采动对矿井底板充水条件变化的影响研究

发布时间：2017-10-19 00:26

  本文关键词：采动对矿井底板充水条件变化的影响研究

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【摘要】：我国北方许多岩溶矿区面临底板奥陶系岩溶高承压水威胁，而煤层底板在采动影响下发生了某种破坏，减少了底板有效隔水层的厚度，改变了底板岩层天然条件下的应力场、介质场和水动力场，加剧了底板带压开采矿井的水害威胁。因此，准确掌握采动对矿井充水条件的影响具有非常重要的意义。 本文通过水文地质调查、资料收集、室内测试分析、数学模型以及数值模拟等手段，阐述了底板充水条件，预测了底板岩层破坏深度，综合分析了采动对底板充水条件变化的影响，取得了如下一些主要成果： （1）通过X衍射实验、压汞实验以及扫描电镜观察等手段对底板岩层介质进行了室内测试实验分析，结果表明，底板岩层是由K2灰岩、泥岩以及粉砂岩等一系列含隔水层组成。其中，K2灰岩以微孔隙与超微孔隙为主，泥岩和粉砂岩以超微孔为主。K2灰岩含水层裂隙不发育，是局部径流条件较好的弱富水含水层。2#煤层底板隔水层由坚硬岩层和软弱岩层相间隔组成，有利于抑制底板突水。 （2）在典型工作面统计数据的基础上，把遗传-支持向量回归机（GA-SVR）模型应用于底板破坏深度预测，发现其预测效果比粒子群优化-支持向量回归机（PSO-SVR）、网格搜索-支持向量回归机（GS-SVR）模型以及经验公式方法好。 （3）运用FLAC3D软件对2-112工作面煤层底板破坏情况进行了数值模拟，结果表明，随着工作面的推进，煤层底板接替经历采前应力升高，采后应力降低及逐渐恢复阶段。在底板没有隐伏断裂时，2#煤层底板破坏深度为10m，，有效隔水层仍有71m，突水系数0.056Mpa/m，小于参考的临界突水系数，开采无突水危险。 （4）采动对充水条件的影响还反映在底板岩层破坏后，增加了许多裂隙通道，在高水压、高应力联合作用下，水流可能从底板涌出，进而改变了矿井原有的地下水系统平衡，逐渐形成新的水动力场，地下水径流条件也相应发生改变，含水层中地下水水质也会因此受到影响。 （5）运用FLAC3D软件对2-112工作面底板突水进行了仿真模拟，模拟了底板突水通道的形成过程，结合上述第（1）（3）点，推测在突水点附近存在有隐伏断裂。提出此次突水为高地应力、高水压联合作用下的底板隐伏断裂突水。
【关键词】：煤矿 充水条件 采动 底板破坏 数值模拟
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD745
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-9
• Contents9-10
• 图清单10-13
• 表清单13-14
• 1 绪论14-22
• 1.1 研究背景和意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-20
• 1.3 研究内容与研究目标20-21
• 1.4 研究方法与技术路线21-22
• 2 矿井地质条件22-28
• 2.1 矿井概况22
• 2.2 煤系地层22-24
• 2.3 井田地质构造24-28
• 3 矿井底板充水条件28-46
• 3.1 含水层与隔水层28-41
• 3.2 主要含水层补径排条件41-43
• 3.3 充水因素分析43-46
• 4 底板充水条件的变化46-78
• 4.1 采动条件下煤层底板岩层破坏规律46-47
• 4.2 底板破坏深度的 GA-SVR 模型预测47-61
• 4.3 底板隔水层破坏的数值模拟61-69
• 4.4 采动对底板充水水源的影响69-78
• 5 底板采动突水实例分析78-88
• 5.1 突水过程78
• 5.2 突水分析78-88
• 6 结论与展望88-90
• 6.1 结论88-89
• 6.2 展望89-90
• 参考文献90-94
• 作者简历94-97
• 学位论文数据集97

【共引文献】

中国博士学位论文全文数据库 前7条

1 徐智敏;深部开采底板破坏及高承压突水模式、前兆与防治[D];中国矿业大学;2010年

2 刘守强;煤层底板突水评价方法与应用研究[D];中国矿业大学(北京);2012年

3 范书凯;华北型煤田南部底板突水评价与对策[D];中国矿业大学(北京);2012年

4 段宏飞;煤矿底板采动变形及带压开采突水评判方法研究[D];中国矿业大学;2012年

5 肖有才;煤层底板突水的“破裂致突、渗流致突”机理与工程实践[D];中国矿业大学;2013年

6 张乐中;煤矿深部开采底板突水机理研究[D];长安大学;2013年

7 张蕊;带压开采底板构造裂隙带活化导渗机制[D];中国矿业大学;2014年

本文编号：1057997