煤矿采空区不同部位岩层裂隙率与其渗透性关系的实验研究

发布时间：2017-10-09 09:36

  本文关键词：煤矿采空区不同部位岩层裂隙率与其渗透性关系的实验研究

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【摘要】：随着煤矿的大规模开采,在矿区形成大面积的采空区,从而造成地下岩体应力重新分布和岩体破裂损伤。这种损伤使得岩体的裂隙率及渗透性产生极大的改变,进而导致采空区上覆含水层向矿井渗漏,可能使上覆含水层疏干,对当地生活生产活动产生影响。然而煤矿开采必然会遇到裂隙岩体渗流问题,因而采空区上覆岩体渗流特性的研究对于促进煤矿安全生产、实现煤矿绿色开采和煤炭工业的可持续发展有着重要的工程实践价值。为了研究采空区不同部位岩层裂隙率与渗透性关系,本文设计采空区相似模拟实验,研究煤层采完后覆岩裂隙发育情况并统计不同部位岩层的裂隙率,归纳分析了采动裂隙岩体的断裂破坏特征;根据采空区相似模拟实验得出的裂隙发育情况及裂隙率建立与之相似的简化裂隙物理模型,并设计了采空区冒落带破碎岩石渗透实验系统、采空区裂隙带岩体水平渗透实验系统、采空区裂隙带岩体垂直渗透实验系统。上述渗透实验系统可测试采空区不同部位岩体的渗透性,最后结合模型实验得出的裂隙率结果,对采空区不同部位岩层裂隙率与其渗透特性的关系进行分析。主要成果如下:(1)根据相似模拟实验结果,探讨煤层开采后覆岩裂隙发育规律,并分析描述了采空区“竖三带”和“横三区”裂隙分布特征,并对采空区不同部位岩层裂隙率进行了统计。(2)根据采空区冒落带破碎岩体渗流特性实验表明,渗流的水力梯度和渗流速度不符合达西定律,而呈乘幂曲线关系,并计算出了采空区冒落带不同裂隙率岩体的渗透系数。实验结果还表明,破碎岩体的渗透性不仅与裂隙率有关,还与岩样的粒径以及裂隙结构有关。(3)根据采空区裂隙带渗流特性实验表明,渗流的水力梯度和渗流速度同样不符合达西定律,也呈乘幂曲线关系,并计算出了采空区裂隙带不同部位岩体的渗透系数。实验结果还表明,裂隙带岩体的渗透性不仅与裂隙率有关,还与岩体的裂隙连通性。(4)根据采空区裂隙带渗流特性实验结果表明,相同裂隙率及裂隙结构岩体其水平方向渗透系数和垂直方向渗透系数差异明显,水平方向渗透系数一般为垂直方向渗透系数的20倍。
【关键词】：采空区 冒落带 裂隙带 裂隙率 渗流特性
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD325.3
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景和意义10
• 1.2 研究现状10-16
• 1.2.1 采空区相似模拟实验研究现状10-14
• 1.2.2 裂隙岩体渗透特性研究现状14-16
• 1.3 论文的研究内容16
• 1.4 研究的技术路线与方法16-18
• 1.4.1 研究区地质调查16
• 1.4.2 采空区相似材料模拟实验研究16-17
• 1.4.3 冒落带渗透性实验研究17
• 1.4.4 裂隙带渗透性实验研究17
• 1.4.5 试验结果整理及分析17-18
• 第二章 研究区地质背景条件18-36
• 2.1 常村煤矿概况18-20
• 2.2 常村煤矿地质及水文地质条件20-30
• 2.2.1 地形与地貌20
• 2.2.2 地质条件20-26
• 2.2.3 水文地质条件26-30
• 2.3 研究区地质及水文地质条件30-36
• 2.3.1 研究区地层特征30-34
• 2.3.2 水文地质概况34-36
• 第三章 采空区覆岩裂隙发育相似模拟实验研究36-52
• 3.1 实验条件36
• 3.2 实验模型和方法36-39
• 3.2.1 相似常数的选择36-38
• 3.2.2 相似材料的选取38
• 3.2.3 相似材料的用量计算38-39
• 3.3 煤层开采覆岩垮落过程39-45
• 3.3.1 煤层第一层开采覆岩垮落过程39-41
• 3.3.2 煤层第二层开采覆岩垮落过程41-44
• 3.3.3 煤层第三层开采覆岩垮落过程44-45
• 3.4 裂隙分布规律及发育特征45-52
• 3.4.1 覆岩裂隙的水平分区46
• 3.4.2 覆岩裂隙的垂直分带46-47
• 3.4.3 裂隙率统计47-52
• 第四章 采空区冒落带渗透性实验研究52-62
• 4.1 实验材料及装置52-53
• 4.1.1 实验材料52
• 4.1.2 实验装置52-53
• 4.2 实验方案53-54
• 4.3 实验方法及步骤54-56
• 4.3.1 实验方法54
• 4.3.2 实验步骤54-56
• 4.4 渗透性测试原理56-57
• 4.5 实验结果和分析57-62
• 4.5.1 流速—水力梯度数据57-58
• 4.5.2 实验结果分析讨论58-62
• 第五章 采空区裂隙带渗透性实验研究62-78
• 5.1 实验材料及装置62-64
• 5.1.1 实验材料62
• 5.1.2 实验装置62-64
• 5.2 实验方案64-65
• 5.3 实验步骤65-69
• 5.4 渗透实验结果和分析69-78
• 5.4.1 流速—水力梯度数据69-72
• 5.4.2 实验结果分析讨论72-78
• 第六章 结论与展望78-80
• 6.1 主要结论78-79
• 6.2 展望79-80
• 参考文献80-86
• 致谢86-88
• 攻读学位期间发表的学术论文目录88

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本文编号：999467