顶板垮落动载诱发深部采场底板突水机理研究
发布时间：2020-12-02 12:33
随着我国煤矿开采深度的增加,采场受到底板突水的威胁愈发严重,动力灾害发生的频率和强度都会显著增加,多灾害耦合并发现象更为突出。以顶板垮落、冲击地压和矿震等为代表的动力灾害发生时往往会伴随着强烈的动载扰动作用,其波及范围可达几百米,会直接影响到底板承压含水层,特别是深部开采岩体处于极限平衡状态时,动载扰动会进一步加剧其能量聚集与释放在时间和空间上的不均匀性,较强动载作用极有可能导致隔水岩层的破坏,从而诱发深部采场底板突水灾害事故。然而,目前的底板突水机理研究主要关注采动应力变化和高承压水耦合作用下的突水问题,对动载等影响因素的考虑较少。面对深部的复杂力学环境,单纯的考虑静载作用还远不能阐明底板突水的全部机理,也不利于深部突水防治工作,动载等因素对深部采场底板突水的影响不可忽视。研究动载作用对底板突水的影响不仅是对深部开采条件下底板突水致灾机理的重要补充,还为探求深部底板突水预测与防治工作提供了新思路。基于上述研究背景,本文以顶板岩体垮落时产生的冲击载荷对深部采场底板突水的影响作为主要研究内容,综合运用理论分析、数值模拟和工程实例等方法,研究了底板隔水层和承压含水层的动力响应特征;利用断裂...
【文章来源】：中国矿业大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图3.3两种模型得到的采场底板垂直应力场
中国矿业大学（北京）博士学位论文图 3.5 为两种底板模型计算得到的底板水平应力场。由图 3.5 可以看出：与垂直应力类型，水平应力也在采空区底板内形成卸载区，在工作面两端出现明显的应力集中，且应力集中程度都随着底板深度的增大而降低；两种模型得到的底板水平应力差异较大，对于层状底板模型，由于不同层底板岩体的弹性模量差异，导致底板水平应力的分布呈现出分层特征[157]。
图 3.7 两种模型得到的采场底板剪切应力场Fig.3.7 Contours of shear stresses field in mining floor of different models图 3.8 为两种模型得到的工作面前方煤壁（x=35）下方底板的剪切应力随深度的变化。结合图 3.7 和 3.8 可以看出：两种模型计算得到的底板剪切应力场也存在差异，对于本例在底板 25m 以内的浅部，层状模型计算得到底板剪切应力绝对值要小于均匀模型；而在大于 25m 的底板深部，则相反，层状模型得到的剪切应力更大。从而表明层状模型计算得到的剪切应力影响深度更大，理论计算得到的采场底板剪切破坏深度比传统均质模型计算结果也要大。4030201000.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 -3.0度深zm()剪切应力 (MPa)
【参考文献】：
期刊论文
[1]Relationship between water inrush from coal seam floors and main roof weighting[J]. Sun Jian,Hu Yang,Zhao Guangming. International Journal of Mining Science and Technology. 2017(05)
[2]基于隔水关键层理论的倾斜煤层底板突水危险区域分析[J]. 孙建,王连国,鲁海峰. 采矿与安全工程学报. 2017(04)
[3]软硬互层岩体采场底板的应力分布及破坏特征研究[J]. 黄琪嵩,程久龙. 岩土力学. 2017(S1)
[4]循环荷载下完整底板导水通道演化过程研究[J]. 李浩,白海波,武建军,赵慧明,孟庆彬,马凯,黄卫星,郑磊. 岩土力学. 2017(S1)
[5]含水层富水性与其危险性关系的力学分析[J]. 桂辉,许进鹏,隋旺华. 采矿与安全工程学报. 2017(01)
[6]陷落柱填隙物全应力-应变过程的渗流特性研究[J]. 张勃阳,白海波,张凯. 采矿与安全工程学报. 2016(04)
[7]采动底板导水破坏深度滞后煤壁二次加深规律探测[J]. 李海龙,白海波,马丹,许静,钱宏伟,田成东. 采矿与安全工程学报. 2016(02)
[8]基于微裂纹演化的煤层底板损伤破裂与渗流演化过程数值模拟[J]. 陆银龙,王连国. 采矿与安全工程学报. 2015(06)
