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第1章 概论1

1.1 研究的目的和意义1

1.2 国内外研究现状及存在问题2

1.2.1 “三软”煤层开采研究现状2

1.2.2 岩层与地表移动国内外研究现状3

1.2.3 沉陷区建筑物保护技术研究现状5

1.3 研究内容10

1.4 研究方法和技术路线11

1.4.1 研究方法11

1.4.2 技术路线11

第2章 郑州矿区概况13

2.1 概述13

2.1.1 郑煤集团简介13

2.1.2 郑州矿区简介13

2.2 交通地理位置14

2.3 矿区主要矿井生产概况14

2.4 矿区地形情况16

2.5 水文、气象条件17

2.6 地质采矿条件17

2.6.1 地层17

2.6.2 构造20

2.6.3 煤系、煤层23

第3章 “三软”煤层岩层移动规律及参数研究24

3.1 矿区主要观测站简介24

3.2 地表移动角量参数的确定方法24

3.2.1 基本概念24

3.2.2 各类角量参数的确定方法25

3.3 赵家寨煤矿地表移动角量参数26

3.3.1 11206首采面观测站简介26

3.3.2 地表移动盆地特征分析28

3.3.3 地表移动角值参数求取37

3.4 大平矿地表移动角量参数47

3.4.1 13091工作面观测站简介47

3.4.2 地表移动盆地特征分析48

3.4.3 地表移动角值参数求取51

3.5 米村矿地表移动角量参数52

3.5.1 260061观测站地表移动特征及角量参数52

3.5.2 1302观测站地表移动特征及角量参数57

3.6 超化矿地表移动角量参数63

3.6.1 11051工作面观测站简介63

3.6.2 观测结果63

3.6.3 地表移动主要参数67

3.7 主要煤矿岩层与地表移动角量参数汇总67

3.8 郑州矿区岩层与地表移动角量参数的确定68

第4章 “三软”煤层概率积分法预计参数研究71

4.1 基于MATLAB概率积分法预计参数求取方法71

4.1.1 现有求参数方法分析71

4.1.2 曲线拟合法基本原理72

4.1.3 主断面上地表移动变形预计公式73

4.1.4 MATLAB在开采沉陷中的应用75

4.2 赵家寨煤矿预计参数研究76

4.2.1 利用特征点及经验公式求取预计参数76

4.2.2 基于MATLAB的曲线拟合法求取参数78

4.2.3 地表沉陷的概率积分法预计分析83

4.3 米村煤矿预计参数研究87

4.3.1 260061观测站曲线拟合87

4.3.2 1302观测站曲线拟合88

4.4 超化煤矿预计参数研究89

4.5 大平煤矿预计参数研究90

4.6 金龙煤矿预计参数研究93

4.7 裴沟煤矿预计参数研究93

4.8 主要煤矿概率积分法预计参数汇总94

4.9 概率积分法预计参数的特性分析94

4.9.1 下沉系数特性分析96

4.9.2 主要影响角正切特性分析96

4.9.3 拐点偏移距特性分析98

4.9.4 开采影响传播角特性分析99

4.10 小结100

第5章 村庄建筑物下“三软”煤层条带开采技术研究101

5.1 条带开采的非线性理论模型研究101

5.1.1 突变理论的数学模型102

5.1.2 走向条带煤柱破坏失稳的尖点突变模型102

5.1.3 倾向条带煤柱破坏失稳的尖点突变模型105

5.2 条带开采的地表移动参数研究107

5.2.1 条带开采地表移动参数分析107

5.2.2 结果分析109

5.3 大采宽条带开采的预计方法研究110

5.3.1 条带开采预计方法及其参数110

5.3.2 地表移动和变形预计分析110

5.4 建筑物下条带开采应用实例113

5.4.1 大平矿走向条带开采113

5.4.2 张沟矿建筑物下条带开采应用117

5.4.3 裴沟矿条带开采实例120

5.5 建筑物采动影响评价122

5.5.1 开采影响下建筑物损坏程度的人工神经网络预测模型122

5.5.2 采动影响下建筑物损害程度的模糊聚类分析126

5.5.3 建筑物保护技术128

5.6 小结130

第6章 “三软”煤层水体下采煤及保护技术研究131

