采煤工作面顶底板岩层移动破坏探测及数值模拟研究

摘要

煤层开采引起的顶底板岩层变形移动破坏，常常会引发各种矿井灾害（如顶板冒落、冲击地压、顶底板突水等）。研究煤层开采顶底板岩层移动破坏问题，无论是在合理确定开采上限还是对保证水体下和承压水上的安全开采都具有重要的理论和应用价值。本文采用理论分析、现场实测与数值模拟相结合的研究方法，主要开展了以下研究工作：
　　（1）采煤工作面顶底板岩层变形移动破坏特征分析。主要包括：原岩应力状态以及采后顶底板的应力状态，采动影响下顶底板的岩层移动破坏特征。
　　（2）采煤工作面顶底板岩层移动破坏综合探测技术。基于采煤工作面顶底板岩层移动破坏的特征分析，结合具体工程实际，从探测原理、工作方法和应用实例及优缺点等方面综合对比探讨各种方法的特点和应用范围，针对不同的工作面现场地质条件，选择探测工作面覆岩破坏带高度、底板破坏带深度的准确高效的探测方法。
　　（3）利用钻孔双端封堵测漏法对微山湖某矿1601工作面覆岩破坏高度进行了现场观测，获得覆岩破坏高度为19.5m；对1601工作面上方典型岩层的岩样采用MTS815.03电液伺服岩石试验机进行了力学性质测试；以工作面实际地质条件为基础建立力学模型，应用FLAC3D对1601工作面的覆岩破坏特征进行数值模拟，模拟得出破坏高度为21.3m。
　　（4）分析了某矿4704工作面底板破坏深度声波探测现场实测的结果，得出煤层开采后底板破坏深度为13.3m，并结合该矿的实际地质条件建立力学模型，对底板岩体的采动破坏特征和破坏深度进行数值模拟，得出底板破坏深度为11.0m，并将现场探测成果、理论计算和数值模拟结果综合对比。
　　研究结果表明解决煤层开采顶底板岩层变形与移动破坏问题的正确方法是理论研究和实际探测相结合，在现场实际探测的基础上，进行合理的假设和简化，根据现场地质因素的特征与相互关系，建立力学模型，通过数值模拟得出的结果，对工程实际具有重要的指导意义。

目录

声明

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 本文研究内容和技术路线

2 采煤工作面顶底板岩层变形移动破坏特征分析

2.1 采煤工作面覆岩移动破坏应力分布特征

2.2 采煤工作面底板岩层破坏应力分布特征

2.3 本章小结

3 采煤工作面顶底板岩层移动破坏综合探测技术

3.1 水文地质钻孔观测法

3.2 井下仰孔分段注水法

3.3 钻孔超声成像探测法

3.4 孔间无线电波透视法

3.5 形变电阻率法

3.6 声波探测技术

3.7 本章小结

4 采煤工作面上覆岩层移动破坏现场探测与数值模拟

4.1 覆岩破坏裂缝带发育规律分析

4.2 采煤工作面顶板岩层移动破坏高度实测

4.3 探测结果分析

4.4 工作面煤岩力学性能试验

4.5 上覆岩层移动变形破坏过程的数值模拟

4.6 数值模拟结果及分析

4.7 本章小结

5 采煤工作面底板岩层移动破坏现场探测与数值模拟

5.1 工作面开采技术条件

5.2 采动影响下底板破坏深度现场探测

5.3 采动底板破坏特征数值模拟

5.4 数值模拟结果及分析

5.5 本章小结

6 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

攻读硕士期间主要成果

参考文献