祁东煤矿高水压下原生纵向裂隙发育覆岩采动破坏研究

摘要

本论文在分析总结综采覆岩破坏特点及主要影响因素的基础上，结合研究区(祁东煤矿)特殊的地质条件，研究了高水压下纵向裂隙发育的覆岩破坏规律，并建立了相应的数学模型，推导了水压力对裂隙扩展及岩石强度作用的公式。
　　 以研究区具体的地质及开采条件为依据，采用FLAC3D数值模拟软件模拟了研究区不同推进距离的位移场、应力场和破坏场。分析了导水裂缝带最终分布形态为两端高，中间低的类似“马鞍”形的力学机理。并通过对工作面施加不同的水压力，模拟了不同水压力下开采煤层导致的覆岩破坏状况，为高水压下煤层开采提供了理论依据。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 问题的提出和选题的研究意义

1.2 水体下采煤的研究现状

1.3 固液耦合方法的研究现状

1.3.1 裂隙岩体渗流研究的现状

1.3.2 渗流数值模拟的研究现状

1.3.3 耦合分析方法研究现状

1.3.4 渗流与应力耦合分析数值方法研究

1.3.5 耦合方法在采矿工程应用研究现状

1.4 覆岩破坏规律的研究现状

1.4.1 覆岩破坏的探测技术

1.4.2 覆岩破坏规律

1.5 论文研究内容

1.6 论文研究方法

2 研究区(祁东煤矿)概况

2.1 祁东煤矿基本开采条件

2.2 祁东煤矿的地质条件

2.3 祁东煤矿的水文地质条件

2.3.1 祁东煤矿新生界松散层含隔水层组

2.3.2 祁东煤矿二叠系主要可采煤层间含隔水层

2.3.3 祁东煤矿石炭系太原组灰岩含水层(段)

2.4 祁东煤矿7114工作面概况

2.4.1 祁东煤矿7114工作面的开采范围

2.4.2 祁东煤矿7114工作面的地质及水文地质特征

2.4.37114工作面上覆岩层裂隙发育情况观测

2.5 本章小节

3 祁东煤矿四含深入分析研究概论

3.1 祁东煤矿四含富水性分析

3.1.1 祁东煤矿四含沉积物粒度分析

3.1.2 四含沉积物源与古生态

3.1.3 四含沉积相与富水性的关系

3.2 祁东煤矿四含水的动态特征

3.2.13222工作面突水现象及长观孔变化特征

3.2.23222工作面突水后宿南矿区及周边矿井的水动态分析

3.3 本章小结

4 研究区综采覆岩破坏规律及机理研究

4.1 问题的提出

4.2 覆岩破坏高度与岩性及时间要素的关系

4.2.1“两带”发育高度与覆岩岩性的关系

4.2.2 覆岩破坏发育高度与时间因素的关系

4.3 综采导水裂缝带的最大高度及最终形态

4.3.1 综采条件下导水裂缝带最大高度与采厚的关系

4.3.2 综采导水裂缝带发育的最终形态

4.4 研究区综采覆岩破坏规律研究

4.5 导水裂缝带发育形态的力学分析

4.6 祁东煤矿覆岩破坏模型研究

4.6.1 水力劈裂模型

4.6.2 裂隙岩体水-岩耦合分析

4.6.3 水力致裂岩石强度公式推导

4.7 小 结

5 研究区覆岩破坏特征的数值模拟

5.1 问题的提出

5.2 数值模拟方法与模拟软件介绍

5.2.1 数值模拟方法理论

5.2.2 数值模拟软件FLAC3D

5.3 数值模拟模型的建立

5.3.1 数值模拟模型的建立

5.3.2 边界条件的确定

5.3.3 岩体物理力学参数的选取

5.3.4 判别准则

5.4 模拟结果分析

5.4.1 应力场模拟结果分析

5.4.2 位移场模拟结果分析

5.4.3 破坏场模拟结果分析

5.5 水压力作用条件下的数值模拟分析

5.5.1 数值模型的建立及模拟方案的拟定

5.5.2 模拟结果分析

5.5.3 破坏场模拟结果分析

5.6 本章小节

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 主要创新点

6.3 研究展望

参考文献

致谢