高承壓含水層上煤層開采底板斷裂活化致災機制.pdf

1、隨著采煤深度的加大,遇到的承壓含水層中的水壓越來越高,如山東星村煤礦的奧陶系石灰?guī)r含水層水壓可達13MPa。而高水壓易于引發(fā)斷裂活化突水。所以,研究高承壓含水層上煤層開采底板斷裂活化致災機制,對于煤礦水害預測和防治具有重要意義。
　　本論文采用地質分析、物理試驗、理論推導等手段對高承壓含水層上煤層開采底板斷裂活化致災機制進行了細致的研究,得到以下研究成果:
　　(1)指出了煤層底板斷裂活化突水的水力劈裂特征,建立了基于多層次

2、熵權法和多源地學信息融合技術的底板斷層活化突水危險性指數(shù)綜合評價方法。通過對煤層底板斷裂突水事件的分析,發(fā)現(xiàn)斷裂活化突水現(xiàn)象符合水力劈裂特征。同時,在煤層底板斷裂活化突水諸多致災地質環(huán)境因素中找到了影響煤層底板斷裂活化突水的三個主控因素。采用單因素分析方法,提煉出每個主控因素的多個評價指標因子。運用信息論中的熵權法對每個評價指標因子的權重進行確定。選用10個評價指標因子,借助于GIS平臺建立評價指標因子信息圖層以及空間屬性數(shù)據(jù)庫,采用多

3、源地學信息融合技術對10個評價指標因子圖層信息進行采集、疊加、分析。而后求解出評價區(qū)網(wǎng)格單元的綜合評價值,并用危險性指數(shù)來表征。以兗州煤田某礦E3206工作面得出基于多層次熵權法和多源地學信息融合技術的底板斷層活化突水危險性指數(shù)綜合評價分區(qū)。
　　(2)采用物理模擬試驗獲得了有充填物的斷裂在高圍壓、高水壓條件下的滲透特性及影響因素。制作模擬帶充填物的斷裂體試樣,并在三軸應力條件下對裂隙充填物及其與試件接觸面的滲透系數(shù)進行高圍壓、高

4、水壓條件下的測試,得出其滲透性能在高壓條件下的變化特征。在低圍壓、軸壓情況下,一般都表現(xiàn)為滲透系數(shù)隨著滲透壓差的增大而增大。而在高圍壓、軸壓情況下,初始階段仍表現(xiàn)為滲透系數(shù)隨著滲透壓差的增大而增大,隨著水壓的繼續(xù)增大,出現(xiàn)了滲透系數(shù)穩(wěn)定期,若繼續(xù)增大滲透壓差,滲透系數(shù)將出現(xiàn)變小趨勢。其內在原因為:在高圍壓、軸壓情況下,且水頭壓力差較大的條件下,同一圍壓、軸壓條件下應力場受到了滲透荷載的影響,從而使得裂隙充填物及其與試件接觸面的滲透系數(shù)表

5、現(xiàn)隨著水壓的增大而減小的趨勢。
　　(3)從地下水動力學、巖體力學和斷裂力學理論上闡明了水力劈裂引起斷層活化的機理。基于彈塑性力學理論和地下水動力學理論,推導出帶有應力場參數(shù)的滲透系數(shù)表達式。應用巖體力學和斷裂力學理論,推導出在自然營力作用下水力劈裂后裂隙演化擴展的長度公式。
　　基于上述研究,通過對斷裂帶從初始狀態(tài)到活化狀態(tài)的過程分析,得出高承壓含水層上煤層開采底板斷裂活化致災機制是在采動效應的激發(fā)下滲流場和應力場的耦合作