复杂条件下底板采动效应特征及水害综合防治技术研究

摘要

肥城矿区下组煤层群包括7煤、8煤、9煤和10煤四个薄煤层，煤层间距较小，隔水层较薄，矿井开采时尤其进入深部开采受五灰和奥灰含水层的威胁严重，极易导致突水灾害。本文以肥城矿区下组煤开采这种多煤层、大采深、高水压、构造复杂等复杂条件为背景，根据弹塑性力学理论和矿山压力理论等学科知识，分析了工作面开采后煤层底板岩层应力及变形规律，建立了垮落法、条带法及充填法开采时工作面围岩破坏区域的力学计算模型，推导了底板应力和破坏深度的计算公式；采用FLAC3D数值模拟软件，对比研究了完整岩层底板条件下和含不同倾角、不同位置、不同落差断层带时底板采动效应特征及采动和水压对底板破坏效应的耦合作用；从管理地压和控制顶底板灾害的角度介绍了采煤方法的分类，通过对四个煤层采用的不同采煤方法进行组合，分为23种方案并建立相应的数值模型，对近距离薄煤层群开采时顶底板在采动影响下的最大主应力和破坏特征进行模拟；通过在煤底板中布置泄水巷道，并对其进行应力应变测试，整理分析围岩的应力、顶底板变形与破坏等宏观矿压显现量，进一步研究了工作面回采过程中底板变形破坏特征及构造活化规律等，并验证了数值计算的结果；在进行承压水对突水作用分析、底板岩层组合及其阻水性能分析的基础上，采用底板突水系数法对下组煤层群开采掘进工作面及回采工作面进行了底板水患威胁分析；结合底板采动效应研究成果及肥城矿区下组煤层群底板隔水层厚度，对深部高承压水薄隔水层煤层群回采工作面进行了开采安全性评价及可选采煤方法的可行性分析；根据上述研究成果，结合矿区水害防治现状，提出复杂条件下煤层群开采底板水害综合防治技术。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

Contents

1 绪 论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究的主要内容及技术路线

2 底板岩体变形规律及破坏特征计算

2.1 煤层底板岩层的破坏规律

2.2 煤层底板应力及破坏区计算

2.3 本章小结

3 单一煤层开采底板采动效应模拟分析

3.1 数值计算方法及本构模型选取

3.2 完整岩层条件下底板采动效应分析

3.3 含断裂构造条件下底板采动效应分析

3.4 本章小结

4 复杂条件下煤层群不同开采方法底板采动效应分析

4.1 研究目的

4.2 不同开采方法分类

4.3 数值模型与开采方案

4.5 本章小结

5 底板采动效应现场实测研究

5.1 工作面基本条件

5.2 观测目的、内容及仪器

5.3 测区布置、观测方法及时间安排

5.4 观测结果分析

5.5 本章小结

6 复杂条件下煤层群开采底板水害综合防治技术研究

6.1 底板承压水对突水的作用分析

6.2 底板岩层组合及其阻水性能分析

6.3 复杂条件下煤层群开采安全评价

6.4 复杂条件下煤层群开采底板水害综合防治技术

6.5 研究成果现场应用

6.6 本章小结

7 主要结论和努力方向

7.1 主要结论

7.2 今后努力方向

致谢

参考文献

攻读硕士期间的主要研究成果