带压开采下底板渗流与应力耦合破坏突水机理及其工程应用
发布时间：2021-02-27 06:11
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、采动支承压力和承压水压力数学模型的建立、流固耦合数值模型的建立、底板隔水层突水危险区域等级划分、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）应用煤体线性弹塑性软化模型，推导出煤壁前方支...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
煤体全应力-应变过程曲线
点开始形成新的破裂；应变强化阶段，由于新生裂隙产生，试件内裂隙加密且出明显的扩容性。在应力达到极限强度前，BC 段内裂破裂开始快速传播，CD 段内破裂迅速传播，体积扩容体产生大量纵向裂隙；塑性软化阶段，应力随破裂发展而急剧下降，变形量增现出煤样压酥，可见煤样的这种变形特征与其内部裂隙关；流动变形阶段，煤体最终破坏后，由于侧向压力作用及残余强度。塑性应变软化模 的建立节煤体变形特征分析可知，煤体的变形表现出弹塑性软过程曲线简化成理想的线性弹塑性软化模型，如图 3.3为峰值强度前的弹性变形区以及峰值后的塑性软化变度用塑性软化角 （ ≠0）表示。
安科技大学博士学位论文28从图3.4中可以看出，长壁工作面前方煤壁内的支承压力叫前支承压力，前支承压力区宽度范围为20~25m，从煤壁到支承压力峰值距离为0~15m。工作面两端沿上下顺槽煤壁的压力为侧支承压力，侧方支承压力的范围为15~20m。在采空区内形成后支承压力，侧支承压力和前支承压力在上下顺槽与回采空间交叉点会合，并叠加成尖峰支承压力，该处应力集中系数相对较大。从图X1X1和X2X2剖面图中可以看出，煤层采动后不仅在工作面周围煤壁上产生高于原始应力的支承压力，而且在工作面范围内，垂直压力大大低于覆盖层的岩石地应力γH
【参考文献】：
期刊论文
[1]岩体突水通道形成过程中应力-渗流-损伤多场耦合机制[J]. 李利平,李术才,石少帅,周宗青,郭明,王庆瀚. 采矿与安全工程学报. 2012(02)
[2]煤层底板突水危险性综合评价[J]. 郑德志,杨滨滨. 煤矿安全. 2012(02)
[3]采动断层活化引发突水机理研究[J]. 王壹,杨伟峰,李明,刘曦. 煤炭工程. 2011(08)
[4]承压水上开采工作面底板破坏规律相似模拟试验[J]. 姜耀东,吕玉凯,赵毅鑫,张党育. 岩石力学与工程学报. 2011(08)
[5]流固化学耦合作用下裂隙岩体渗透特性研究进展[J]. 盛金昌,许孝臣,姚德生,詹美礼,速宝玉. 岩土工程学报. 2011(07)
[6]对“动力扰动诱发承压底板关键层失稳的突变理论研究”的讨论[J]. 潘岳,李爱武. 岩土力学. 2011(07)
[7]对隔水底板破断突水机制的突变理论分析的认识——兼对潘岳教授等提问的答复[J]. 左宇军,李术才,秦泗凤,李利平. 岩土力学. 2011(07)
[8]裂隙岩体渗流应力耦合机制研究[J]. 张国玉,田晶莹,孙玉杰,王海超. 工业建筑. 2011(06)
[9]煤矿底板软硬相间岩层突水的流固耦合分析[J]. 胡峰华,鞠远江. 煤矿安全. 2011(06)
[10]煤层底板导水破坏深度的灰色BP神经网络预算模型[J]. 黄莲莲,张正培,陈琛. 露天采矿技术. 2011(02)
博士论文
[1]煤层底板采动岩水耦合作用与高承压水体上安全开采技术研究[D]. 牛建立.煤炭科学研究总院 2008
[2]大采深条件下徐、奥灰突水机理及防治技术研究[D]. 李子林.山东科技大学 2007
