．4 ．2S t u d yo nd e f o r m a t i o nl a wo fo v e r l y i n gs t r a t ai nG o a fB a s e do nd i f f e r e n t m i n i n gm e t h o d s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 4 ．4 ．3S e l e c t i o no fm i n i n gp l a nc o n s i d e r i n gm i n i n gs e q u e n c ea n dm i n i n g m e t h o d ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．⋯．⋯⋯．． ；6 4 ．5 C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯．5 7 C h a p t e r5S t u d yo nt h ee f f e c to fg r o u n d w a t e rl e v e lo ns u r f a c ed e f o r m a t i o n ⋯．5 8 V 万方数据 基于F L A C ∞的不同开采时 空 序下采空区上覆地层变形规律研究 5 ．1M e c h a n i s ma n a l y s i sa n dc o n d i t i o ns e l e c t i o no fi n f l u e n c i n gf a c t o r so f g r o u n d w a t e rl e v e l ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 8 5 ．2 A n a l y s i so f n u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t s ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．5 9 5 ．2 ．1A n a l y s i so f s u r f a c es u b s i d e n c ec o n t o u rm a p ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 9 5 ．2 ．2A n a l y s i so fd e f o r m a t i o nl a wo fd e e po v e r l y i n gr o c kn e a rg r o u n d s u r f a c ei nG o a f ．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．⋯．6 5 ．2 ．3A n a l y s i so fd e f o r m a t i o nc u r v eo fd e e po v e r l y i n gr o c kn e a rg r o u n d s u r f a c ei nG o a f ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 4 5 ．2 ．4A n a l y s i so fv e c t o r g r a p hr e s u l t so fn e a rs u r f a c ed e f o r m a t i o ni ng o a f ⋯．6 8 5 ．2 ．5T h r e e d i m e n s i o n a ls k e t c hm a po fn e a rs u r f a c ed e f o r m a t i o ni ng o a f ⋯．6 9 5 ．3 C h a p t e rs u m m a r y ．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．71 C h a p t e r 6 A n a l y s i so f i n f l u e n c ef a c t o r so fo v e r l y i n gl i t h o l o g y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 6 ．I A n a l y s i so ft h ei n f l u e n c eo fo v e r l y i n gs t r a t ao nt h es u r f a c ed e f o r m a t i o n m e c h a n i s m ．⋯．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．7 2 1 6 ．2S e l e c t i o no fd i f f e r e n tw o r k i n gc o n d i t i o n so f t h ec a l c u l a t i o nm o d e l ．．．．．．．．．．．．7 3 6 ．3 A n a l y s i so fn u m e r i c a lr e s u l t s ⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．7 3 6 ．3 ．1C o n t o u rm a po fs u r f a c ed e f o r m a t i o nu n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n s ．．．．．．．．．．7 3 6 ．3 ．2A n a l y s i so fd e f o r m a t i o nl a wo fd e e po v e r l y i n gr o c kn e a rg r o u n d s u r f a c ei nG o a f ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．⋯．．．．．．．．．．⋯．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 8 6 ．3 ．3D e f o r m a t i o nc u r v eo ft y p i c a ls e c t i o n ，t h r e ed i r e c t i o n sa n dd e f o r m a t i o n c u r v e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯8 3 6 ．3 ．4V e c t o r g r a p ho fs u r f a c ed e f o r m a t i o nu n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n s ．．．