帶壓開(kāi)采時(shí)底板滲流與應(yīng)力耦合破壞突水機(jī)理研究.pdf

1、煤層底板突水事故一直是礦井水害中最為突出的問(wèn)題，是影響煤礦生產(chǎn)安全亟待解決的問(wèn)題。特別在我國(guó)華北地區(qū)，隨著采深持續(xù)增加，高承壓水對(duì)煤礦威脅愈加明顯。底板突水問(wèn)題可歸結(jié)為應(yīng)力場(chǎng)與滲流場(chǎng)相互作用引發(fā)的流固耦合力學(xué)問(wèn)題。在煤層采掘過(guò)程中，打破了圍巖應(yīng)力原有的平衡狀態(tài)，礦山壓力和水壓力共同作用下，伴隨著巖層裂紋萌生、擴(kuò)展、貫通,最后斷裂導(dǎo)致失穩(wěn)破壞，承壓水涌入工作面造成巨大損失。本文通過(guò)對(duì)華北地區(qū)多個(gè)礦區(qū)的調(diào)查，對(duì)以往突水資料了解和整理，針對(duì)“

2、華北型煤田”水文地質(zhì)特征運(yùn)用理論知識(shí)、數(shù)值模擬手段以及物理相似模擬試驗(yàn)方法對(duì)底板變形特點(diǎn)、應(yīng)力分布規(guī)律以及兩者對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行研究。主要研究結(jié)果如下：
　　（1）對(duì)底板突水形成機(jī)理研究，闡述引起突水主要影響因素以及各因素所起的作用。建立數(shù)學(xué)模型，直觀表達(dá)了不同底板條件下突水模式，底板裂紋的受力狀態(tài)和不同裂紋破壞形式；
　?。?）結(jié)合華北地質(zhì)資料和巖體力學(xué)性質(zhì)，選用適合材料按照不同配比制作試件，并在試驗(yàn)機(jī)SAS-2000監(jiān)測(cè)其力學(xué)

3、性質(zhì)，為物理相似模擬試驗(yàn)選擇合理的配比號(hào)材料。根據(jù)單軸壓縮試驗(yàn)所得應(yīng)力-位移曲線以及試件表現(xiàn)的破壞形式，分析了勻速荷載加載過(guò)程中試件各階段特點(diǎn)；
　?。?）基于滲流與應(yīng)力耦合理論，使用RFPA2D-Flow軟件對(duì)不同底板條件、不同水壓環(huán)境進(jìn)行正交試驗(yàn)數(shù)值模擬。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比，引出“破裂致突”和“滲流致突”理論，判斷出水壓環(huán)境發(fā)揮了主導(dǎo)作用，根據(jù)相對(duì)隔水層理論，分析了“天然通道”作用；
　?。?）按照幾何參數(shù)相似比設(shè)計(jì)了物理模擬