深部開采裂隙擴展與底板突水通道形成機制研究.pdf

1、深部煤層處于“三高一擾動”環(huán)境中，底板突水事故增加，嚴重影響了深部煤炭資源的安全高效開采。本文從分析深部開采工程特點入手，針對深部開采高承壓水、高原巖應力及強烈擾動和深部巖體所表現(xiàn)出的新力學特性，以“底板應力重分布→底板隔水層變形→裂隙擴展→巖體破裂→突水通道形成→引發(fā)底板突水”突水過程化為研究路線，綜合運用現(xiàn)場實測、理論分析、室內試驗、數(shù)值模擬等方法，針對深部采動條件下裂隙擴展機理與底板突水通道形成機制進行了研究，取得了以下主要成果。

2、
　　(1)采用應力解除法對現(xiàn)場地應力進行了實測，結果表明，最大主應力值大小在35.86～40.59MPa;最小主應力值在13.55～21.44MPa;中間主應力值在19.35～25.93MPa，主應力方向與礦井受東北-西南向斷層等區(qū)域擠壓作用的方向基本一致。(2)基于上覆載荷在半無限彈性體中應力傳播理論，獲得了采動后底板應力二次分布規(guī)律;工作面推進30m，60m，140m時，采空區(qū)底板卸荷深度分別為20m，50m，100m，σz

3、/γH為1.8時，影響深度分別為70m，50m，45m，σx/γH為1.2時，影響深度分別為30m，20m，15m;剪應力以類似貝殼表面螺旋線形式向底板深處傳播，影響深度隨工作面推進距離增加而增大;水壓對底板應力的影響主要表現(xiàn)在垂直應力上。
　　(3)試件在外荷載的作用下，裂隙首先被壓實，隨后沿裂隙出現(xiàn)損傷，隨著應力的不斷增強，損傷不斷演化，損傷的集中化發(fā)展引起裂隙擴展，裂隙起裂角約為70°;應力應變曲線出現(xiàn)明顯的應力降現(xiàn)象，表明

4、在此時裂隙起裂擴展。
　　(4)圍壓對裂紋的貫通與受力狀態(tài)有顯著影響，單軸壓縮時，裂紋為翼裂紋拉破壞模式;三軸壓縮時裂紋為以翼裂紋和次生裂紋相連接的拉剪混合模式;當巖橋傾角為45°時，試件呈現(xiàn)剪切型貫通模式;當巖橋傾角為90°時，巖橋形成張拉-剪切混合型貫通模式;當巖橋傾角為135°時，巖橋呈張拉型貫通模式。
　　(5)巖體中新裂隙的產(chǎn)生和原生節(jié)理裂隙的擴展使巖體切割程度加劇，使巖體的結構產(chǎn)生顯著變化。裂隙擴展是引起巖體滲透