承压水上膏体充填开采防治底板突水机理研究
发布时间：2021-09-11 18:20
底板岩体的稳定性主要取决于底板岩性组合和所处复杂地质力学环境,当煤层底板存在承压含水层时,在采动矿压和水压力的联合作用下,极易造成底板岩体破坏失稳,承压水头沿着底板裂隙逐渐向上扩展导升,当承压水头突破有效隔水层时极易引发突水事故。本文通过理论分析、耦合材料模拟实验、数值模拟和现场实测等手段,对承压水上膏体充填开采防治底板突水机理进行了研究,主要研究成果如下:（1）基于弹性力学和塑性滑移线场理论,对膏体充填开采底板应力分布特征和承压水导升过程进行理论分析,推导出底板塑性区破坏范围和煤柱屈服极限宽度,分析了底板裂隙在采动应力影响下向深部转移规律,结合承压水对底板岩体裂隙扩展作用,对膏体充填开采底板裂隙扩展范围和塑性破坏深度进行分区,推导出底板承压水的最大导升高度公式,对底板突水概率进行理论预测。（2）采用流-固耦合实验材料,在底板存在隐伏断层构造情况下,对底板应力场、位移场和水压力场分布特征进行研究,分析了在膏体充填开采过程中底板裂隙扩展机理和隐伏断层活化规律,研究了隐伏断层附近垂直应力分布特征、水压导升高度以及裂隙扩展状态,得到了底板岩层破断判距和断层上下盘应力变化特征。（3）基于流-固...
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
集中载荷作用受力图
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【参考文献】：
期刊论文
[1]粉煤灰高水短壁部分充填技术研究与实践[J]. 张新国,刘伟韬,孙希奎,刘进晓,刘兆平,李飞,庞振忠. 煤炭学报. 2016(12)
[2]深部开采底板裂隙扩展演化规律试验研究[J]. 陈军涛,郭惟嘉,尹立明,路畅,常西坤,张士川,张呈祥. 岩石力学与工程学报. 2016(11)
[3]似膏体充填开采防止高承压底板水突出研究[J]. 邱梅,施龙青,于小鸽,高卫富,石永奎. 采矿与安全工程学报. 2016(03)
[4]矸石膏体充填采煤液压支架应用技术研究[J]. 陈桂磊,于海锋,冯海龙. 矿业装备. 2016(01)
[5]深部采动底板突水模拟试验系统的研制与应用[J]. 孙文斌,张士川. 岩石力学与工程学报. 2015(S1)
[6]基于PCAFuzzyPSOSVC的底板突水危险性评价[J]. 施龙青,谭希鹏,王娟,季小凯,牛超,徐东晶. 煤炭学报. 2015(01)
[7]断层影响下底板采动临界突水水压解析解[J]. 鲁海峰,沈丹,姚多喜,胡友彪. 采矿与安全工程学报. 2014(06)
[8]金川镍矿尾砂膏体充填系统工艺技术改造与应用研究[J]. 杨志强,王永前,高谦,陈得信,姚维信. 有色金属科学与工程. 2014(02)
[9]建筑垃圾再生骨料膏体充填环管试验[J]. 张保良,刘音,张浩强,张新国. 金属矿山. 2014(02)
[10]煤层底板突水危险性的Fisher判别分析模型[J]. 张文泉,张广鹏,李伟,华祥. 煤炭学报. 2013(10)
博士论文
[1]半监督学习和数值模拟的煤层底板突水预警系统研究[D]. 刘雪艳.太原理工大学 2016
[2]基于风险评估及突变理论的煤层底板突水危险性预测[D]. 朱宗奎.中国矿业大学 2014
[3]煤层底板突水的“破裂致突、渗流致突”机理与工程实践[D]. 肖有才.中国矿业大学 2013
[4]采动断层突水机理研究[D]. 黄存捍.中南大学 2010
[5]采场底板断层活化及突水力学机理研究[D]. 卜万奎.中国矿业大学 2009
硕士论文
[1]承压水上开采煤层底板裂隙时空演化规律研究[D]. 张峰.安徽理工大学 2014
[2]超高水材料充填开采留巷围岩活动规律研究[D]. 李杰.中国矿业大学 2014
[3]承压水上采煤底板破坏突水机理研究[D]. 毕龙.西安科技大学 2012
[4]底板隐伏断层采动突水过程数值模拟研究[D]. 杨登峰.青岛理工大学 2011
[5]村庄下膏体充填采煤控制地表沉陷的研究[D]. 郭振华.中国矿业大学 2008
[6]基于信息融合的底板突水预测[D]. 于小鸽.山东科技大学 2008
[7]朱村矿承压水上膏体充填开采底板破坏规律研究[D]. 武龙飞.中国矿业大学 2008
[8]兖州煤田奥灰水文地质特征及对下组煤开采的影响研究[D]. 隋岩刚.山东科技大学 2007
[9]断层对底板突水的作用影响研究[D]. 孙文斌.山东科技大学 2006
[10]承压水体上开采底板突水规律的研究[D]. 代长青.安徽理工大学 2005
本文编号：3393488
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
集中载荷作用受力图
／■：??＇２／ｗｅ?Ｌ?＿２Ｐ?士??ｃｒｒ?＝??°ｘ?￣?ＪＴ７??ｎｒ?ｎ?（＾＋２?）??２Ｐｓｉｎ＾ｃｏｓ６＞?ＩＰ?２ｙ２?．．．．??卞＝ｎ；．—叫?（１１）??＿?２／＾ｓｉｎ＾ｃｏｓ２?６?２?ｙｚ２??，ｘｙ?ｎｒ?卜－Ｓ（／＋ｚ２）２??如图２．２，采用叠加原理，推广到底板受均布载荷作用情况下自由边界上受力状态：??＜ｊｘ?＝?—［ｓｉｎ＾２ｃｏｓ＾２?－ｓｉｎ＾，?ｃｏｓ＾，?＋０２?－９＾＼??７１??＜?（Ｊｖ?＝?ｉ［ｓｉｎ（沒２?－０）ｃｏｓ（沒２?＋?０）?＋?０２?－０］?（２．２）??ｎ??ｒｘｖ?＝－（ｓｉｎ２＾－ｓｉｎ２＾）??ｋ?．?ｎ??式中：ｐ作用于底板岩体上的集中力；ｑ——作用于底板岩体上的均布荷载。??ｑｄｘ??
