1413A面底板采动变形破坏规律与水害防治技术研究

发布时间：2017-07-17 21:30

  本文关键词：1413A面底板采动变形破坏规律与水害防治技术研究

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【摘要】：煤炭工业是我国国民经济发展的支柱产业,资源储量大,分布范围广,地质条件变异大,特别是近年来在大采深、多含水层、高水压等复杂地质条件下进行的开采,受水害的威胁和影响更加突出,防治水形势更加严峻,因此进行底板水害防治技术的研究是十分必要的。为了实现对煤炭资源的安全高效的开采利用,本文以张集矿1413A工作面为研究对象,开展了煤层采动对底板变形破坏的规律及水害防治技术的研究。依据张集矿区的钻探资料、物探成果、精细三维地震勘探、大功率时频电磁法勘探资料等,采用现场实验观测、数值模拟、理论分析、物理力学试验与力学理论研究等方法,对矿区工作面采动底板岩层应力及变形破坏演化规律、底板水害威胁程度、防治水主要技术途径等方面进行了可行性研究。主要的研究成果如下:(1)张集矿1413A工作面具有与灰岩含水层距离近、承受水压高、开采煤层厚度大、顶板砂岩厚度大、强度高等显著特点,且边界存在导水的FS866断层。因此,开采难度较大,受水害威胁程度高。(2)针对1413A工作面特点,经分析比较,采用顺层长钻孔和穿层短钻孔相结合的快速疏放水技术,降低了工作面突水系数,提高工作面开采的安全可靠性。(3)根据弹塑性力学、流体力学和矿山压力等力学理论知识,研究了工作面煤层开挖过程中对底板岩层变形破坏的影响。在工程实践的基础上,采用长壁全部陷落法对底板煤层破坏深度进行计算,推导出底板应力及底板破坏深度的经验公式。(4)分析测试了工作面底板岩石力学参数,建立工作面工程地质模型,应用FLAC3D数值软件,模拟在标准岩层和含有断层两种不同的地质构造条件下1413A工作面在推进20m、40m、60m、80m、100m、120m、140m位置处底板的最大主应力云图、剪切应力云图及塑性破坏区分布图,根据模拟结果确定了煤层开挖条件下底板岩层的变形破坏规律和底板最大破坏深度值,同推导出来的底板破坏深度经验公式得出的结果基本一致,给工程的使用提供了技术支持,对煤层的突水防治技术具有重要的参考价值。(5)依据出水水量、水温、水质以及水位变化特征,分析了C33上1号顺层孔异常出水成因与通道结果表明:出水水源是奥陶、寒武系灰岩为主的混合水,钻孔施工中由于钻孔下沉偏斜揭露深部的C39以下高压富水区从而引起钻孔异常出水,与C33上垂向导水构造无关;(6)为实现煤层的安全开采和灰岩水害的防治,在研究断层的导水性特征与注浆加固技术的基础上采用经验公式和突水系法对断层对工作面威胁程度进行了简要的安全性评价分析。(7)依据工作面参数和疏水降压后的水压值,分别计算工作面底板破坏深度和突水系数,计算得底板破坏深度为21.03m,1413A工作面底板突水系数在0.004MPa/m至0.025MPa/m范围内,在该范围内的底板突水系数均小于受构造破坏块临界突水系数值0.06MPa/m。符合规程规定的标准,因此,1413A综采工作面开采突水的可能性较小,具备安全开采条件。(8)结合张集矿水文地质和采矿条件,提出1413A工作面底板水害综合防治技术的措施与对策。
【关键词】：底板破坏深度 数值模拟 水害 安全性分析 综合防治
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD745
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 第一章 绪论16-23
• 1.1 问题的提出及研究的必要性16
• 1.2 国内外研究现状16-20
• 1.2.1 国外研究现状17
• 1.2.2 国内研究现状17-20
• 1.3 现存在的问题20-21
• 1.4 论文研究的主要内容及技术路线21-23
• 1.4.1 论文研究的主要内容21-22
• 1.4.2 本文研究技术路线22-23
• 第二章 矿井的工程概况与水文地质特征23-32
