渭北煤田承压水上开采下组煤贯通型断层底板突水机理研究

发布时间：2023-04-23 13:40

　　近些年,随着华北地区煤炭资源大规模开发,开采水平已转向深部及下组煤开采阶段,来自煤系底板奥陶系灰岩承压水危害日趋加剧,构造型底板突事故频发,如渭北矿区主采煤层底板贯通型断层构造普遍存在,如何有效防治贯通型断层底板突水灾害是该矿灾害防治的重点。因此,揭示渭北煤田承压水上开采下组煤贯通型断层底板突水机理,是实现底板“保水采煤”的基础和关键,是目前亟待解决的重要科学问题。基于此,本文以董家河煤矿5号煤层底板为研究对象,采用理论分析、数值模拟和工程实践等研究手段,对贯通型断层底板的采动破坏特征和灾变规律进行深入讨论,主要结论如下:(1)在分析渭北矿区水文地质及以往突水资料的基础上,对渭北矿区断层类型进行划分,总结了断层活化过程和影响底板断层活化导水的主要因素,即矿山压力、承压水水压、断层类型、断层倾角及底板岩性组合方式等,在这些因素共同作用下断层是否活化则是决定底板能否突水的关键。(2)综合考虑了工作面采空区顶板“拱形”冒落矸石压力和承压水水压对底板应力场的影响,建立了充分开采前、后的底板附加应力力学模型,结合弹塑性力学,推导得出充分采动前、后底板岩体力学分布状态和垂直应力、水平应力及剪应力表...

【文章页数】：110 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 选题背景及研究意义
        1.1.1 选题背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 底板突水机理国内外研究现状
        1.2.2 断层构造突水国内外研究现状
    1.3 研究内容、方法及技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究方法
        1.3.3 技术路线
2 底板断层活化及突水影响因素分析
    2.1 断层类型划分
    2.2 断层活化突水影响因素分析
        2.2.1 断层活化过程
        2.2.2 矿山压力
        2.2.3 承压水水压
        2.2.4 正、逆断层
        2.2.5 断层倾角
        2.2.6 岩性组合方式
    2.3 本章小结
3 贯通型断层底板力学作用理论分析
    3.1 断层顶底板受力特征
    3.2 充分采动前工作面极限采宽及“冒落拱”的力学求解
        3.2.1 工作面极限开采宽度力学分析
        3.2.2 采空区冒落拱压力力学推导
    3.3 非充分开采阶段底板力学特征及影响分析
        3.3.1 底板岩体应力分析
        3.3.2 岩性组合对断层底板破坏影响规律
        3.3.3 断层倾角对底板破坏影响规律
    3.4 充分开采阶段底板岩体应力分析
    3.5 本章小结
4 贯通型断层防水煤柱留设宽度理论研究
    4.1 塑性滑移线力学模型分析
    4.2 活化断层底板结构力学分析
    4.3 地质参数及底板岩性对留设防水煤柱宽度影响分析
        4.3.1 埋深
        4.3.2 开采高度
        4.3.3 支承压力峰值系数
        4.3.4 煤层变形角
        4.3.5 摩擦系数
        4.3.6 粘聚力
        4.3.7 断层倾角
        4.3.8 断层水压力
    4.4 综合对比分析
    4.5 本章小结
5 贯通型断层底板采动破坏效应模拟分析
    5.1 模拟软件简介
    5.2 模型建立及模拟方案
        5.2.1 建立数值模型
        5.2.2 边界条件
        5.2.3 模拟方案的选择
        5.2.4 模拟开挖步骤
    5.3 煤层顶底板采动破坏效应模拟结果分析
        5.3.1 顶底板裂隙扩展及分布的动态演化特征
        5.3.2 底板采动应力场影响范围分布规律研究
        5.3.3 底板采动位移场演化规律分析
        5.3.4 底板孔隙水压力及渗流矢量演化规律分析
    5.4 断层倾角对底板采动破坏效应的影响分析
        5.4.1 底板裂隙扩展及分布的动态演变特征影响
        5.4.2 底板采动应力分布规律影响
        5.4.3 底板渗流特征影响
    5.5 本章小结
6 工程实践应用
    6.1 矿井及工作面简介
        6.1.1 矿井基本情况
        6.1.2 矿井位置及交通
        6.1.3 矿井地形地貌
        6.1.4 井田构造及总体特征
        6.1.5 23503工作面概况
    6.2 断层防水煤柱留设计算及对比分析
        6.2.1 “规程”中断层煤柱留设的理论解
        6.2.2 本文防水煤柱留设宽度理论解
        6.2.3 对比分析
    6.3 防水煤柱宽度28m数值模拟研究(工况1)
        6.3.1 模型建立
        6.3.2 边界条件
        6.3.3 模拟开挖
        6.3.4 模拟结果分析
        6.3.5 模拟与理论结果综合对比
    6.4 防水煤柱宽度80m数值模拟研究(工况2)
        6.4.1 模型建立及开挖
        6.4.2 模型结果分析
    6.5 工程实践
        6.5.1 切眼施工及槽波探测
        6.5.2 工作面注浆加固实施方案
        6.5.3 实践应用效果
    6.6 本章小结
7 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3799829