赵固二矿含断层的煤层底板突水机理试验研究

发布时间：2017-04-22 17:52

  本文关键词：赵固二矿含断层的煤层底板突水机理试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：矿井突水是影响我国矿井安全生产的主要灾害,底板断层突水是矿井突水的主要形式,采动引发底板断层活化,形成连接采掘空间和含水层的导水通道,是造成底板突水的主要原因。本文运用理论分析、相似模拟和数值模拟等研究手段,以赵固二矿底板断层为研究对象,研究了影响赵固二矿底板断层突水的主要因素和底板断层活化突水规律,取得了如下研究结论:(1)分析了水源、水压、隔水层和地质构造等突水影响因素与断层相互作用,结果表明:断层与突水因素在突水过程中相互促进,断层的存在加重突水影响因素在突水过程中的作用,突水影响因素在一定程度上也促进断层的活化。(2)从采动应力和水力劈裂两个角度对断层活化进行了力学分析,推导得出了采动应力影响下断层活化的判据公式,建立了水力劈裂作用下裂隙失稳扩展时临界水压力与垂直应力、侧压系数、压剪系数和裂隙倾角之间的曲线关系。(3)采用相似模拟试验方法,研究了采动影响下底板断层活化规律及特征,试验结果表明:在采动影响下,底板断层活化过程可分为稳定期、初始期和活化活跃期;初始期断层带附近衍生裂隙与工作面底板塑性破坏区形成沟通,是断层完全活化的前兆信息;活跃期断层滑落失稳,断层面处于张开状态,导水通道形成,突水事故发生。(4)应用数值模拟研究了底板断层对底板突水的影响,模拟结果表明:断层带附近的塑性破坏区随着工作面向断层的推进而逐渐增大,当采空区下方塑性破坏区与断层带附近破坏区沟通时形成突水通道,引发突水。
【关键词】：断层活化 底板突水 判据公式 相似模拟 数值模拟
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD745
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 引言10-20
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-17
• 1.2.1 完整底板突水研究现状11-12
• 1.2.2 底板断层突水研究现状12-17
• 1.3 研究内容17-18
• 1.4 技术路线18-20
• 2 断层对突水因素的影响20-30
• 2.1 断层对水源的影响20-22
• 2.1.1 水对断层带岩石的浸泡崩解作用20-22
• 2.1.2 有利于导水通道形成22
• 2.2 断层对水压的影响22-24
• 2.3 断层对隔水层的影响24-28
• 2.3.1 断层自身的形式24-25
• 2.3.2 断层带岩石的力学性质25-28
• 2.4 断层对地质构造的影响28-29
• 2.4.1 对隐伏小断层的影响28
• 2.4.2 对岩溶陷落柱的影响28-29
• 2.5 采掘活动对断层的影响29
• 2.6 小结29-30
• 3 断层突水的力学机理30-50
• 3.1 集中应力引发的断层突水30-38
• 3.1.1 概述30-32
• 3.1.2 建立断层活化力学模型32-33
• 3.1.3 模型力学分析33-38
• 3.2 水力劈裂引发的断层突水38-48
• 3.2.1 机理分析38-40
• 3.2.2 复杂应力状态下断层带的水力劈裂作用40-48
• 3.3 小结48-50
• 4 断层活化相似模拟试验研究50-64
• 4.1 原型地质及水文地质条件50-55
• 4.1.1 地质及其构造特征50-51
• 4.1.2 水文地质特征51-53
• 4.1.3 充水因素分析53-55
• 4.2 相似模拟试验55-63
• 4.2.1 模型设计55
• 4.2.2 相似理论基础55-56
• 4.2.3 相似材料配比及模型铺设56
• 4.2.4 模型测点布置及开挖方式56-58
• 4.2.5 试验观测和结果分析58-63
• 4.3 小结63-64
• 5 断层活化数值模拟研究64-80
• 5.1 应力-渗流耦合的有限差分方法64-66
• 5.2 数值模拟研究66-78
• 5.2.1 模型建立66-68
• 5.2.2 模拟结果分析68-78
• 5.3 小结78-80
• 6 结论和展望80-82
• 6.1 结论80-81
• 6.2 展望81-82
• 参考文献82-86
• 作者简历86-87
• 学位论文数据集87

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