• 2.1 矿井工程开拓现状23
• 2.2 井田地质与构造23-26
• 2.2.1 井田地层23-24
• 2.2.2 井田构造24-26
• 2.3 井田水文地质条件26-31
• 2.3.1 主要含水层26-29
• 2.3.2 主要隔水层29-30
• 2.3.3 各含水层水力联系30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 底板岩层破坏规律及物理力学性能分析32-43
• 3.1 底板岩体的应力分布特征32-33
• 3.2 底板岩体应力分布规律33-36
• 3.2.1 煤层底板岩体的破坏深度的分析34-36
• 3.3 岩石物理力学性能试验36-42
• 3.3.1 岩石密度试验36-37
• 3.3.2 岩石抗拉强度试验37-38
• 3.3.3 岩石的抗压强度、泊松比和弹性模量38
• 3.3.4 岩石三轴压缩试验38-39
• 3.3.5 岩石剪切试验39-40
• 3.3.6 内聚力和内摩擦角试验40
• 3.3.7 微观特征分析实验40-41
• 3.3.8 分析试验结果41-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 FLAC3D数值模拟软件分析43-60
• 4.1 FLAC3D数值模拟软件的概述43-47
• 4.1.1 FLAC3D的简介43
• 4.1.2 摩尔-库伦理论43-46
• 4.1.3 FLAC3D的一般计算流程图46-47
• 4.2 标准岩层条件下数值模拟研究47-53
• 4.2.1 建立计算模型及划分网格47-48
• 4.2.2 岩体力学参数及初始应力云图48-49
• 4.2.3 分析数值模拟计算结果对底板采动破坏效应的影响49-53
• 4.2.4 模拟结果分析53
• 4.3 断层条件下数值模拟研究53-59
• 4.3.1 建立含断层带的数值模型53
• 4.3.2 分析数值模型后处理结果对底板变形破坏深度的影响53-58
• 4.3.3 数值模拟结果分析58-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 1413A组煤开采水文地质保障技术研究60-68
• 5.1 新生界水文地质探察60
• 5.2 灰岩地层水文地质探察60-65
• 5.2.1 补勘技术手段及方法60
• 5.2.2 工程布置及完成工程量60-63
• 5.2.3 补勘取得的初步成果63-65
• 5.3 C_3~3上1号顺层孔出水与封堵技术研究65-67
• 5.3.1 C_3~3上1号顺层孔异常出水概述65
• 5.3.2 通道探查65-66
• 5.3.3 C_3~3上1号顺层孔异常出水结论66
• 5.3.4 C_3~3上1号顺层孔封堵情况66-67
• 5.3.5 注浆后物探与钻探验证情况67
• 5.4 本章小结67-68
• 第六章 1413A面底板水害综合防治技术安全性评价68-81
• 6.1 采区概况68-69
• 6.1.1 采区范围68
• 6.1.2 采区地质68-69
• 6.2 工作面地质概述及灰岩富水性能分析69-73
• 6.2.1 地质概况69-72
• 6.2.2 工作面底板灰岩富水性能72-73
• 6.3 1413A面底板水害综合防治73-77
• 6.3.1 断层的导水性特征与工程治理技术73-76
• 6.3.2 断层处防水煤岩柱预留尺寸计算分析76-77
• 6.4 工作面底板水害安全性评价77-79
• 6.4.1 底板灰岩涌水量分析77-78
• 6.4.2 顶板砂岩涌水量分析78
• 6.4.3 灰岩突水危险性分析78-79
• 6.4.4 安全隔水层厚度比值系数分析79
• 6.5 本章小结79-81
• 第七章 主要结论和建议81-84
• 7.1 主要结论81-82
• 7.2 建议82-84
• 参考文献84-87
• 致谢87-88
• 作者简介及读研期间主要科研成果88

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