含隐伏陷落柱工作面煤层底板突水危险性评价研究

摘要

岩溶陷落柱出露于地表时形成喀斯特地貌，隐伏于地下则成为危及煤矿安全生产的特殊垂向构造。随着目前煤矿开采深度以及强度的不断增加，隐伏陷落柱引发采动裂隙岩体水岩耦合渗流突变致灾的问题也越来越严重。矿山压力作用下的隐伏陷落柱突水是一个非常复杂的地质力学作用过程，是采动应力场、构造应力场以及地下水渗流场多场耦合作用的结果。
　　论文首先总结了华北型煤田岩溶陷落柱的突水模式及其机理，并基于极限平衡原理和库仑准则得到陷落柱活化导水的初步判据；重点对隐伏于煤层底板的陷落柱突水模式进行概述，分别计算陷落柱周边渗透区宽度、陷落柱周边塑性破坏区宽度、工作面底板采动破坏区深度，并给出其突水判据。
　　其次借助 FLAC3D模拟软件，分析探讨了煤层埋深、承压水水压及陷落柱与煤层底板间的距离对隐伏陷落柱突水的影响。数值模拟结果显示隐伏陷落柱突水危险性随煤层埋深的增加而增大，随承压水水压的增加而增大，随陷落柱与煤层底板间距离的增加而减弱，进一步揭示了隐伏陷落柱活化突水的机理。
　　最后分析并归类影响隐伏陷落柱突水的主要因素，从水动力条件、隔水层特征、陷落柱自身特征及开采扰动特征4个方面出发，选取了13项指标构建了隐伏陷落柱突水评价指标体系，运用模糊数学原理，分别针对定性和定量两种不同特征的指标建立符合实际的隶属函数，应用专家打分和层次分析相结合的方式确定各指标权值，结合模糊综合评判方法，构建了适合含隐伏陷落柱这种特殊构造的煤层底板突水预测综合判别模型。结合安徽淮北地区刘桥一矿工程实例，对该矿A8号陷落柱在采动影响下的突水几率进行了评价。评价结果说明模型建立较成功，为隐伏陷落柱的突水预测提供了一种新模型，补充了现有的底板突水预测体系。

目录

声明

1 绪论

1.1 选题依据及研究目的

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容及技术路线

2 陷落柱活化突水机理分析

2.1 陷落柱突水机理分析

2.2 陷落柱活化导水判据

2.3 隐伏于煤层底部的陷落柱突水模型

2.4 小结

3 隐伏陷落柱突水危险性的数值模拟研究

3.1 隐伏陷落柱突水的物理过程

3.2 固液耦合理论分析

3.3 固液耦合的计算原理

3.4 隐伏陷落柱突水模拟分析

3.5 计算结果分析

3.6 小结

4 隐伏陷落柱突水危险性模糊综合评判模型的建立

4.1 模糊综合评判方法介绍

4.2 评价指标体系的构建

4.3 因素集及评判集的确立

4.4 权重集的确立

4.5 隶属函数及隶属度的确立

4.6 模糊综合评判法进行综合评估

4.7 小结

5 隐伏陷落柱突水危险性模糊综合评判模型的应用

5.1 刘桥一矿概况

5.2 模糊综合评判的过程

5.3 评判结果及分析

5.4 小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间主要研究成果

致谢