采动影响下断层裂隙扩展及突水规律试验研究

摘要

煤矿底板突水灾害严重影响着煤炭安全开采与工人安全。由于断层等地质构造引发突水是造成煤矿突水事故的主要形式，煤层在采动过程中应力场的重新分布引起断层活化，断层活化产生的裂隙与底板导水裂隙在矿压和水压共同影响下逐渐扩展连通形成突水通道，是引发矿井突水事故的重要原因。本文针对开采过程中煤层开采对底板和断层的影响，通过理论分析、相似材料模拟试验、类岩石材料试验等研究手段对开采时断层活化及突水通道形成过程进行了基础试验研究。
　　本文运用岩石力学理论，分析了采动过程中应力场变化及分布情况，理论分析了应力场的变化对断层活化的重要促进作用，揭示了断层活化裂隙扩展机理；同时通过类岩石材料单轴压缩实验研究了不同断层类型以及不同断层角度等多个因素对裂隙扩展的影响，得出了不同断层类型、不同断层角度、不同工作面推进距离时发生底板突水的危险性，本文以范各庄煤矿真实地质条件为基础，制作了相似模拟试验模型，通过相似模拟试验研究了采动影响下断层活化突水及裂隙扩展时空演化过程，通过以上试验研究发现，随着断层角度的减小、工作面向断层方向的推进，采动影响下断层活化导致底板突水的危险性逐渐增加，同时发现，煤层底板与断层上端直线距离最近的区域最容易形成突水通道导致突水事故。

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1绪论

1.1课题的提出和研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1国外煤层底板突水机理研究

1.2.2国内煤层底板突水机理研究

1.3本文的主要研究内容与研究路线

1.3.1主要研究内容

1.3.2主要研究路线

2 断层岩体裂隙扩展规律研究

2.1裂隙的分类综述

2.2裂隙的断裂判据

2.2.1断层活化的主要原因

2.2.2裂隙的断裂判据

2.3 宏观采场底板断层活化突水力学机理

2.4 本章小结

3类岩石材料裂纹扩展规律试验研究

3.1类岩石材料基本力学性能实验

3.2试验方案及试块制作

3.2.1试验方案设计

3.2.2试验设备及控制方式

3.3试验结果分析

3.3.1试件表面裂纹扩展规律分析

3.3.2 试件表面裂纹扩展特征分析

3.3.3应变数据分析

3.4本章小结

4 断层活化突水及裂隙扩展的试验研究

4.1地质背景

4.1.1 井田概况

4.1.2 12煤层顶底板岩性

4.1.3 2176工作面透水情况分析：

4.2试验系统

4.3模型设计与铺设

4.3.1相似比确定

4.3.2模型方案设计

4.3.3 模型的制作

4.4试验结果与分析

4.4.1 模型岩体初始应力状态

4.4.2 煤层底板及断层周围应力变化分析

4.4.3 突水通道萌生阶段

4.4.4 突水通道演化形成阶段

4.5 本章小结

5 结论及展望

5.1 主要结论

5.2 论文创新点

5.3 论文不足及展望

致谢

攻读硕士学位期间主要科研及成果

参考文献