玉华煤矿矿井突水机理研究

发布时间：2017-06-29 07:00

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【摘要】：矿井突水是我国大多数煤矿普遍存在的重大安全问题，矿井水害也是煤矿长期以来难以解决的一大难题。其中，，离层水害作为一个以往就存在但近几年才被重视起来的问题，人们对于它的研究还远远不够。离层突水具有瞬时水量大、突水前兆不明显、危害大等特点，对此，国内外研究成果主要集中于离层形成机理、分布规律及离层注浆减沉的工程应用，对于离层水形成条件及其涌突水机理等研究很少。因此，开展离层水突水机理的分析和研究工作，对今后提出切实有效的防治水措施、改善煤矿安全生产条件等方面具有十分重要的现实意义和长远的战略意义。 本文以陕西铜川焦坪矿区玉华煤矿为主要研究对象，从井田的地质和水文地质资料入手，运用关键层理论、材料力学理论及变形分析方法，从理论上对工作面4-2号煤层采动后造成的覆岩移动破坏规律进行研究，并对导水裂隙带发育高度进行了预测；以煤矿多次出现顶板离层水突水的1418工作面为地质原型，建立计算机数值模型和物理相似材料模拟实验模型，运用FLAC3D（有限差分）和UDEC（离散元）两种功能优势互补的数值模拟软件，直观地模拟1418工作面主采的4-2号煤层在实际采动过程中覆岩垮落及导水裂隙带发育情况，得出研究区导水裂隙带最大发育高度。同时通过相似材料模拟实验，综合分析得出离层的可能发育位置和煤层采动后导水裂隙带的最大发育高度。并通过分析确定离层空间可能发育的位置，离层水形成、发展及突水过程，从而总结玉华井田上覆岩层离层水突水机理，为提出有效的防治水措施和方案打好基础。 本文采用的多个模拟实验方法和所选参数得到了实测结果和理论分析的验证，故所得结论具有一定的可靠性。希望可以对今后煤矿的安全生产、经济的快速发展等起到一定积极的作用，同时希望对于焦坪矿区乃至于黄陇侏罗纪煤田在进行深部煤炭资源的开采时有借鉴作用和参考价值。
【关键词】：玉华煤矿 离层突水 导水裂隙带 数值模拟 物理实验
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD745
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-8
• 1 绪论8-19
• 1.1 选题背景及研究意义8-10
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势10-16
• 1.2.1 顶板突水水害的研究现状10-12
• 1.2.2 采动覆岩移动与离层发育的研究现状12-15
• 1.2.3 存在的问题及发展趋势15-16
• 1.3 研究目标与研究内容16-17
• 1.3.1 研究目标16
• 1.3.2 研究内容16-17
• 1.4 研究方法与技术路线17-19
• 1.4.1 研究方法17-18
• 1.4.2 实验方法18
• 1.4.3 技术路线18-19
• 2 玉华井田地质特征及概况19-35
• 2.1 自然地理与地质概况19-27
• 2.1.1 矿区及井田位置19-20
• 2.1.2 地貌特征与气候20
• 2.1.3 地层特征20-23
• 2.1.4 构造特征23-26
• 2.1.5 煤层特征26-27
• 2.2 水文地质特征27-31
• 2.2.1 井田水力性质27-28
• 2.2.2 井田含水层水文地质特征28-29
• 2.2.3 井田隔水层水文地质特征29-30
• 2.2.4 地下水的补给、径流、排泄条件30-31
• 2.2.5 井田及周边老窑及采空区水分布31
• 2.3 矿井充水因素分析31-33
• 2.3.1 充水水源31-32
• 2.3.2 充水通道32-33
• 2.3.3 充水强度33
• 2.4 开采状况33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 3 采动影响煤层顶板离层突水理论分析35-54
• 3.1 采动煤层顶板覆岩破坏分带35-36
• 3.2 覆岩破坏力学理论分析36-40
• 3.2.1 覆岩关键层理论36-38
• 3.2.2 关键层的极限跨距分析38-39
• 3.2.3 软岩受力弯曲的水平变形分析39
• 3.2.4 岩层下部自由空间计算及其破断关系39-40
• 3.3 覆岩离层水形成的基本理论40-43
• 3.4 影响煤层上覆岩层变形的主要因素43-45
• 3.5 导水裂隙带的形成与发展45-47
• 3.5.1 导水裂隙带的形态45
• 3.5.2 导水裂隙带发育的动态特征45-46
• 3.5.3 导水裂隙带最大高度变化的特点46
• 3.5.4 导水裂隙带高度的确定46-47
• 3.6 煤层顶板突水影响因素分析47-48
• 3.7 导水裂隙带高度的理论预计48-53
• 3.8 本章小结53-54
• 4 覆岩离层移动变形模拟研究54-94
• 4.1 玉华煤矿 1418 工作面概况54-55
• 4.2 煤层开采形成的导水裂隙带高度的发育规律55-57
• 4.2.1 经验公式预计值55-56
• 4.2.2 导水裂隙带高度实测值56-57
• 4.3 FLAC3D数值模拟实验57-70
• 4.3.1 FLAC3D简介57-59
• 4.3.2 本构关系的选择59-60
• 4.3.3 计算模型的建立60-63
• 4.3.4 模拟计算结果分析63-70
• 4.4 UDEC 数值模拟实验70-79
• 4.4.1 UDEC 简介70-71
• 4.4.2 基本原理71-74
• 4.4.3 计算模型的建立74-76
• 4.4.4 模拟计算结果分析76-79
• 4.5 物理相似材料模拟实验79-91
• 4.5.1 实验原理79-81
• 4.5.2 实验设计81-84
• 4.5.3 实验方法84-89
• 4.5.4 实验分析89-90
• 4.5.5 实验结论90-91
• 4.6 理论计算与模拟实验结果对比分析91-93
• 4.6.1 结果对比91-92
• 4.6.2 结果分析92-93
• 4.7 本章小结93-94
• 5 煤层顶板离层突水机理分析94-101
• 5.1 离层水的产生与发展94-97
• 5.1.1 离层的形成与发展94-96
• 5.1.2 离层水的形成与发展96-97
• 5.2 离层水突水过程97-98
• 5.3 离层水突水机理98-100
• 5.4 本章小结100-101
• 6 结论与展望101-103
• 6.1 结论101-102
• 6.2 展望102-103
• 致谢103-104
• 参考文献104-107
• 附录107

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前3条

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3 肖均;向龙;陈寿根;;高速公路下伏采空区注浆投沙治理工艺[J];四川建筑;2010年05期

中国博士学位论文全文数据库 前5条

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2 李小琴;坚硬覆岩下重复采动离层水涌突机理研究[D];中国矿业大学;2011年

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本文编号：496906