深部煤層開采底板突水機(jī)理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文從分析深部煤炭資源賦存環(huán)境入手，針對深部開采所呈現(xiàn)的高巖溶水壓、高地應(yīng)力及強(qiáng)采礦擾動和深部巖體力學(xué)新特性，以底板隔水層變形、破壞及構(gòu)造活化形成導(dǎo)水通道為研究主線，綜合運(yùn)用室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析、數(shù)值模擬及現(xiàn)場實(shí)測等方法，開展了深部煤層開采底板突水機(jī)理的一系列相關(guān)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)研究。
　　通過對葛亭煤礦下組煤底板典型巖性巖石進(jìn)行物理力學(xué)性質(zhì)的室內(nèi)試驗(yàn)和高、低圍壓下全應(yīng)力應(yīng)變滲透特性試驗(yàn)，對深部底板巖體阻水特性進(jìn)行了分析，初步得出了巖性和

2、圍壓對巖石滲透特性的影響規(guī)律。通過對巖石節(jié)理裂隙進(jìn)行壓剪條件下的滲流耦合特性實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，研究了在恒定法向荷載（CNL）和恒定法向剛度（CNS）邊界條件下，法向應(yīng)力、節(jié)理表面粗糙度、滲透水壓對試件應(yīng)力、位移和滲流特性的影響，獲得了剪切應(yīng)力、法向位移、節(jié)理水力開度及透過率在剪切過程中隨剪切位移變化的趨勢和規(guī)律性；研究巖石節(jié)理裂隙在發(fā)生剪切變形時的剪脹特性，分析了節(jié)理剪切變形對滲流特性影響，獲得了節(jié)理裂隙發(fā)生剪切破壞的判據(jù)公式。基于目前實(shí)驗(yàn)室

3、研究巖體裂隙應(yīng)力滲流耦合特性試驗(yàn)條件的限制，根據(jù)工程巖體受三維應(yīng)力作用的實(shí)際情況，針對深部巖體所處環(huán)境的特殊性，初步設(shè)計(jì)開發(fā)了高水壓巖石應(yīng)力—滲流耦合真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)。應(yīng)用FLAC-3D數(shù)值分析軟件對深部開采工作面底板隨工作面推進(jìn)的變形破壞演化規(guī)律和不同采深條件下的底板變形破壞特征進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，分析了斷層影響下深部采場高承壓水上底板流固耦合破壞特性，獲得了一些規(guī)律性的認(rèn)識，并用現(xiàn)場測試結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，提出了模擬條件下斷層防水煤柱的合

4、理留設(shè)尺寸。分析了底板突水的多種影響因素和深部采場底板突水特點(diǎn)及形成原因，對深部采場底板突水類型進(jìn)行了分類，以導(dǎo)水通道的形成為判據(jù)，提出了固有導(dǎo)水通道突水、正常巖層底板突水和斷續(xù)節(jié)理裂隙擴(kuò)展突水三大類底板突水模式，并逐一研究了其突水機(jī)理。應(yīng)用突變理論研究了底板突水的突變特征，得出了底板系統(tǒng)突變突水的必要條件和充分條件。提出了阻突和促突變量因子及特征主導(dǎo)參量和系數(shù)的概念，通過分別建立底板因剪切破壞失穩(wěn)和受水平力和垂直力作用而破壞失穩(wěn)突水的