神府矿区隔水土层采动失稳突水机理研究
发布时间：2021-04-11 01:16
神府矿区薄基岩浅埋煤层上普遍覆盖有三趾马红土隔水层，隔水土层在采动应力场与渗流场共同作用下的微观裂隙损伤-弥合机理、宏观失稳-突水机理以及隔水土层孔隙水压与顶板突水之间的时空响应规律,对于神府矿区顶板突水机理研究有着关键性的作用,这些问题的解决能够有效揭示因隔水土层失稳引起的顶板突水灾害演化规律。论文采用理论分析、土工实验、两相物理及数值模拟与工程实践等方法,开展了基于于隔水土层破坏失稳的顶板突水机理研究,取得如下主要成果:（1）通过土工实验分析，发现矿区隔水土层极限抗剪强度随着液性指数的变化会发生区段跳跃变化的规律。分别从水理、物理及形变角度提出隔水土层三大特性:①水理特性:隔水土层陚存状态随埋深变化的形态异性，其液性指数随着埋深圼近似线性下降趋势,并会引起其形态变化:②物理特性;隔水土层强度指标随埋深变化的深度异性。③形变特性:薄基岩浅埋煤层开采后的地表沉陷的特殊性—隔水上层的沉陷异性,可以解释矿区地表下沉虽增大的原因。（2）基于理论推导与数值计算,分析了隔水土层纵向裂隙发育规律及弥合演化过程,通过构建土层孔隙-裂隙介质渗流耦合方程,对纵向裂隙发育机理进行分析，得到了纵向裂隙宽度解...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
萨拉乌苏组含水层厚度分部图
图 2.2 土工实验过程表 2.3 隔水土层性质参数编号含水率ω%重度γkN/m3饱和度Sr%孔隙比e液限wL%塑限wP%湿陷系数δs压缩系数a1-2MPa-1压缩模量Es1-2MPa渗透系数m/d1 10.7 16.5 62 0.74 32.5 24.6 0.032 0.61 3.9 0.00822 21.2 19.6 81 0.72 35.6 24.3 0.035 0.62 4.1 0.00563 22.3 20.1 76 0.76 30.4 25.3 0.037 0.51 4.4 0.00424 20.1 18.3 69 0.73 31.5 21.5 0.039 0.62 4.3 0.00145 25.1 19.5 62 0.74 30.6 23.2 0.047 0.57 3.9 0.00466 23.1 17.5 68 0.79 31.9 24.6 0.042 0.54 3.8 0.00567 24.8 19.6 69 0.71 33.8 25.1 0.050 0.58 4.2 0.00738 21.8 20.2 74 0.73 30.8 23.6 0.049 0.63 3.8 0.0065
表 2.4 隔水土层状态分类IL指标 土层状态 固结体积 抗IL≤0 半固态 无 IL≤0.25 硬塑 很小 ＜IL≤0.75 可塑 中等 5＜IL≤1 软塑 较大 IL＞1 流塑 大 品土工试验结果统计，由于隔水土层在实际工程条件下主要受土样品进行不同含水率的极限抗剪强度测试，试验统计结果见水量小于 ωP时，其液性指数 IL会小于零，这时土体呈现的是抗剪强度较高；当土体的含水量大于 ωP时，其液性指数 IL会呈现的是塑态状态，导致其极限抗剪强度急剧下降；当土体的性指数 IL会大于 1，此时土体呈现的是流态状态，导致其极体来看，隔水土层极限抗剪强度随着与液性指数的增加呈区段态时基本线性下降，但是接近流态时，极限抗剪强度保持最低半固态
【参考文献】：
期刊论文
[1]陕北毛乌素沙漠区潜水含水层富水性及动态变化特征[J]. 贺晓浪,段中会,苗霖田,张建军. 西安科技大学学报. 2019(01)
[2]对“补给模数大井法计算矿坑涌水量”商榷的答辩[J]. 钱学溥,张明燕,于义强,王延涛,修艳敏. 工程勘察. 2018(07)
[3]含水层下短壁块段式采煤导水裂隙带高度发育规律研究[J]. 张云,曹胜根,郭帅,万通,王纪军. 采矿与安全工程学报. 2018(01)
[4]《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》解读[J]. 吉林劳动保护. 2017(08)
[5]保水采煤的科学内涵[J]. 范立民. 煤炭学报. 2017(01)
[6]隔水层再造——西北保水采煤关键隔水层N2红土工程地质研究[J]. 李文平,王启庆,李小琴. 煤炭学报. 2017(01)
[7]三软煤层综放工作面覆岩垮落及裂隙导水特征分析[J]. 来兴平,崔峰,曹建涛,吕兆海,康延雷. 煤炭学报. 2017(01)
[8]基于“三图法”煤层顶板突水动态可视化预测[J]. 武强,徐华,赵颖旺,崔家全. 煤炭学报. 2016(12)
[9]沟谷地形下煤炭开采对地表径流的影响[J]. 张广磊,鞠金峰,许家林. 煤炭学报. 2016(05)
[10]西部生态脆弱矿区矿井突水溃沙危险性分区[J]. 范立民,马雄德,蒋辉,程帅. 煤炭学报. 2016(03)
博士论文
[1]西北沟壑下垫层N2红土釆动破坏灾害演化机理研究[D]. 王启庆.中国矿业大学 2017
[2]陕北煤炭大规模开采含隔水层结构变异及水资源动态研究[D]. 李涛.中国矿业大学 2012
[3]煤矿积水采空区瞬变电磁法探测技术研究[D]. 解海军.中国地质大学（北京） 2009
