带压开采下底板渗流与应力耦合破坏突水机理研究

发布时间：2017-03-31 07:27

  本文关键词：带压开采下底板渗流与应力耦合破坏突水机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来，随着董家河煤矿开采深度的增加，开采环境日趋复杂，水压、地应力等不断增大，太原组下部煤层开采受到奥陶纪灰岩承压水的威胁将更加突出，如何有效预防和控制底板奥灰岩溶水害问题已变得十分迫切和重要。本文围绕带压开采条件下煤层底板突水的影响因素分析、采动支承压力数学模型的建立、流固耦合数值模型的建立、底板注浆改造工程设计依据等科学问题，综合运用理论分析、数值模拟、现场测试及实验室试验等技术途径，对渗流与应力耦合作用下底板采动破坏特征及突水机理展开了全面系统的研究，并取得了如下成果： （1）在分析董家河煤矿工程地质、水文地质及以往突水资料的基础上，系统研究了影响董家河煤矿5号煤层底板突水的主要因素，即奥灰岩含水层水头高度、含水层富水性、底板隔水层岩性、岩层组合特征、地质构造以及矿山压力等，董家河煤矿5号煤层底板突水是这些因素共同作用的结果，在这些影响因素中，地质构造和奥灰水头高度是主导因素、奥灰岩的富水性以及底板隔水层的组合特性是客观因素、采动矿压是促进因素、工作面的倾斜长度及开采面积是工程主观因素。 （2）利用本文的理论分析方法，把理论与现场实测相结合，对董家河煤矿5号煤层底板岩体受采动影响的局部深度进行现场实测，，得到了带压开采条件下煤层底板采动破坏深度，实现了用理论方法解决现场实测的关键性技术问题。 （3）采用岩石损伤破裂过程渗流与应力耦合分析系统F-RFPA2D，建立了渗流场与应力场耦合作用下董家河煤矿5号煤层底板岩层结构数值模型，对底板采动应力与渗流影响进行数值模拟分析，揭示了煤层底板隔水层的采动破坏特征、应力分布及渗流特征，为深入研究董家河煤矿5号煤层底板突水规律提供了科学依据。 （4）通过本文的系统分析，将研究成果应用于董家河煤矿5号煤层22507工作面底板注浆加固改造工程中，采用流固耦合数值分析于底板水害防治技术实践，并结合模拟结果提出煤层底板注浆加固改造技术措施，实现了工作面安全回采，取得了巨大的经济效益和社会效益，为今后董家河煤矿乃至澄合矿区太原组下部5号煤层底板奥灰岩溶水害预测和预防提供了宝贵经验。
【关键词】：带压开采 渗流与应力 耦合分析 突水机理 数值模拟
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD745
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-22
• 1.1 论文选题的背景和意义9-10
• 1.1.1 选题的背景9-10
• 1.1.2 选题研究意义10
• 1.2 国内外研究现状及评述10-20
• 1.2.1 底板突水机理理论研究现状11-16
• 1.2.2 底板突水模拟试验研究现状16
• 1.2.3 岩体渗流与应力耦合理论研究现状16-19
• 1.2.4 底板突水预测预报技术研究现状19-20
• 1.3 本文的主要工作20-22
• 1.3.1 主要研究内容20-21
• 1.3.2 技术路线21-22
• 2 煤层底板突水影响因素分析22-31
• 2.1 底板含水层水头高度22-25
• 2.1.1 水压作用机理22-24
• 2.1.2 底板突水的基本条件24-25
• 2.2 底板含水层的富水性25
• 2.3 底板隔水岩层性质及其组合特征25-27
• 2.3.1 底板隔水层阻抗水能力25-26
• 2.3.2 底板隔水岩层组合特征26-27
• 2.4 地质构造27-28
• 2.5 矿山压力28-29
• 2.6 开采条件29-30
• 2.6.1 底板突水与工作面倾斜长度的关系29
• 2.6.2 底板突水与开采面积的关系29-30
• 2.7 本章小结30-31
• 3 带压开采下底板采动应力耦合作用机制研究31-52
• 3.1 煤体变形破坏特征及弹塑性应变软化模型的建立31-34
• 3.1.1 煤体变形破坏特征31-32
• 3.1.2 煤体弹塑性应变软化模型的建立32-34
• 3.2 煤层底板支承压力分布规律及力学分析34-43
• 3.2.1 支承压力分布的一般规律性34
• 3.2.2 底板支承压力分布的力学模型34-43
• 3.3 带压开采下底板采动破坏塑性力学分析43-51
• 3.3.1 极限平衡微分方程的建立43-45
• 3.3.2 滑移线方程及其应力关系式45-46
• 3.3.3 应力边界条件46-47
• 3.3.4 底板采动破坏形态及破坏深度分析47-51
• 3.4 本章小结51-52
• 4 煤层底板采动破坏特征的渗流与应力耦合数值分析52-61
• 4.1 数值计算基本方程及计算程序简介52
• 4.2 数值计算模型的建立52-55
• 4.3 数值模拟计算结果55-59
• 4.3.1 底板裂隙扩展及分布的动态演变特征55-56
• 4.3.2 底板采动应力分布规律56-58
• 4.3.3 底板渗流特征分析58-59
• 4.4 结果分析讨论59-60
• 4.5 本章小结60-61
• 5 董家河煤矿 5 号煤层带压开采对策研究61-73
• 5.1 工程地质及水文地质条件61
• 5.2 煤层底板改造层位数值分析61-65
• 5.3 煤层底板注浆改造技术措施65-71
• 5.3.1 底板注浆改造技术原理及目的66
• 5.3.2 底板注浆堵水改造施工流程66-71
• 5.3.3 底板注浆改造效果评价71
• 5.4 社会经济效益分析71-72
• 5.5 本章小结72-73
• 6 结论73-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-81
• 附录81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：279179