采動斷層突水機理研究.pdf

1、礦井突水問題一直是困擾煤礦生產(chǎn)的一個難點問題,本文依托國家973計劃項目“煤礦突水機理與防治基礎(chǔ)理論研究”,圍繞該項目擬解決的“采動巖體結(jié)構(gòu)破壞與裂隙演化及滲流突變規(guī)律”科學(xué)問題進行研究,利用理論分析、數(shù)值模擬以及非線性方法等探討了礦井突水的先決條件、斷層活化突水機理、礦井涌水量的預(yù)測等問題。本文的主要研究內(nèi)容及成果如下：
　　 總結(jié)了礦井突水的兩個先決條件——突水水源和突水通道,并結(jié)合實例分析其水文地質(zhì)特征；重點闡述了斷層的力

2、學(xué)特征和水文地質(zhì)特性,為本文的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 在分析地下水對巖體的物理化學(xué)及力學(xué)作用,以及探討地下水對斷層活化突水的影響規(guī)律的基礎(chǔ)上,對水巖作用機理進行了研究?；诓牧狭W(xué)中的固支梁理論,建立了水壓作用下斷層張開位移方程。根據(jù)斷裂力學(xué)中的D—M模型,提出了水壓和礦壓作用下斷層附近巖體裂隙起裂的判據(jù),并分析了水壓、巖性和斷層傾角對其影響的規(guī)律。
　　 通過對底板隔水層破壞機理的研究,提出了底板組合隔水層概念,建立了

3、底板組合隔水層的非線性力學(xué)模型,推導(dǎo)出了組合隔水層的非線性失穩(wěn)的力學(xué)充要條件,分析了組合隔水層中軟巖的力學(xué)性質(zhì)及巷道跨度對組合隔水層穩(wěn)定性的影響；從巖體力學(xué)理論著手,分析在礦壓和水壓作用下,采動斷層對底板隔水層穩(wěn)定性的影響,得到了底板隔水層臨界水壓力公式,并提出了斷層影響下底板突水的判據(jù),分析了斷層傾角、斷層的內(nèi)聚力及隔水層厚度對底板突水的影響規(guī)律。
　　 依據(jù)隔水關(guān)鍵層的概念,分析了小斷層的突水機理。運用RFPA-FLOW2D

4、軟件模擬小斷層突水規(guī)律,分析小斷層影響下底板突水通道的形成過程。模擬結(jié)果表明小斷層活化突水過程分三個階段,即小斷層活化階段、小斷層活化區(qū)擴展階段和裂隙貫通階段。通過對滲流場演化結(jié)果的解讀發(fā)現(xiàn)滲流場與裂隙場同步演化,滲流場能標示工作面突水的位置；多條小斷層活化突水模擬結(jié)果表明,底板中小斷層分布密度越大,越容易發(fā)生底板突水。
　　 針對礦井涌水量預(yù)測問題,基于分形和支持向量機理論建立礦井涌水量的非線性預(yù)測模型,在matlab下應(yīng)用L

5、IBSVM工具編制計算程序,利用所建立的模型對鶴壁四礦歷年礦井涌水量的時間序列進行預(yù)測,并探討了其預(yù)測效果。
　　 針對銅角灣煤礦耒河下開采的工程問題,提出了走向條帶開采與充填法相結(jié)合的水體下采煤的開采方案,并利用數(shù)值模擬結(jié)果驗證所提出方案的可靠性。通過對比三種不同材料的充填效果,確定最優(yōu)充填材料。
　　 本文所做的研究工作,立足于學(xué)科前沿,運用各種理論和非線性方法,對采動斷層突水機理及礦井涌水量預(yù)測問題進行了研究,具有