深埋土岩界面下煤层开采覆岩破坏致灾机理

发布时间：2018-01-30 23:25

本文关键词： 深埋土岩界面高压直剪下渗带导水裂隙带压架突水　出处：《中国矿业大学》2014年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：我国东部一些矿区在临近深厚松散层底部土与煤系古风化岩界面（简称深埋土岩界面）煤层开采时，，发生严重的顶板突水（突泥）事故，且常伴随顶板压力异常增大甚至压死支架现象，采用传统理论还难以合理解释此类事故发生的机理。为解决这一重大煤矿工程地质问题，以安徽淮南潘谢矿区为代表，开展深埋土岩界面带在高压下水土岩相互作用工程地质性质基础研究，并对深埋土岩界面下煤层开采覆岩破坏致灾机理进行分析。采用理论分析、现场试验、室内实验、数值模拟和工程应用检验等研究方法，以阐释深埋土岩界面下煤层开采覆岩破坏致灾机理为主旨，在分析深埋土岩界面赋存地质环境、高压下土-岩相互作用力学特性等基础上，围绕“深埋土岩界面类型划分→下渗带的形成→导水裂隙带的发育规律→工作面压架突水机理”这一主线进行研究，取得了如下主要成果：（1）进行深埋土岩界面带现场地质调查，采取岩土试样，并利用矿区内各类钻孔测井资料分析、岩芯鉴定等方法，鉴定土层与煤系古风化岩界面位置。综合现场和室内测试资料，提出深埋土岩界面带工程地质类型可划分为四种类型，明确了我国东部发生严重的顶板突水事故的工作面位于深埋砂土-砂岩界面带类型地质环境下。（2）利用中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室自行研制的DRS-1型高压土直残剪试验机进行深埋砂土与煤系风化岩界面带高压直剪性能正交试验，采用方差及极差分析法分析了各影响因素对界面力学特性的敏感性，试验结果发现：法向压力是界面力学特性的主要影响因素，而界面岩性和粗糙度为次要影响因素；界面的剪切应力-剪切位移（τ-ω）曲线之间整体呈双曲线关系，无明显的峰值应力，表现为剪缩特征；法向压力为6MPa时，不同粗糙度界面的抗剪强度基本重合，法向压力大于8MPa时，界面粗糙度越大，界面抗剪强度越大；界面的抗剪强度与法向压力具有较好的线性关系，可用Mohr-Coulomb准则来描述。（3）在调查分析淮南潘谢矿区留设足够高防水煤岩柱，数个综采工作面突水实际资料基础上，提出下渗带的概念，分析了下渗带发育在深埋砂土-砂岩界面类型下、且应具备3个水文工程地质条件；采用极限平衡原理及水力劈裂准则推导得到了下渗带发育深度的理论计算公式，给出了淮南潘谢矿区下渗带发育深度范围值。（4）在系统分析深埋砂土-砂岩界面下高水压裂隙岩体赋存地质环境的基础上，采用关键层理论及矿山压力控制理论等，讨论了深埋土-岩界面下煤层开采导水裂隙带的发育特征规律；基于导水裂隙带高度实测值，采用主成分分析法研究了导水裂隙带高度发育的主控因素；基于钻孔简易水文观测资料，分析了岩性对导水裂隙带高度发育的影响，明确了导水裂隙带临界面的确定方法，将导水裂隙带实测资料进行深埋土岩界面带分区，研究了煤层顶板类型及采厚对导水裂隙带高度发育的影响；在此基础上提出了近深埋土-岩界面下煤层开采改进的导水裂隙带发育高度预计公式。（5）在淮南潘谢矿区采煤工作面压架突水特征分析的基础上，提出了煤层采前下渗带的存在，采后覆岩破坏异常发育的压架突水机理，指出下渗带的存在是发生压架突水事故的最根本、最重要的原因，由此提出防治压架突水的关键技术是：提高综采支架工作阻力、加快工作面开采速度，对下渗带进行注浆改造等。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD745

【参考文献】