刘家梁煤矿三软高导升底板突水预测分析研究

发布时间：2017-07-08 20:01

  本文关键词：刘家梁煤矿三软高导升底板突水预测分析研究

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【摘要】：在我国华北地区,随着矿井开采深度的增加,煤层底板受奥陶纪灰岩高承压水威胁日益加剧。带压开采条件下,底板隔水层因存在隐伏断裂所形成的初始高导升条件大大消弱了底板有效隔水层厚度,同时在采动过程中受矿山压力和承压水水压联合作用,初始导升裂隙扩展发育成为突水的通道。而断层所处位置的岩性组合不同,其导升扩展程度也产生差异,研究三软煤层底板隐伏断层的导升扩展,对防治水工作有很大意义。 本文利用相似材料模拟实验观测底板隔水层存在隐伏断层条件下随采动的变形破坏特征,分析递进导升突水机理。结合底板初始应力条件及岩石破坏准则,利用递进导升突水模型进行数值分析,研究底板的受力变形破坏特征,计算底板采动破坏深度及承压水导升高度。最后,结合刘家梁煤矿5124工作面带压开采地质条件,通过进行底板初始导升高度探查、原岩地应力测试、采动条件下底板破坏深度探测进行数值分析计算,评价底板隔水层的隔水性能,预测底板突水。在研究中得出一下结论： (1)通过相似材料模拟实验,表明不同产状的断层受到采矿的扰动是不一样的。当断层的倾向和工作面推进的方向相同时,断层受到煤层采动的影响是张性的,利于突水,受扰动的导水断裂最先在含水段(深部)活动,浅部受扰动较晚,反之则不易突水。 (2)在底板采动破坏深度测试方面,采用应力-应变法这一新方法,通过在钻孔中用混凝土耦合填充方法埋设应变传感器,使混凝土的弹性模量尽量和岩体弹性模量相近,利用混凝土的破坏时产生的极限应变作为判断底板岩层破坏深度的依据,测试效果良好。 (3)利用弹性力学对底板进行受力分析,将采空区底板隔水层视为矩形板,通过边界条件求解采空区底板隔水层各应力分量,剪切应力τxy造成底板隔水层层间滑动主要作用力,而水平应力σx,σy是造成垂直层面裂隙、产生底鼓及断裂的主要作用力。底板隔水层所受最大主应力与未被压实的采空区的边长的平方成正比,与承压水水压成正比,与底板厚度的平方成反比。 (4)结合刘家梁煤矿5124工作面地质条件,利用FLAC3D软件进行数值模拟分析,采用莫尔-库仑(Mohr-Coulomb)屈服准则判断岩体的破坏,岩体破坏后的残余强度变化通过应力应变软化模型表现。计算给定边界条件和地下水影响下煤层回采对隔水层的影响,计算结果显示软岩在一定条件下有抵抗变形的能力,尤其以软弱相间的岩性组合,抑制底板突水能力强。认为底板导升不会形成贯穿性裂隙,有效厚度能抵抗承压水进行安全回采,后期工作面安全回采也证明了突水预测的准确性。
【关键词】：带压开采 底板突水 隐伏断层 递进导升 三软煤层
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD745
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究意义和背景10-11
• 1.2 国内外底板防治水研究现状11-14
• 1.3 研究内容14
• 1.4 研究方案14-18
• 1.4.1 研究思路14-15
• 1.4.2 研究流程15-18
• 第二章 带压开采煤层底板突水影响因素分析18-24
• 2.1 地质构造18-19
• 2.2 含水层的富水性19-20
• 2.3 承压水水压20
• 2.4 矿山压力20-22
• 2.5 底板隔水层厚度及岩性组合22
• 2.6 本章小结22-24
• 第三章 底板导升突水机理24-42
• 3.1 承压水沿煤层底板自然导升的条件及规律24-30
• 3.1.1 底板导升与隐伏构造的关系24-26
• 3.1.2 自然导升与隐伏陷落柱的关系26-27
• 3.1.3 自然导升与富水区的关系27-28
• 3.1.4 承压水的递进导升及其意义28-30
• 3.2 导升突水的相似模拟实验30-40
• 3.2.1 实验目的30
• 3.2.2 实验设备和方法30-40
• 3.2.3 实验结果及分析40
• 3.3 本章小结40-42
• 第四章 煤层底板受力状态分析42-52
• 4.1 煤层底板初始受力状态42-43
• 4.2 采动条件下底板受力状态43-47
• 4.3 回采过程中煤层底板岩体破坏特征47-50
• 4.3.1 岩石的破坏类型47-48
• 4.3.2 岩石的破坏准则48-50
• 4.4 本章小结50-52
• 第五章 刘家梁煤矿“三软”高导升底板水害探测与评价52-82
• 5.1 5124工作面水文地质概况52-54
• 5.2 工作面初始导升高度探测54-59
• 5.2.1 5124工作面直流电法探查54-56
• 5.2.2 5124工作面瞬变电测探查56-58
• 5.2.3 初始导升高度探查58-59
• 5.3 煤底板地应力水压致裂测试59-66
• 5.3.1 原岩应力及其测试方法59
• 5.3.2 水压测试原理59-63
• 5.3.3 测试工程63-65
• 5.3.4 测试结果65-66
• 5.4 煤层底板破坏深度探测66-71
• 5.4.1 煤层底板岩层变形破坏机理66-67
• 5.4.2 探测方法及方案布置67-69
• 5.4.3 观测结果69-71
• 5.5 FLAC3D数值模拟71-80
• 5.5.1 煤层底板导升机理分析71-74
• 5.5.2 导升数值模拟计算74-80
• 5.6 水害评价及防治水工程80
• 5.7 本章小结80-82
• 第六章 主要结论及展望82-84
• 6.1 主要结论82-83
• 6.2 存在问题及展望83-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-90
• 附录A：攻读学位期间发表的学术论文90
• 附录B：参与的科研项目90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 高召宁;孟祥瑞;赵光明;;煤层底板变形与破坏规律直流电阻率CT探测[J];重庆大学学报;2011年08期

2 吴刚;工程岩体卸荷破坏机制研究的现状及展望[J];工程地质学报;2001年02期

3 黄庆享;刘腾飞;;浅埋煤层开采隔水层位移规律相似模拟研究[J];煤田地质与勘探;2006年05期

4 张金才;刘天泉;;煤层底板突水影响因素的分析与研究[J];煤矿开采;1993年04期

5 程学丰,刘盛东,刘登宪;煤层采后围岩破坏规律的声波CT探测[J];煤炭学报;2001年02期

6 卢刚;陈静;周志芳;;层状裂隙岩体有自由面的渗流分析[J];水电能源科学;2009年02期

7 胡耀青;严国超;石秀伟;;承压水上采煤突水监测预报理论的物理与数值模拟研究[J];岩石力学与工程学报;2008年01期

8 程久龙;岩体破坏弹性波CT动态探测试验研究[J];岩土工程学报;2000年05期

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本文编号：536029