[3]矿井（底板）突水灾害的动态机理及综合判测和预报软件开发研究[D]. 张文泉.山东科技大学 2004
硕士论文
[1]朱庄煤矿六煤层底板突水防治技术的研究[D]. 胡茂流.安徽理工大学 2005
本文编号：3053809
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
煤体全应力-应变过程曲线
点开始形成新的破裂；应变强化阶段，由于新生裂隙产生，试件内裂隙加密且出明显的扩容性。在应力达到极限强度前，BC 段内裂破裂开始快速传播，CD 段内破裂迅速传播，体积扩容体产生大量纵向裂隙；塑性软化阶段，应力随破裂发展而急剧下降，变形量增现出煤样压酥，可见煤样的这种变形特征与其内部裂隙关；流动变形阶段，煤体最终破坏后，由于侧向压力作用及残余强度。塑性应变软化模 的建立节煤体变形特征分析可知，煤体的变形表现出弹塑性软过程曲线简化成理想的线性弹塑性软化模型，如图 3.3为峰值强度前的弹性变形区以及峰值后的塑性软化变度用塑性软化角 （ ≠0）表示。
安科技大学博士学位论文28从图3.4中可以看出，长壁工作面前方煤壁内的支承压力叫前支承压力，前支承压力区宽度范围为20~25m，从煤壁到支承压力峰值距离为0~15m。工作面两端沿上下顺槽煤壁的压力为侧支承压力，侧方支承压力的范围为15~20m。在采空区内形成后支承压力，侧支承压力和前支承压力在上下顺槽与回采空间交叉点会合，并叠加成尖峰支承压力，该处应力集中系数相对较大。从图X1X1和X2X2剖面图中可以看出，煤层采动后不仅在工作面周围煤壁上产生高于原始应力的支承压力，而且在工作面范围内，垂直压力大大低于覆盖层的岩石地应力γH
【参考文献】：
期刊论文
[1]岩体突水通道形成过程中应力-渗流-损伤多场耦合机制[J]. 李利平,李术才,石少帅,周宗青,郭明,王庆瀚. 采矿与安全工程学报. 2012(02)
[2]煤层底板突水危险性综合评价[J]. 郑德志,杨滨滨. 煤矿安全. 2012(02)
[3]采动断层活化引发突水机理研究[J]. 王壹,杨伟峰,李明,刘曦. 煤炭工程. 2011(08)
[4]承压水上开采工作面底板破坏规律相似模拟试验[J]. 姜耀东,吕玉凯,赵毅鑫,张党育. 岩石力学与工程学报. 2011(08)
[5]流固化学耦合作用下裂隙岩体渗透特性研究进展[J]. 盛金昌,许孝臣,姚德生,詹美礼,速宝玉. 岩土工程学报. 2011(07)
[6]对“动力扰动诱发承压底板关键层失稳的突变理论研究”的讨论[J]. 潘岳,李爱武. 岩土力学. 2011(07)
[7]对隔水底板破断突水机制的突变理论分析的认识——兼对潘岳教授等提问的答复[J]. 左宇军,李术才,秦泗凤,李利平. 岩土力学. 2011(07)
[8]裂隙岩体渗流应力耦合机制研究[J]. 张国玉,田晶莹,孙玉杰,王海超. 工业建筑. 2011(06)
[9]煤矿底板软硬相间岩层突水的流固耦合分析[J]. 胡峰华,鞠远江. 煤矿安全. 2011(06)
[10]煤层底板导水破坏深度的灰色BP神经网络预算模型[J]. 黄莲莲,张正培,陈琛. 露天采矿技术. 2011(02)
博士论文
[1]煤层底板采动岩水耦合作用与高承压水体上安全开采技术研究[D]. 牛建立.煤炭科学研究总院 2008
[2]大采深条件下徐、奥灰突水机理及防治技术研究[D]. 李子林.山东科技大学 2007
[3]矿井（底板）突水灾害的动态机理及综合判测和预报软件开发研究[D]. 张文泉.山东科技大学 2004
硕士论文
[1]朱庄煤矿六煤层底板突水防治技术的研究[D]. 胡茂流.安徽理工大学 2005
本文编号：3053809
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