断层合理留设煤岩柱宽度数值模拟研究分析

摘要

依据相关规程规定，大型断层破碎带必须留设合理长度的安全防水煤岩柱，导致大量的煤炭资源不能够充分开采。近些年来，随着精细物探水平、含水层注浆加固改造技术等方面水平不断提高，原有断层防水煤柱留设方式受到了严重质疑。为此本着“以人为本、科技兴矿，安全高效和减少资源损失、走可持续发展”社会宗旨和理念。为解放受水患威胁和断层限制两者共同影响的煤炭资源，研究在受到两者的影响下，合理留设其煤岩柱尺寸技术显得尤为重要。　　论文以五沟煤矿南一采区1011工作面外侧F14断层为研究对象，从研究F14断层及其伴生构造的分形几何学特征入手，在分析矿井突涌水资料的基础上，采用物探井下钻探等多学科多手段相互配合、理论联系实际的方法，结合矿井开拓大巷、石门巷道揭露以及南一采区1011工作面外侧钻探、瞬变电磁探测成果，重点研究F14断层开采自身的含导水性特征和F14断层带岩层的分形几何特征、物理力学性质、水理性能、导水性、富水性、采动活化可能性以及注浆改造的安全可靠性，从而对F14断层及伴生构造采动影响下的破坏移动演化规律、导富水性进行分析预测，由此提出F14断层留设合理煤柱不拆减支架开采理论方案和灰岩水害防治相应对策，工作面在进入断层防水煤柱的位置后应采取的行之有效的调控措施。在此基础上，着重进行了二维固液两相相似模拟实验和运用FLAC3D对F14断层留设不同煤岩柱尺度进行数值模拟分析，结果表明：当煤层开采越靠近断层时，受断层带的“屏障”作用，底板突水可能性会陡增。随工作面不断推进，底板破坏高度不断增加，断层活化程度不断增大，承压水沿活化断层的导升高度不断增大；通过模拟和数值分析表明：实际工程原型的安全煤柱宽度需留设40m。运用FLAC3D对断层破碎带的宽度不同进行模拟，研究发现受煤层采动原因致使断层破碎带影响程度及范围渐渐变得难以控制；突水危险性渐渐变大，需留设的煤柱宽度相应地变大。并深入研究了F14断层受应力场和渗流场两者同时影响下发生突水的机理，在煤层采动过程中可明显可见的观测断层活化突水过程，揭示了五沟矿1011工作面里段F14断层合理留设断层防水煤柱安全可行的开采机理和条件，获得了理论上行之有效的结论；为大断层合理留设煤柱进行资源有效回收提供安全可靠地科学依据。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究的意义

1.2 国内外研究现状

1.3论文的主要研究内容、方法和技术路线图

1.4 研究思路

本章小结：

第二章 论文研究的工程地质条件概况

2.1 工程地质特征

2.2 1011工作面简况

2.3 1011工作面开采技术条件

本章小结：

第三章 1011工作面外侧F14断层含、导水性研究及岩石力学实验

3.1 F14断层的地震控制

3.2 F14断层的富水性TEM法勘探

3.3 F14断层的钻孔控制

3.4 F14断层的巷道揭露情况

3.5 F14 断层带岩石特征

3.6 F14断层导水性评价

3.7 岩块力学性能实验分析与结果

本章小结：

第四章 相似模拟试验研究分析断层突水

4.1 相似理论

4.2 实验目的

4.3 相似模型实验设计

4.4 实验结果分析

本章小节：

第五章 1011工作面断层煤柱开采水岩耦合演化与数值模拟分析

5.1 FLAC-3D软件介绍与模型的建立

5.2 计算参数

5.3 研究内容与计算方案

5.4 计算结果分析

5.5 F14断层合理留设防水煤岩柱

5.6 1011工作面采动底板水岩耦合及破坏深度预计

5.7 F14断层1011工作面中段缩小煤柱开采可行性分析

本章小结：

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果