?承压水上开采底板破坏理论及突水机理研宂??结合底板受力简图２．２和公式（２．２）可知，在均布载荷作用下底板岩体应力场分布??特征，在底板不同深度处各水平面上，载荷中心下部轴线处出现最大值，并随着深度增??加而减小，最大剪应力值出现在载荷作用边缘，靠近采场边缘下部的岩体最容易发生剪??切破坏，根据弹性力学理论可知，平面问题受力分析中主应力表达公式：??Ｗ?卢）２?（２．３）??将式（２．２）代入式（２．３），令《?＝?０－ｇ，得底板岩体所受最大和最小主应力为：??ｃｒ】，ｃｒ３?＝?—「沒２?—沒】土ｓｉｎ（ｇ?＿ｑ）＂］?＝?—（ａ土ｓｉｎａ）?（２．４）??７ｒＬ?ｊ?ｎ??进而得到底板岩体所受最大剪应力ｒｍａｘ表达式为：??ｒｍａｘ?＝?＾?＼Ｉ４ｔＩ?＋?＝￣?ｓｉｎ?ａ?（２．５）??２?７１??当ａ?＝?时，底板所受最大剪应力的极值为ｒｍ：??ｒｍ＝ｑ?／?７Ｔ?（２．６）??通过以上推导可知，最大剪应力的极值分布在以均布荷载作用宽度／为直径的半圆??上
【参考文献】：
期刊论文
[1]粉煤灰高水短壁部分充填技术研究与实践[J]. 张新国,刘伟韬,孙希奎,刘进晓,刘兆平,李飞,庞振忠. 煤炭学报. 2016(12)
[2]深部开采底板裂隙扩展演化规律试验研究[J]. 陈军涛,郭惟嘉,尹立明,路畅,常西坤,张士川,张呈祥. 岩石力学与工程学报. 2016(11)
[3]似膏体充填开采防止高承压底板水突出研究[J]. 邱梅,施龙青,于小鸽,高卫富,石永奎. 采矿与安全工程学报. 2016(03)
[4]矸石膏体充填采煤液压支架应用技术研究[J]. 陈桂磊,于海锋,冯海龙. 矿业装备. 2016(01)
[5]深部采动底板突水模拟试验系统的研制与应用[J]. 孙文斌,张士川. 岩石力学与工程学报. 2015(S1)
[6]基于PCAFuzzyPSOSVC的底板突水危险性评价[J]. 施龙青,谭希鹏,王娟,季小凯,牛超,徐东晶. 煤炭学报. 2015(01)
[7]断层影响下底板采动临界突水水压解析解[J]. 鲁海峰,沈丹,姚多喜,胡友彪. 采矿与安全工程学报. 2014(06)
[8]金川镍矿尾砂膏体充填系统工艺技术改造与应用研究[J]. 杨志强,王永前,高谦,陈得信,姚维信. 有色金属科学与工程. 2014(02)
[9]建筑垃圾再生骨料膏体充填环管试验[J]. 张保良,刘音,张浩强,张新国. 金属矿山. 2014(02)
[10]煤层底板突水危险性的Fisher判别分析模型[J]. 张文泉,张广鹏,李伟,华祥. 煤炭学报. 2013(10)
博士论文
[1]半监督学习和数值模拟的煤层底板突水预警系统研究[D]. 刘雪艳.太原理工大学 2016
[2]基于风险评估及突变理论的煤层底板突水危险性预测[D]. 朱宗奎.中国矿业大学 2014
[3]煤层底板突水的“破裂致突、渗流致突”机理与工程实践[D]. 肖有才.中国矿业大学 2013
[4]采动断层突水机理研究[D]. 黄存捍.中南大学 2010
[5]采场底板断层活化及突水力学机理研究[D]. 卜万奎.中国矿业大学 2009
硕士论文
[1]承压水上开采煤层底板裂隙时空演化规律研究[D]. 张峰.安徽理工大学 2014
[2]超高水材料充填开采留巷围岩活动规律研究[D]. 李杰.中国矿业大学 2014
[3]承压水上采煤底板破坏突水机理研究[D]. 毕龙.西安科技大学 2012
[4]底板隐伏断层采动突水过程数值模拟研究[D]. 杨登峰.青岛理工大学 2011
[5]村庄下膏体充填采煤控制地表沉陷的研究[D]. 郭振华.中国矿业大学 2008
[6]基于信息融合的底板突水预测[D]. 于小鸽.山东科技大学 2008
[7]朱村矿承压水上膏体充填开采底板破坏规律研究[D]. 武龙飞.中国矿业大学 2008
[8]兖州煤田奥灰水文地质特征及对下组煤开采的影响研究[D]. 隋岩刚.山东科技大学 2007
[9]断层对底板突水的作用影响研究[D]. 孙文斌.山东科技大学 2006
[10]承压水体上开采底板突水规律的研究[D]. 代长青.安徽理工大学 2005
本文编号：3393488
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