岩体渗流—应力耦合作用及煤层底板突水效应研究

发布时间：2018-04-02 08:17

  本文选题：煤层底板　切入点：突水机理　出处：《煤炭科学研究总院》2014年博士论文

【摘要】：煤层底板突水是威胁煤矿安全的主要灾害之一，煤层底板突水机理一直是煤矿水害防治技术研究的热点和难点问题。突水是渗流-应力耦合作用的结果，以渗流-应力耦合作用研究为主线，揭示煤层底板突水机理，具有重要的理论意义和工程应用价值。通过不同围压、水压条件下的细砂岩、中砂岩、粗砂岩及灰岩的三轴压缩试验及渗透性测试试验，获得岩石强度和变形特征，分析了岩石全应力应变过程渗透性变化规律，研究了围压和渗透压差对渗透性能的作用机制，建立了岩石渗透率动态演化模型和渗透率-体应变拟合方程，分析了岩石破坏过程声发射特性。 基于岩石工程系统（ORES）方法，构建了煤层底板突水耦合作用网络，推导了考虑有效应力、岩体骨架变形运动的渗流-应力耦合控制方程组，为深化煤层底板突水机理研究提供了途径 将煤层底板划分为完整底板、非贯通型底板和贯通型底板，结合4个典型突水实例分析了不同底板结构条件下的渗流-应力耦合作用模式；建立了煤层底板岩体结构灾后识别模型，通过相似模拟实验，，验证了识别模型的正确性，获得突水水压与突水量的相关关系；基于COMSOL Multiphysics数值模拟软件分析了不同岩体结构底板应力及破坏特征，提出了底板结构灾前识别方法。底板结构的灾前识别方法和灾后识别方法组成防治水工作过程中的底板结构识别方法，对于分析突水征兆和突水特征有重要意义。通过试验研究、理论分析、相似模拟、模型试验、突水实例分析等研究手段，形成了煤层底板渗流-应力耦合突水机理，提出了煤层底板结构识别方法，为煤层底板水害的预防和突水发生后的治理提供技术支持。
[Abstract]:Coal seam floor water inrush is one of the main disasters threatening the safety of coal mine. The mechanism of coal seam floor water inrush is always a hot and difficult problem in the research of coal mine water hazard prevention technology.Water inrush is the result of the coupling of seepage and stress. It is of great theoretical significance and engineering application value to reveal the mechanism of water inrush from coal seam floor based on the study of seepage and stress coupling.Through triaxial compression test and permeability test of fine sandstone, medium sandstone, coarse sandstone and limestone under different confining pressure and water pressure, the characteristics of rock strength and deformation are obtained.The mechanism of confining pressure and osmotic pressure difference on permeability is studied. The dynamic evolution model of rock permeability and the fitted equation of permeability and volume strain are established. The acoustic emission characteristics of rock failure process are analyzed.Based on the method of rock engineering system (ORES), the coupling network of water inrush from coal seam floor is constructed, and the governing equations of seepage and stress coupling considering effective stress and the movement of rock skeleton deformation are derived.It provides a way for the study of water inrush mechanism of coal seam floor.The coal seam floor is divided into complete floor, non-through type floor and through type floor. Combined with four typical examples of water inrush, the coupling mode of seepage and stress under different floor structure conditions is analyzed.The identification model of rock mass structure in coal seam floor after disaster is established. The correctness of the model is verified by similar simulation experiments, and the correlation between water inrush pressure and water inrush is obtained.Based on the numerical simulation software COMSOL Multiphysics, the stress and failure characteristics of different rock mass structures are analyzed, and a method for identification of floor structures before disaster is put forward.The identification method of floor structure before and after disaster is of great significance for analyzing the signs and features of water inrush in the process of prevention and control of water.By means of experimental research, theoretical analysis, similarity simulation, model test, water inrush analysis and so on, the mechanism of seepage and stress coupling inrush of coal seam floor is formed, and the identification method of coal seam floor structure is put forward.It provides technical support for prevention of water hazard in coal seam floor and treatment after water inrush.
【学位授予单位】：煤炭科学研究总院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD745

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本文编号：1699529