高承压水作用下工作面突水机理数值模拟研究

摘要

长期以来，采煤工作面底板突水是严重影响我国煤矿资源安全开采的一个主要问题之一。采煤工作面底板突水是涉及煤矿地质学、煤矿开采学、岩体水力学和岩石断裂力学等学科的一个比较复杂的问题。针对突水所存在的问题，本文从分析采煤工作面底板突水机理入手，对现有的采煤工作面底板突水研究的成果进行了归纳总结，在此基础上，对高承压水体上采煤工作面底板破坏过程进行了数值模拟研究。
　　在数值模拟力学模型建立过程中，着重考虑了承压水、地质构造等影响煤层底板突水的主要因素，然后，利用有限元数值模拟计算软件 ANSYS对某工作面底板突水进行多方案的数值模拟。数值模拟主要内容包括：
　　(1)不同水压条件下，完整底板地层，在工作面推进过程中底板应力变化情况，然后根据底应力的变化判断在受水压作用的时，工作面推进过程中是否会发生突水。
　　(2)不同水压条件下，赋存裂隙的底板地层，在工作推进过程中底板应力变化情况，在考虑裂隙时又分别考虑单组裂隙和多组裂隙两种分布状态情况下工作面推进过程中底板应力变化情况，然后判断对于赋存裂隙的底板受水压的作用下，在工作面推进过程中是否会发生突水。
　　最后，结合良庄矿51101工作面实际工程地质情况，对其开采过程进行数值模拟，用经典突水系数法，结合数值模拟计算结果，对良庄矿21513工作面开采过程中是否会发生突水进行预测。

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Contents

1绪论

1.1问题的提出

1.2煤层底板突水的研究现状

1.3底板突水预测研究现状

1.4突水问题研究中存在的问题

1.5主要研究内容和技术路线

2煤层底板突水机理研究

2.1承压水体上采煤底板突水类型

2.2底板突水机理分析

2.3 底板突水主要影响因素

2.4 底板突水预测与防治

2.5本章小结

3工作面底板突水数值模拟模型建立

3.1 ANSYS数值模拟分析

3.2工作面底板岩层数值模拟力学模型的建立

3.3 网格的划分

3.4 本章小结

4 工作面底板突水数值模拟

4.1 计算模型与计算方案

4.2底板完整岩层数值模拟

4.3底板含裂隙岩层数值模拟

4.4高承压水作用下工作面突水机理分析

4.5本章小结

5工作面底板突水预测应用实例

5.1工作面概况

5.2工作面水文地质条件分析

5.3工作面开采安全性评价

5.4工作面带压开采安全技术措施

5.5本章小结

6结论与展望

6.1主要结论

6.2存在的问题

致谢

参考文献

硕士期间发表的论文及参加的科研项目