采動(dòng)動(dòng)載作用下底板巖層損傷破裂機(jī)理及突水防治技術(shù)研究.pdf

1、我國(guó)淺部煤炭資源逐漸枯竭，礦井進(jìn)入深部開(kāi)采階段，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)的頂板周期性垮落動(dòng)載作用下底板破壞深度滯后加深現(xiàn)象嚴(yán)重威脅薄隔水層、高水壓、高動(dòng)載擾動(dòng)條件下的深部煤層開(kāi)采，對(duì)此本文從現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)、理論分析、相似模擬實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)水害防治方法等方面對(duì)采動(dòng)動(dòng)載作用下底板巖層損傷破裂機(jī)理及突水防治技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴發(fā)現(xiàn)并論證了底板采動(dòng)裂隙滯后煤壁破壞加深的規(guī)律。通過(guò)對(duì)底板破壞規(guī)律進(jìn)行注水試驗(yàn)、巖層應(yīng)變探測(cè)及微

2、震監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)了底板采動(dòng)裂隙滯后煤壁15-20m有破壞加深的規(guī)律，并從底板巖層的損傷演化及破裂機(jī)理、力學(xué)響應(yīng)特征、破裂突水演化過(guò)程及防控采動(dòng)裂隙實(shí)踐方法等方面做了進(jìn)一步研究，指出這種規(guī)律是底板巖層受頂板周期性垮落動(dòng)載沖擊作用后，底板巖層破裂、巖層原有缺陷（小裂隙、斷層、陷落柱等）活化再擴(kuò)展的結(jié)果。⑵理論分析了動(dòng)載作用下采空區(qū)底板巖層損傷演化及破裂機(jī)理。推導(dǎo)出了集中型與均布型動(dòng)載作用下底板應(yīng)力分布的解析表達(dá)式、考慮動(dòng)載應(yīng)變率效應(yīng)的巖石損

3、傷演化方程；結(jié)合Bingham與Generalized boydin模型優(yōu)勢(shì)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，建立并論證了新的動(dòng)載作用下煤系巖石的本構(gòu)模型（B-G模型）及相應(yīng)的損傷本構(gòu)模型；結(jié)合雙剪統(tǒng)一強(qiáng)度理論與 B-G損傷本構(gòu)模型，建立了動(dòng)載作用下煤系巖石的雙剪統(tǒng)一強(qiáng)度損傷屈服準(zhǔn)則，并提出了采動(dòng)動(dòng)載作用下底板巖層的破裂判據(jù)。⑶提出了采動(dòng)底板巖層經(jīng)歷了采前應(yīng)力集中、采后膨脹卸壓、采動(dòng)動(dòng)載沖擊、采空區(qū)壓實(shí)平衡四個(gè)階段的觀點(diǎn)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與理論分析結(jié)果，采用

4、相似模擬手段，從采動(dòng)過(guò)程中底板巖層位移與應(yīng)力變化特征進(jìn)行了論證，指出底板巖層裂隙的萌生、擴(kuò)展、再加深主要發(fā)生在1~2與2~3的轉(zhuǎn)變過(guò)程之間。⑷研究了采動(dòng)動(dòng)載作用下底板薄弱（含裂隙）部位的滯后破壞規(guī)律。模擬了含裂隙底板受動(dòng)載作用后的導(dǎo)水通道形成過(guò)程，從模型的應(yīng)力、位移、塑性破壞區(qū)、裂隙滲流速度、孔隙水壓導(dǎo)升高度、動(dòng)載作用強(qiáng)度、含水層水壓力等方面進(jìn)行了分析，總結(jié)出了采動(dòng)動(dòng)載作用下底板薄弱部位的破裂突水機(jī)理。⑸論證了防治底板巖層滯后破壞突水災(zāi)