煤层底板隔水层阻抗高压水侵入机理研究

发布时间：2017-03-21 09:04

  本文关键词：煤层底板隔水层阻抗高压水侵入机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国浅部煤炭资源的日趋枯竭，深部煤层开采势在必行。而随着矿井采掘深度不断加大，其直接面临的“三高”问题，即高水压、高瓦斯、高地应力问题日益突显。怎样安全有效地把深部煤炭资源从高承压水威胁中解放出来是深部煤炭资源安全开采的关键。突水系数法一直是用来评价煤层带水压开采可行性的一种传统且有效的方法，也是多年来研究的热点问题。但是，从突水系数演化过程来看，其研究工作主要集中于对煤层底板隔水层本身结构和力学性质上，而对底板水压力作用机理研究较少。实际上，煤层底板高承压含水层水沿隔水底板岩层向上导升过程中，存在一定的沿程水头损失和劈裂岩体裂隙的能量损耗，下伏含水层高压水在底板隔水层下部劈裂导升一定的高度后，在导升段的能量消耗很大，这时作用于有效隔水层段下部的实际水压已远远小于含水层中的观测水压，真正作用在有效隔水层上的水压为残余水压P_c，对底板有效隔水层起破坏作用的有效水压力亦应为残余水压。因此，研究煤层底板隔水层中残余水压的发展、形成以及分布规律对深部煤层的带压开采条件评价具有重要意义，这也是本论文研究的关键科学问题。 本论文主要以煤层底板岩层水岩作用理论、岩体中水流能量损耗理论为基础，论述了承压水沿煤层底板隔水层侵入导升过程中存在着沿程水头损失以及裂隙扩展中的能量损耗，提出了残余水压概念，并分析了残余水压形成机理。通过对煤层底板隔水岩层阻水性能模拟实验，研究了承压水在煤层底板隔水层导升过程中水头压力损耗变化规律、分布特征及其与水压、隔水层水文地质与工程地质性质之间的关系，，提出了新的突水系数计算方法。 通过理论分析和实验研究，本文得出以下结论：高承压水在沿煤层底板隔水层导升过程中存在着明显的压力水头损失；同一地层条件下，煤层底板承压水水头压力越大其导升过程中的水头压力损耗就越大；同一水头压力条件下，地层的渗透性越差其阻水能力越强，水流导升过程中的水头压力损耗也越大；在同一介质中，当初始水头压力不同时，水流在导升过程中水头压力的衰减不同，在同一隔水介质中底板含水层水头压力越大其沿隔水层导升过程中的水头损耗也就越大，水头损耗随底板隔水层水头压力增加而呈递增趋势，另外它们相应的水头衰减速率也呈递增趋势，煤层底板隔
【关键词】：导升 能量损耗 水蚀带 原始裂隙带 裂隙扩展带 残余水压 突水系数
【学位授予单位】：煤炭科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TD745
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 1 前言8-17
• 1.1 问题的提出及研究意义8-9
• 1.2 前人研究工作回顾与分析9-14
• 1.3 研究的关键技术问题14-15
• 1.4 本文研究工作的技术路线15-16
• 1.5 研究工作的主要创新点与成果16-17
• 1.5.1 主要创新点16
• 1.5.2 主要成果16-17
• 2 突水系数的基本理论问题17-25
• 2.1 突水系数基本理论的发展与现状17-20
• 2.2 目前存在的主要理论研究缺陷20-23
• 2.3 传统突水系数概念的修正与完善23-25
• 3 煤层底板水岩作用基本理论研究25-34
• 3.1 动水压力作用25-28
• 3.1.1 水的冲刷扩裂和搬运充填或破碎物的作用25-26
• 3.1.2 动量作用26-28
• 3.2 静水压力作用28-34
• 3.2.1 静水压力对岩体的软化降强作用28-30
• 3.2.2 导升作用30
• 3.2.3 楔劈扩大裂隙作用30-34
• 4 煤层底板承压水导升能量损耗理论研究34-39
• 4.1 煤层底板水流沿程水头损失理论研究34-36
• 4.2 煤层底板裂隙扩展中水流能量损耗理论研究36-39
• 5 煤层底板导高带中残余水压形成基本理论研究39-44
• 5.1 导高带“三带”划分理论39-40
• 5.2 导高带“三带”中残余水压形成机理研究40-44
• 6 岩层阻水性能及残余水压分布规律实验研究44-59
• 6.1 实验目的44
• 6.2 实验原理、实验装置及模型制作44-48
• 6.2.1 实验原理44-45
• 6.2.2 实验装置45-48
• 6.2.3 实验模型制作48
• 6.3 实验方法及实验过程48-49
• 6.3.1 实验方法48
• 6.3.2 试验方案48
• 6.3.3 实验过程48-49
• 6.4 实验数据整理与分析49-59
• 6.4.1 实验结果分析49-57
• 6.4.2 煤层底板承压水头损耗数量变化特征57-58
• 6.4.3 煤层底板残余水压的计算及突水系数公式的改进58-59
• 7 新的突水系数在林南仓矿14煤开采中的应用59-64
• 7.1 林南仓矿地质及水文地质条件概述59-62
• 7.1.1 矿井概况59
• 7.1.2 水文地质条件分析59-61
• 7.1.3 开采条件综合评价61-62
• 7.2 新的突水系数计算方法在在林南仓14煤开采中的应用62-64
• 7.2.1 新的突水系数计算方法应用62-63
• 7.2.1 新的突水系数与传统公式计算结果对比分析63-64
• 8 主要结论与下一步工作建议64-66
• 8.1 主要结论64
• 8.2 下一步工作建议64-66
• 主要参考文献66-68
• 致谢68-69
• 个人简历69
• 发表论文及参加主要科研项目69

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 贺志宏;;地下水突水系数在安全开采评价中的应用缺陷[J];地下水;2012年02期

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3 张向英;;回采过程控制与裂隙导升型底板突水的预防[J];河北煤炭;2013年01期

4 孙建;王连国;唐芙蓉;沈义峰;龚世龙;;倾斜煤层底板破坏特征的微震监测[J];岩土力学;2011年05期

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中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 孙建;倾斜煤层底板破坏特征及突水机理研究[D];中国矿业大学;2011年

2 徐智敏;深部开采底板破坏及高承压突水模式、前兆与防治[D];中国矿业大学;2010年

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中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 冯磊;承压水上采动工作面底板变形破坏规律研究[D];安徽理工大学;2012年

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本文编号：259367