断裂构造发育区底板突水致灾机理与危险性预测研究

摘要

在煤层开采过程中含水层水压是底板突水的动力来源，隔水层是抑制承压水进入工作面的“屏障”，而底板作为一种非连续结构体在形成过程中往往会伴生各种形态各异、规模不一的断裂构造，所以系统分析断裂构造发育底板在采动过程中的应力分布规律、裂隙发育规律、承压水导升特性对于有效预防煤层底板突水、保证工作面的安全生产具有重要的理论和现实意义。
　　在参阅相关文献的基础上，文章首先将底板断裂构造分为贯穿煤层型底板裂隙与非贯穿煤层型底板裂隙两大类。因两类裂隙在发育形态和各自选用的研究方法上的差异所以研究内容的侧重点也略有不同。主要结论如下：
　　（1）分别运用弹性力学、断裂力学的相关理论推导出了贯穿型底板裂隙发育区域内、非贯穿型底板裂隙发育区域内工作面突水的力学模型。
　　（2）运用二维相似材料试验平台和自制的承压水导升系统对底板含断层时，工作面推进过程中，边界煤柱下方底板、采空区中部底板、断层保护煤柱下方底板三个区域的应力演化规律、裂隙发育规律、承压水导升特性进行了系统分析。
　　（3）运用FLAC3D数值模拟软件研究了多效应场作用下，隔水层内存在不同倾角裂隙时整个底板岩层的应力分布特征、塑性区分布特征、孔隙压力分布特征、位移变化情况；然后在此基础上分析了2种不同的组合裂隙在采动过程中对底板突水行为的影响。
　　（4）运用多元统计理论中的PCA法对样本数据进行了降维处理，然后以提取的主成分得分值作为中间变量建立了底板突水的概率预测模型。

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摘要

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 国内外相关研究存在的问题及不足

1.4 研究内容及技术路线图

2 底板突水致灾机理与力学分析

2.1 底板突水类型的划分

2.2 贯穿煤层型底板裂隙突水力学模型推导

2.3 非贯穿煤层型底板裂隙突水力学模型推导

2.4 本章小结

3 贯穿煤层型裂隙底板突水相似材料试验研究

3.1 研究区域地质特征

3.2 试验目的

3.3 试验理论依据

3.4 试验设备

3.5 试验设计

3.6 试验模型制作

3.7 试验结果分析

3.8 本章小结

4 非贯穿煤层型裂隙底板突水数值模拟研究

4.1 数值模型的构建

4.2 模拟结果分析

4.3 本章小结

5 底板突水预测研究

5.1 PCA降维分析

5.2 Fisher判别分析

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要成果