奧陶系推覆體下覆巖采動應力和水壓力響應研究.pdf

1、本文圍繞奧陶系石灰?guī)r推覆體含水層下煤層開采過程中覆巖應力和承壓含水層孔隙水壓力采動響應這一科學問題展開研究。論文以安徽省錢營孜煤礦東一采區(qū)32煤層的開采為工程地質(zhì)原型，建立了研究區(qū)采動水文地質(zhì)工程地質(zhì)模型；基于巖體斷裂的強度準則和壓剪應力作用下裂紋止裂的臨界條件，推導了奧陶系石灰?guī)r推覆體含水層下煤層開采導水裂隙帶高度的計算公式；研制了奧陶系石灰?guī)r推覆體含水層下煤層開采的相似模型試驗裝置；開展了奧陶系石灰?guī)r推覆體含水層下煤層開采的相似模型

2、試驗；最后，利用數(shù)值模擬對采場塑性區(qū)發(fā)育特征、巖層移動、覆巖應力和承壓含水層孔隙水壓力變化進行了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴建立了奧陶系石灰?guī)r推覆體含水層下煤層開采響應研究的采動水文地質(zhì)工程地質(zhì)模型。模型綜合考慮了采場的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件和開采條件。工程地質(zhì)條件包括工程地質(zhì)類型的物理力學參數(shù)、結構面特征和原巖應力場等；水文地質(zhì)條件包括隔水層和含水層巖性、富水性、連通性以及水文地質(zhì)邊界條件等；開采條件包括煤層開采方法和

3、頂板管理方法。⑵推導了奧陶系石灰?guī)r推覆體含水層下煤層開采導水裂隙帶高度的計算公式。該公式基于巖體斷裂強度準則和脆性材料在壓剪應力作用下裂紋止裂的臨界條件，從損傷巖體裂紋擴展演化的角度，綜合考慮了采場的構造應力、斷層的影響、滲流場對應力場的力學作用和水對巖石的軟化作用。應用該公式對錢營孜煤礦東一采區(qū) E3213工作面導水裂隙帶高度進行計算，并將計算結果與已有的導水裂隙帶高度的計算公式進行對比分析，結果表明本文的公式提高了導數(shù)裂隙帶高度的計

4、算精度。⑶研制了奧陶系石灰?guī)r推覆體含水層下煤層開采覆巖應力和承壓含水層水壓力采動響應的相似模型試驗裝置。該裝置由模型箱體、供水系統(tǒng)、應力監(jiān)測系統(tǒng)、水壓監(jiān)測系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)五個部分構成。裝置的設計實現(xiàn)了煤層的分步開采過程，并有效地控制了試驗過程中材料箱體的臌脹變形。⑷利用研制的裝置開展了奧陶系石灰?guī)r推覆體含水層下煤層開采覆巖應力和承壓含水層孔隙水壓力響應的相似模型試驗。結果表明，采動覆巖應力和承壓含水層孔隙水壓力的變化規(guī)律受到開采活動和

5、地質(zhì)構造的共同影響，與DF200斷層的水平距離、覆巖位置的不同對覆巖應力和孔隙水壓力響應有密切的影響?？紫端畨毫Φ淖兓憩F(xiàn)為隨開采距離的增加逐漸增大的趨勢。孔隙水壓力監(jiān)測點位于采空區(qū)前方的奧陶系石灰?guī)r含水層內(nèi)，在試驗設計的推進開采范圍內(nèi)，未發(fā)生突水現(xiàn)象。⑸對采場的流固耦合作用進行了數(shù)值模擬研究，揭示了斷層剪切活化、覆巖應力及含水層孔壓變化等的耦合作用。結果表明，采動效應引起了 DF200斷層沿斷層面約90m范圍的剪切破壞，斷層剪切破壞的