采动条件下底板裂隙的突水机理数值模拟及应用研究

摘要

我国煤炭资源丰富，并且分布广泛。其中90％以上的煤矿是地下作业，煤层赋存条件复杂，煤与瓦斯突出，矿井透水，冲击地压以及顶板灾害事故频繁发生。尤其是近几年，随着煤矿开采强度和深度的增加，煤层的开采条件也更加复杂，采煤工作面底板受承压水威胁日益严重，突水类型变得更加复杂。大量的统计数据显示，矿井突水绝大多数与断层有关，而底板裂隙更是因为其难以探测而威胁着采煤工作面的安全。因此，研究底板的富水性以及底板裂隙的突水预测具有十分重要的意义。
　　本文把理论分析、数值模拟和物理勘探技术等手段相结合并对底板裂隙的应力破坏特征和渗流特征进行了细致的研究，特别是对底板裂隙由于采动影响而活化的过程进行了详细的分析，并对底板裂隙的突水危险性进行预测。
　　文中根据断层的特征建立了力学模型，从力学角度深刻分析了断层活化的充要条件，揭示了断层突水机理。利用所掌握的关于渗流的基本理论，分析了孔隙流体和煤岩体的相互作用，推导流固耦合基本方程，总结流固耦合的基本规律。根据“下三带”理论，剖析了包含有裂隙的底板的破坏过程与电阻率的响应特征，为物理勘探的研究提供理论依据。
　　利用经验公式的计算以及塑性理论确定了底板破坏深度，与数值模拟的结果做了相应的对比，进而确定了底板的最大破坏深度，通过计算突水系数预测底板是否会突水。针对含水异常区的地质条件，采用合理方法对底板含水层进行改造，并借助井下物探和钻探的方法对改造后的效果进行检验，以便能保证工作面的顺利回采。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的提出及研究意义

1．2 煤层底板突水机理的理论研究

1．3 底板裂隙研究现状

1．4 研究内容与技术路线

2 煤层底板突水研究

2．1 煤层底板突水机理

2．2 煤层底板突水影响因素

3 煤层底板富水性探测研究

3．1 矿井瞬变电磁技术

3．2 研究区概况

3．3 工作面布置及探测成果分析

4 底板裂隙活化数值模拟

4．1 断裂力学模型在底板裂隙突水的应用

4．2 底板裂隙活化数值模拟

4．3 模拟开挖过程及结果分析

5 底板突水预防措施

5．1 底板破坏深度的确定

5．2 底板突水预防措施

6 结论与展望

致谢

参考文献