[9]深部开采隐伏构造扩展活化及突水试验研究[J]. 张士川,郭惟嘉,孙文斌,李扬杨,王海龙. 岩土力学. 2015(11)
[10]不同应变率下砂岩的动态力学特性研究[J]. 张岩,李庆文,李淼,崔明. 中国矿业. 2015(S2)
博士论文
[1]采动动载作用下底板岩层损伤破裂机理及突水防治技术研究[D]. 李海龙.中国矿业大学 2016
[2]采场底板隐伏断层活化及突水机理研究[D]. 胡新宇.中国矿业大学 2015
[3]断层型冲击矿压的动静载叠加诱发原理及其监测预警研究[D]. 蔡武.中国矿业大学 2015
本文编号：2895316
【文章来源】：中国矿业大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图3.3两种模型得到的采场底板垂直应力场
中国矿业大学（北京）博士学位论文图 3.5 为两种底板模型计算得到的底板水平应力场。由图 3.5 可以看出：与垂直应力类型，水平应力也在采空区底板内形成卸载区，在工作面两端出现明显的应力集中，且应力集中程度都随着底板深度的增大而降低；两种模型得到的底板水平应力差异较大，对于层状底板模型，由于不同层底板岩体的弹性模量差异，导致底板水平应力的分布呈现出分层特征[157]。
图 3.7 两种模型得到的采场底板剪切应力场Fig.3.7 Contours of shear stresses field in mining floor of different models图 3.8 为两种模型得到的工作面前方煤壁（x=35）下方底板的剪切应力随深度的变化。结合图 3.7 和 3.8 可以看出：两种模型计算得到的底板剪切应力场也存在差异，对于本例在底板 25m 以内的浅部，层状模型计算得到底板剪切应力绝对值要小于均匀模型；而在大于 25m 的底板深部，则相反，层状模型得到的剪切应力更大。从而表明层状模型计算得到的剪切应力影响深度更大，理论计算得到的采场底板剪切破坏深度比传统均质模型计算结果也要大。4030201000.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 -3.0度深zm()剪切应力 (MPa)
【参考文献】：
期刊论文
[1]Relationship between water inrush from coal seam floors and main roof weighting[J]. Sun Jian,Hu Yang,Zhao Guangming. International Journal of Mining Science and Technology. 2017(05)
[2]基于隔水关键层理论的倾斜煤层底板突水危险区域分析[J]. 孙建,王连国,鲁海峰. 采矿与安全工程学报. 2017(04)
[3]软硬互层岩体采场底板的应力分布及破坏特征研究[J]. 黄琪嵩,程久龙. 岩土力学. 2017(S1)
[4]循环荷载下完整底板导水通道演化过程研究[J]. 李浩,白海波,武建军,赵慧明,孟庆彬,马凯,黄卫星,郑磊. 岩土力学. 2017(S1)
[5]含水层富水性与其危险性关系的力学分析[J]. 桂辉,许进鹏,隋旺华. 采矿与安全工程学报. 2017(01)
[6]陷落柱填隙物全应力-应变过程的渗流特性研究[J]. 张勃阳,白海波,张凯. 采矿与安全工程学报. 2016(04)
[7]采动底板导水破坏深度滞后煤壁二次加深规律探测[J]. 李海龙,白海波,马丹,许静,钱宏伟,田成东. 采矿与安全工程学报. 2016(02)
[8]基于微裂纹演化的煤层底板损伤破裂与渗流演化过程数值模拟[J]. 陆银龙,王连国. 采矿与安全工程学报. 2015(06)
[9]深部开采隐伏构造扩展活化及突水试验研究[J]. 张士川,郭惟嘉,孙文斌,李扬杨,王海龙. 岩土力学. 2015(11)
[10]不同应变率下砂岩的动态力学特性研究[J]. 张岩,李庆文,李淼,崔明. 中国矿业. 2015(S2)
博士论文
[1]采动动载作用下底板岩层损伤破裂机理及突水防治技术研究[D]. 李海龙.中国矿业大学 2016
[2]采场底板隐伏断层活化及突水机理研究[D]. 胡新宇.中国矿业大学 2015
[3]断层型冲击矿压的动静载叠加诱发原理及其监测预警研究[D]. 蔡武.中国矿业大学 2015
本文编号：2895316
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