基于流固耦合物理模拟技术的顶板突水机理研究

发布时间：2017-11-24 17:17

  本文关键词：基于流固耦合物理模拟技术的顶板突水机理研究

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【摘要】：本文以神东矿区石屹台煤矿的浅埋藏、薄基岩、煤层厚度大且上覆厚松散沙层的22304综采工作面为对象，基于“上三带、关键层等理论，从野外调查与资料分析、理论分析、室内模拟实验、信息化技术、数值建模、综合因素分析等方面对在厚松散层、浅埋较薄煤层情况下，开采过程中，覆岩运动规律及顶板突水溃砂机理进行了研究。 通过现场资料分析理论分析获得了22304工作面具体地质及水文条件，开展流固耦合相似材料配比实验工作，结果表明：随着石蜡掺量增大，试件的强度变大、柔性减弱，当石蜡的掺量大于8%时抗水性能良好；在掺入8%石蜡的基础上，掺入8%凡士林可以减少试件弹性模量，，增强变形能力；凡士林和石蜡的合理搭配，优势互补，可制作出抗水性能较好的流固耦合相似材料。 开展流固耦合相似材料模拟实验，覆岩运移过程与普通煤层开采的“三带”规律不同，次岩层只存在“两带”，分别是垮落带和裂隙带，由于埋藏浅，地表会出现裂隙。从突水通道的形成过程分析，突水通道形成特征主要受顶板水压水量的大小、工作面推进尺寸、顶板破坏高度、顶板板岩体力学等方面的影响。 通过数值模拟获得了浅埋较薄煤层开采覆岩应力，得出开采工程中，工作面两端头易发生顶板突水,其次是采空区上下两平巷侧容易失稳突水。 从厚松散含水层、薄基岩浅埋煤层开采时存在的突水溃砂问题入手、分析影响突水溃砂的4个影响因素、以现场监测、室内流固耦合相似模拟和水动力学等为主要研究手段，分析采区的特定的地质条件，研究煤层采动覆岩来压的规律，薄基岩破坏规律及研究水砂运移的动力机制，并给出突水溃砂临界水头高度及安全水头的计算和判定依据；得出了工作面的临界采宽是52.7m,老顶首次来压计算步距50～79m，周期来压步距16～19m。临界水力坡度为1.251、临界水头高度为13.54m、实际水力坡度为3.25，实际水力坡度大于临界水力坡度，分析研究区在初始状态下有突水溃砂危险。
【学位授予单位】：华北科技学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD745

【参考文献】

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本文编号：1223010