高位厚脆硬頂板下采動隱蔽致災(zāi)機(jī)理研究.pdf

1、突水是我國煤礦存在的重大安全隱患，隨著礦井產(chǎn)量的不斷增加，開采深度不斷增大，多煤層開采等原因，一種新的頂板水害類型——覆巖離層水水害開始出現(xiàn)，并由于其具有瞬間水量大、突水征兆不明顯、危害大等顯著特點(diǎn)而逐漸引起礦業(yè)安全界高度重視。目前，國內(nèi)外研究成果主要集中于離層形成機(jī)理、分布規(guī)律及離層注漿減沉的工程應(yīng)用，對于離層“水-氣”形成條件及其涌突水-潰氣（瓦斯）機(jī)理等研究很少，因此開展此方面的研究有著迫切的必要。
　　論文在已有國內(nèi)外研究

2、基礎(chǔ)上，以臥龍湖煤礦為工程背景，以現(xiàn)場實測、理論分析、數(shù)值模擬為手段，在分析離層水-氣動力災(zāi)害事故發(fā)生的背景條件基礎(chǔ)上，圍繞“離層的形成→離層“水-氣”的集聚→離層“水-氣”突涌”這一主線，對厚脆硬覆巖下采動離層水形成及涌突機(jī)理進(jìn)行了深入的理論研究和探討。
　　論文通過研究8煤上部5、6、7含的巖層分布及巖層巖性、厚度變化規(guī)律，對5、6、7含巖層采樣，并對試樣進(jìn)行物理力學(xué)性能的綜合分析測試，在此基礎(chǔ)上建立了工程地質(zhì)模型，采用FLA

3、C3D軟件對采動條件下不同尺度、空間形態(tài)工作面的應(yīng)力場、位移、和塑性區(qū)進(jìn)行數(shù)值模擬分析。同時通過理論計算確定了8煤上部巖體破斷距離。
　　通過研究、分析得到以下成果：（1）通過對巖樣的物理力學(xué)性能的測定得到8煤上部砂巖的平均抗壓強(qiáng)度為69.12MPa、抗拉強(qiáng)度為4.46MPa；粉砂巖的平均抗壓強(qiáng)度為24.77MPa、平均抗拉強(qiáng)度為1.97MPa；泥巖的平均抗壓強(qiáng)度為18.80MPa、泥巖的平均抗拉強(qiáng)度為1.57MPa。（2）利用地

4、面鉆探、流速流量測井和數(shù)值模擬綜合研究了厚脆硬頂板采動情況下8煤覆巖離層的發(fā)育演化規(guī)律：并提出了離層積水的基本條件分別為：離層的發(fā)育位置位于導(dǎo)水裂隙帶之上、離層周邊存在補(bǔ)給水源、離層周圍巖體的滲透能力較強(qiáng)。（3）通過對8煤上部的砂巖層分布特征的分析，8煤層上部多為K3砂巖含水層，當(dāng)8煤頂板形成離層空間后，會受到K3砂巖含水層的水源補(bǔ)給，從而形成了“積水-聚氣”離層帶；（4）采用理論分析、數(shù)值模擬方法對8101工作面頂板突水通道的形成進(jìn)行

5、了分析，結(jié)果表明，該工作面突水是由于K3砂巖巖層突然斷裂，其斷裂時產(chǎn)生的沖擊能量會沖擊到離層下位巖體，致使該巖體發(fā)生較大變形量和變形速度，產(chǎn)生瞬間失穩(wěn)破壞，形成與導(dǎo)水裂隙連通的動力突破帶。（4）利用彈性等理論對離層下位巖體受到?jīng)_擊作用形成動力突破帶的過程進(jìn)行推導(dǎo)，提出了相關(guān)的理論表達(dá)式（5）提出離層水害發(fā)生的最為直接的原因是“積水-聚氣”離層的形成，并建立了相應(yīng)的工程地質(zhì)模型，由此提出防治離層積水聚氣的關(guān)鍵技術(shù)是在工作面外建立截流孔對離