[4]降雨入渗条件下土坡水土作用机理及其稳定性分析与预测预报研究[D]. 王继华.中南大学 2006
[5]大坝及其周围地质体中渗流与应力场耦合分析[D]. 柴军瑞.西安理工大学 2000
硕士论文
[1]基于水土相互作用边坡稳定性分析[D]. 尚羽.江苏科技大学 2010
[2]防止煤层顶板水溃入矿井的预警系统研究[D]. 张雁.煤炭科学研究总院 2008
[3]工作面水害电阻率CT法探测实验研究[D]. 李文.山东科技大学 2005
本文编号：3130675
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
萨拉乌苏组含水层厚度分部图
图 2.2 土工实验过程表 2.3 隔水土层性质参数编号含水率ω%重度γkN/m3饱和度Sr%孔隙比e液限wL%塑限wP%湿陷系数δs压缩系数a1-2MPa-1压缩模量Es1-2MPa渗透系数m/d1 10.7 16.5 62 0.74 32.5 24.6 0.032 0.61 3.9 0.00822 21.2 19.6 81 0.72 35.6 24.3 0.035 0.62 4.1 0.00563 22.3 20.1 76 0.76 30.4 25.3 0.037 0.51 4.4 0.00424 20.1 18.3 69 0.73 31.5 21.5 0.039 0.62 4.3 0.00145 25.1 19.5 62 0.74 30.6 23.2 0.047 0.57 3.9 0.00466 23.1 17.5 68 0.79 31.9 24.6 0.042 0.54 3.8 0.00567 24.8 19.6 69 0.71 33.8 25.1 0.050 0.58 4.2 0.00738 21.8 20.2 74 0.73 30.8 23.6 0.049 0.63 3.8 0.0065
表 2.4 隔水土层状态分类IL指标 土层状态 固结体积 抗IL≤0 半固态 无 IL≤0.25 硬塑 很小 ＜IL≤0.75 可塑 中等 5＜IL≤1 软塑 较大 IL＞1 流塑 大 品土工试验结果统计，由于隔水土层在实际工程条件下主要受土样品进行不同含水率的极限抗剪强度测试，试验统计结果见水量小于 ωP时，其液性指数 IL会小于零，这时土体呈现的是抗剪强度较高；当土体的含水量大于 ωP时，其液性指数 IL会呈现的是塑态状态，导致其极限抗剪强度急剧下降；当土体的性指数 IL会大于 1，此时土体呈现的是流态状态，导致其极体来看，隔水土层极限抗剪强度随着与液性指数的增加呈区段态时基本线性下降，但是接近流态时，极限抗剪强度保持最低半固态
【参考文献】：
期刊论文
[1]陕北毛乌素沙漠区潜水含水层富水性及动态变化特征[J]. 贺晓浪,段中会,苗霖田,张建军. 西安科技大学学报. 2019(01)
[2]对“补给模数大井法计算矿坑涌水量”商榷的答辩[J]. 钱学溥,张明燕,于义强,王延涛,修艳敏. 工程勘察. 2018(07)
[3]含水层下短壁块段式采煤导水裂隙带高度发育规律研究[J]. 张云,曹胜根,郭帅,万通,王纪军. 采矿与安全工程学报. 2018(01)
[4]《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》解读[J]. 吉林劳动保护. 2017(08)
[5]保水采煤的科学内涵[J]. 范立民. 煤炭学报. 2017(01)
[6]隔水层再造——西北保水采煤关键隔水层N2红土工程地质研究[J]. 李文平,王启庆,李小琴. 煤炭学报. 2017(01)
[7]三软煤层综放工作面覆岩垮落及裂隙导水特征分析[J]. 来兴平,崔峰,曹建涛,吕兆海,康延雷. 煤炭学报. 2017(01)
[8]基于“三图法”煤层顶板突水动态可视化预测[J]. 武强,徐华,赵颖旺,崔家全. 煤炭学报. 2016(12)
[9]沟谷地形下煤炭开采对地表径流的影响[J]. 张广磊,鞠金峰,许家林. 煤炭学报. 2016(05)
[10]西部生态脆弱矿区矿井突水溃沙危险性分区[J]. 范立民,马雄德,蒋辉,程帅. 煤炭学报. 2016(03)
博士论文
[1]西北沟壑下垫层N2红土釆动破坏灾害演化机理研究[D]. 王启庆.中国矿业大学 2017
[2]陕北煤炭大规模开采含隔水层结构变异及水资源动态研究[D]. 李涛.中国矿业大学 2012
[3]煤矿积水采空区瞬变电磁法探测技术研究[D]. 解海军.中国地质大学（北京） 2009
[4]降雨入渗条件下土坡水土作用机理及其稳定性分析与预测预报研究[D]. 王继华.中南大学 2006
[5]大坝及其周围地质体中渗流与应力场耦合分析[D]. 柴军瑞.西安理工大学 2000
硕士论文
[1]基于水土相互作用边坡稳定性分析[D]. 尚羽.江苏科技大学 2010
[2]防止煤层顶板水溃入矿井的预警系统研究[D]. 张雁.煤炭科学研究总院 2008
[3]工作面水害电阻率CT法探测实验研究[D]. 李文.山东科技大学 2005
本文编号：3130675
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