⋯．．．．．．8 7 6 ．3 ．5T h r e e ．d i m e n s i o n a le f f e c td e m o n s t r a t i o no fs u r f a c es u b s i d e n c ea r e ai n g o a f ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 8 6 ．4 C h a p t e rs u m m a r y ⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 0 C h a p t e r7 C o n c l u s i o na n dP r o s p e c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 7 ．1C o n c l u s i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 7 ．2 P r o s p e c t ⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯9 3 R e f e f e n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 5 万方数据 山东大学硕士学位论文 摘要 煤矿采空区顶板变形过大引起的项板开裂、垮塌、冒落现象时有发生。采空 区变形引起的地表塌陷到达一定程度后，会在地表形成移动盆地，造成地表开裂、 地下水枯竭、周边房屋建筑结构墙体开裂或倒塌等灾害，严重危及开采人员的及 周边居民的生命财产安全。因此，进行采空区地表及顶板变形的影响规律研究具 有重要的现实意义和经济意义。 本文以莱芜市北埠矿区开采煤层2 煤、4 煤、7 煤、15 煤和1 9 煤为例，基 于理论分析及F L A C 3 D 数值分析软件对采空区在不同开采顺序、开采方式、不同 地下水位及上覆岩层性质条件下的变形规律进行模拟计算，得到不同影响因素下 x 向、Y 向典型截面及地表的变形规律。文章研究内容及主要结论如下 1 通过总结不同煤层倾角引起的地表变形特征，得到了水平走向煤层及 倾斜煤层的变形特征差异性，并基于概率积分法，结合北埠煤矿开采实例估算出 煤层开采引起的地表变形量及其影响范围。 2 通过F L A C 3 D 数值模拟软件对不同开采顺序、开采方式、不同上覆岩 层及地下水水位改变对采空区变形的影响进行分析，揭示了不同开采顺序下的地 表变形规律，并通过敏感性分析得到考虑采动变形和开采便利度情况下的最佳开 采方式；通过改变同等开采条件下上覆岩层的性质，研究了可采煤层上覆岩层性 质对地表变形的影响，且岩层性质的好弱与地表变形最大量及影响范围的大小呈 负相关关系；研究了不同地下水位下围岩孔隙水压力对采空区上覆岩层及地表变 形规律的影响，表明在地下水位较高时煤层开采引起的地表变形较大，地下水位 逐渐下降时煤层开采引起的地表变形量相应较小，同时得到了地下水对地表变形 的影响范围。 3 基于不同开采顺序、开采方式、不同上覆岩层及地下水水位改变对采 空区变形影响规律的研究结果，针对四个影响因素制定相应控制优化措施，确保 煤炭资源的安全开采。 关键字采空区；开采顺序开采方式；上覆岩层；地下水；地表变形 万方数据 A b s t r a c t R o o fc r a c k i n g ，c o l l a p s ea n dc a v i n gc a u s e db yl a r g ed e f o r m a t i o no fw a l lr o c k o c c u rf r e q u e n t l yi nt h eg o a fo fc o a lm i n e ．A f t e rac e r t a i nd e g r e eo f g r o u n ds u b s i d e n c e c a u s e db yt h ed e f o r m a t i o no ft h eg o a f , t h em o v i n gb a s i nw i l lb ef o r m e do nt h es u r f a c e ， w h i c hc a u s e st h es u r f a c ec r a c k i n g ，t h ed e p l e t i o no fg r o u n dw a t e r , t h ec r a c k i n go r c o l l a p s eo ft h ew a l lo ft h es u r r o u n d i n gb u i l d i n g s ，w h i c hs e r i o u s l ye n d a n g e r st h e s a f e t yo ft h el i v e sa n dp r o p e r t yo ft h em i n e r sa n dt h es u r r o u n d i n gr e s i d e n t s ．T h e r e f o r e ， i th a si m p o r t a n tp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c ea n de c o n o m i cs i g n i f i c a n c et os t u d yt h e i n f l u e n c er u l eo ft h es u r f a c ea n dr o o fd e f o r m a t i o ni ng o a l T h i sp a p e rt a k e s2c o a l ，4c o a l ，7c o a l ，15c o a la n d19c o a ls e a mo fB e iB u m i n i n g a r e ai nL a i w ua sa ne x a m p l e ．B a s e do nt h et h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dF L A C 3 D n u m e r i c a l a n a l y s i ss o t 1 w a r e ，t h ed e f o r m a t i o nl a wo ft h eg o a fu n d e rt h ec o n d i t i o n so fd i f f e r e n t m i n i n go r d e r , d i f f e r e n t m i n i n gm e t h o d ，d i f f e r e n tg r o u n d w a t e rl e v e la n