西部富煤区突水溃沙运移演化规律试验研究

发布时间：2017-09-11 02:19

  本文关键词：西部富煤区突水溃沙运移演化规律试验研究

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【摘要】：侏罗-白垩系是我国西部富煤区的主要富煤地层,其与东部华北型煤田的石炭-二叠系在成岩时间、地质作用等方面存在着巨大的不同,从而造成了东、西部煤矿灾害类型的不同。本论文得到国家973计划项目“西部煤炭高强度开采下地质灾害防治与环境保护基础研究”(项目编号:2013CB227901)的资助,以西部富煤区地质成因背景为基础,结合典型突水溃沙实例,对研究区的水文地质结构进行了合理的概化,并自主研发了溃沙启动水位室内试验系统,以室内试验为主要研究手段,探讨和模拟了自制沙样和实地沙样的水沙两相流运移特征以及溃沙启动机制。本文的主要内容及成果如下:(1)结合西部富煤区地质成因背景以及典型突水溃沙实例,对研究区水文地质结构和突水溃沙模式进行了概化,结合对实地沙样的颗粒级配分析,制备粗、中、细沙三种基本沙样和两组实地沙样,对干沙溃沙演化规律、半饱水沙溃沙演化规律、饱水沙溃沙演化规律进行了正交试验,共计十三组试验。(2)试验过程中,重点观测和记录了溃沙启动临界水位、溃沙漏斗演化过程、溃沙量演化过程、孔隙水压力演化过程等数据。依据观测现象,根据含水率不同,将溃沙沙层由下至上分为三层:饱水带、毛细上升带、无水带。溃沙初期饱水带形成空腔,随着空腔的扩大,上部毛细上升带和无水带垮塌形成降落漏斗,沙体不断运动直至空腔贯通。在此过程中发现,沙体运动主要集中在下层水携沙运动的饱水带以及上层沙粒滑落的无水带表土层。(3)根据试验组溃沙漏斗形态发展曲线的走势不同,将临界水力坡度下溃沙漏斗演化过程分为四个阶段:Ⅰ空腔形成期、Ⅱ快速扩展期、Ⅲ稳定扩展期、Ⅳ空腔贯通期;将干沙漏斗演化过程划分为三个阶段:Ⅰ快速扩展期、Ⅱ稳定扩展期、Ⅲ失稳期;将饱和沙溃沙漏斗演化规律划分为三个阶段:Ⅰ空腔形成期、Ⅱ中心塌陷期、Ⅲ边缘坍塌期。(4)干沙溃沙时,粒径小的沙体溃沙速度快;具有含水率的沙体溃沙时,粒径大的沙体溃沙速度块,并且随着含水率的增大,溃沙速度增大。同时,半饱水溃沙时,沙层厚度越大,其水沙比越大。并对临界水力坡度下沙层的溃沙量变化过程进行回归分析,拟合结果表明溃沙量和溃沙时间呈现较好的指数关系。
【关键词】：突水溃沙 试验模型 形态演化 临界水力坡度
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P641.461
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-18
• 变量注释表18-19
• 1 绪论19-27
• 1.1 研究背景及意义19
• 1.2 国内外研究现状19-24
• 1.3 存在问题24
• 1.4 研究目标与研究内容24-25
• 1.5 研究方法与技术路线图25-27
• 2 研究区水文地质结构研究27-39
• 2.1 研究区突水溃沙典型实例27-29
• 2.2 研究区地质及水文地质条件29-32
• 2.3 研究区沙源粒径颗粒级配分析32-36
• 2.4 研究区水文地质结构模型36-37
• 2.5 本章小结37-39
• 3 室内模型试验系统设计39-52
• 3.1 物理模型设计原理39-40
• 3.2 室内模型试验系统结构及组成40-46
• 3.3 室内模型试验沙样制备46-48
• 3.4 室内模型试验内容48-51
• 3.5 本章小结51-52
• 4 室内模型试验成果52-85
• 4.1 突水溃沙临界水头判别准则52-53
• 4.2 溃沙漏斗形态演化过程53-66
• 4.3 溃沙量过程线及水沙比66-74
• 4.4 溃沙过程中孔隙水压力变化情况74-77
• 4.5 实地沙样水沙运移模拟试验结果77-81
• 4.6 补充试验结果81-83
• 4.7 本章小结83-85
• 5 水沙两相流运移特征及启动机制讨论85-94
• 5.1 水沙两相流运移特征85-90
• 5.2 溃沙启动机制讨论90-92
• 5.3 突水溃沙事故影响因素及防治措施92-93
• 5.4 本章小结93-94
• 6 结论及建议94-96
• 6.1 主要结论94-95
• 6.2 建议95-96
• 参考文献96-104
• 作者简历104-106
• 学位论文数据集106

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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本文编号：828041