6.1 国内外研究现状及分析131

6.1.1 国外研究现状131

6.1.2 国内研究现状132

6.2 米村矿水库坝体下协调开采技术研究135

6.2.1 水库坝体下协调开采技术135

6.2.2 地质采矿条件及工作面布置136

6.2.3 水库坝体下放顶煤开采的安全性研究139

6.2.4 采后地表移动和变形计算144

6.2.5 采动影响下堤坝稳定性数值模拟研究153

6.2.6 放顶煤协调开采坝体采动影响程度分析161

6.2.7 土石坝坝体灌浆加固技术研究及应用168

6.3 芦沟煤矿水库下采煤技术研究174

6.3.1 研究区概况174

6.3.2 五星水库水体下采煤的安全性分析175

6.3.3 地表沉陷预计和采动影响分析186

6.3.4 水库下采煤的观测及安全技术措施190

6.4 裴沟煤矿水库下采煤技术研究192

6.4.1 研究区概况192

6.4.2 魔洞王水库、坝体现状及其压煤情况192

6.4.3 魔洞王水库下采煤安全性分析193

6.5 东坪煤矿水库下采煤技术研究195

6.5.1 研究区概况195

6.5.2 券门水库及压煤情况195

6.5.3 试采工作面设计196

6.5.4 券门水库下试采安全性分析197

6.5.5 试采工作面地表移动变形预计结果198

6.6 小结199

第7章 “三软”煤层路桥下采煤技术及保护措施研究200

7.1 概述200

7.2 大平矿公跨铁路立交桥下采煤技术研究202

7.2.1 桥梁概况202

7.2.2 工作面基本情况203

7.2.3 公跨铁路立交桥附近地表移动变形预计204

7.2.4 覆岩离层注浆减沉方案设计212

7.2.5 桥梁加固维护技术229

7.3 超化矿铁路下放顶煤开采技术研究230

7.3.1 研究区概况230

7.3.2 预计结果231

7.3.3 铁路及桥涵加固维修方案及实施231

7.4 小结233

第8章 高压线铁塔下采煤技术及应用研究234

8.1 国内外研究现状及分析234

8.2 地表移动变形对高压线铁塔影响分析237

8.2.1 地表下沉的影响237

8.2.2 地表倾斜的影响239

8.2.3 地表曲率的影响241

8.2.4 地表水平移动的影响241

8.2.5 地表水平变形的影响241

8.2.6 高压输电线路的运行标准243

8.3 采动区高压线铁塔与地基、基础协同作用力学模型243

8.3.1 协同作用力学模型的建立244

8.3.2 协同作用微分方程求解246

8.3.3 高压线铁塔桁架结构变形及附加应力249

8.3.4 计算实例250

8.4 金龙煤业公司高压线铁塔下采煤技术研究及应用251

8.4.1 研究区概况251

8.4.2 铁塔概况和压煤量252

8.4.3 采后地表移动和变形计算253

8.4.4 高压线铁塔变形及安全性分析255

8.4.5 采动影响下高压线铁塔基础倾覆稳定性计算256

8.4.6 高压线铁塔下采煤保护技术措施262

8.4.7 现场观测结果分析266

8.5 张沟矿高压线铁塔下采煤技术研究268

8.5.1 采区概况268

8.5.2 高压线铁塔及其压煤情况268

8.5.3 采区工作面开采方案布置优化272

8.5.4 条带开采方案设计研究272

8.5.5 条带开采后地表移动变形预计274

8.5.6 高压线铁塔观测站的设置280

8.6 地表变形对高压线铁塔影响数值模拟研究281

8.6.1 倾斜变形对高压线铁塔影响数值模拟研究281

8.6.2 水平变形对高压线铁塔影响数值模拟研究289

8.7 高压线铁塔的防护和维修措施296

8.7.1 地表沉陷控制措施296

8.7.2 高压线铁塔的维修和防护措施297

8.8 小结300

第9章 郑州矿区“三下”压煤开采技术标准301

9.1 术语和定义301

9.2 郑州矿区地表移动角量参数302

9.2.1 地表移动角量参数302

9.2.2 概率积分法预计参数304

9.3 建筑物下压煤开采技术标准306

9.4 水体下压煤开采技术标准306

9.5 线性构筑物下压煤开采技术标准308

主要参考文献310