采动条件下底板隐伏陷落柱活化导水模拟研究

摘要

在煤矿生产过程中，陷落柱的存在严重影响着采区和工作面的布置，降低了煤炭采出率，减小了矿井服务年限，威胁着矿井安全生产。据统计在所有矿井突水事故中，陷落柱突水造成的直接经济损失最大。因此研究陷落柱的发育特征和陷落柱突水机理对提高矿井生产安全，合理布置采区和工作面，提高煤炭采出率等有重要的意义。
　　本篇论文主要对底板隐伏陷落柱的活化突水情况进行研究，主要工作和结论如下：
　　（1）结合相关力学知识，研究分析了陷落柱和柱体周边围岩的应力分布及陷落柱在自重、围岩应力、地下水圧等条件下的应力分布公式，并推导出陷落柱活化导水的判据和底板隐伏陷落柱活化导水情况下的围岩渗透宽度、周边塑性破坏宽度、巷道底板开采破坏深度，并给出突水判据。
　　（2）运用FLAC3D数值模拟软件模拟分析了采动条件下底板隐伏陷落柱顶部与工作面底板之间岩层的不同岩性组合及底板隐伏陷落柱在工作面底板的位置对陷落柱活化突水的影响。通过模拟发现：“软硬软硬”和“硬软硬软”组合的阻水性能最好，“软硬软”和“硬软硬”组合次之，“软-硬”和“硬-软”组合的阻水性能相比之下最差，最易发生突水；相同条件下，位于工作面的侧下方的底板隐伏陷落柱比位于工作面的中心的底板隐伏陷落柱受采动的影响小一些，不易发生突水。
　　（3）通过对含底板隐伏陷落柱的31120E工作面底板至陷落柱顶部的岩层进行岩性分析，发现两者之间岩层的组合类型为“硬-软”型，为最易突水类型，对该工作面的开采情况进行模拟，发现在推采至距离陷落柱中轴线10m位置时,陷落柱可能会发生活化突水。
　　（4）研究了有关陷落柱防突水措施，主要介绍了截流注浆技术。针对31120E工作面具体情况进行治理，并监测治理后的效果。

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ABSTRACT

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CONTENTS

1 绪 论

1.1 课题的提出及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与技术路线

2 陷落柱活化导水机理研究

2.1 陷落柱柱体及周边围岩应力分布研究

2.2 陷落柱泥石胶结层活化导水理论判据

2.3 陷落柱活化导水模式

2.4 本章小结

3 底板隐伏陷落柱活化导水数值模拟研究

3.1 岩性组合对陷落柱突水的影响

3.2 边界条件及岩石力学参数

3.3 数值模拟结果分析

3.4 底板隐伏陷落柱在底板的不同位置对陷落柱突水的影响

3.5 本章小结

4.2 矿井瞬变电磁法探测技术

4.3 过工作面底板隐伏陷落柱数值模拟研究

4.4 本章小结

5 陷落柱突水防治技术研究

5.1 陷落柱位置及导水性探测

5.2 陷落柱突水综合治理技术

5.3 本章小结

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

致 谢

攻读硕士期间主要研究成果