近距离承压水上开采底板破坏特征及注浆加固研究

摘要

针对近距离承压水上开采所面临的底板突水问题，采用底板注浆措施可减少底板采动破坏，封堵导水通道，能有效防止该条件下回采时发生底板突水事故。为研究近距离承压水上开采底板破坏特征，确定合理的底板注浆加固参数，综合采用理论分析、数值模拟和现场实测等研究方法，研究了近距离承压水上开采的底板破坏特征、注浆加固浆液扩散规律，得到如下成果： （1）研究了近距离承压水上工作面底板采动应力分布特征及底板采动破坏特征。基于半无限平面力学模型，构建支承压力和承压水双重压力作用下底板各点的应力分量表达式，并采用MATLAB绘制了底板采动应力分布云图；基于滑移线场理论，构建底板采动破坏最大深度表达式，理论分析出2517工作面底板采动破坏最大深度为25.52m。 （2）分析了近距离承压水上工作面底板注浆加固效果。通过FLAC3D数值模拟方法，对比分析了注浆改造前后底板塑性区发育特征，底板注浆将底板采动最大破坏深度减至10m，底板突水系数从0.288MPa/m降至0.06MPa/m。 （3）揭示了底板注浆浆液在含水层中的扩散运移规律。采用COMSOL Multiphysics数值模拟方法，研究了浆液在静水和动水两种流场中的扩散范围和注浆压力，动水流场中浆液扩散受水速影响，顺水扩散距离由7.1m增加至15m，注浆压力由6.45MPa升高至7.36MPa。 （4）进行了近距离承压水上工作面底板注浆加固工程实践。对陈四楼煤矿2517工作面进行底板注浆改造，注浆改造后底板富水异常区由14个减至3个，出水钻孔比例由71.85%降至15.15%，取得良好效果，确保了工作面回采安全。

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致谢

变量注释表

1绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.2.1工作面底板突水机理研究

1.2.2底板注浆技术

1.3研究内容及技术路线

1.3.1研究内容

1.3.2技术路线

2工程地质概况

2.1矿井地质概况

2.1.1工作面概况

2.1.2含煤地层

2.2水文地质特征

2.2.1含水层及隔水层特征

2.2.2隔水层特征

2.2.3充水水源分析

2.2.4控水构造

2.3底板突水危险性评价

2.3.1防水安全煤岩柱设计

2.3.2突水系数计算

2.4本章小结

3承压水上开采底板破坏特征

3.1半无限平面受力模型

3.2工作面前方底板应力分布规律

3.3工作面前方底板破坏特征

3.4底板破坏深度计算

3.5本章小结

4承压水上开采底板注浆加固的数值模拟

4.1 FLAC3D 软件及基本原理

4.2数值模型建立

4.2.1模型及边界条件

4.2.2计算方案

4.3计算结果分析

4.3.1未注浆工作面底板破坏特征

4.3.2注浆工作面底板破坏特征

4.4本章小结

5底板注浆浆液运移扩散规律研究

5.1模型假设与控制方程

5.2建模与参数

5.3静水条件下浆液扩散规律研究

5.3.1动态扩散过程

5.3.2流速与压力分布

5.3.3流线分布

5.4动水条件下浆液扩散规律研究

5.4.1动态扩散过程

5.4.2流速与压力分布

5.4.3流线分布

5.5本章小结

6近距离承压水上底板注浆加固工程实践

6.1钻场布置

6.1.1终孔层位

6.1.2钻孔布设

6.1.3钻孔结构

6.2注浆工艺

6.2.1注浆材料

6.2.2注浆压力

6.2.3施工流程

6.3底板注浆效果评价

6.3.1物探评价

6.3.2钻探评价

6.4本章小结

7结论

参考文献

作者简历

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