帶壓開采時底板滲流與應力耦合破壞突水機理研究.pdf

1、煤層底板突水事故一直是礦井水害中最為突出的問題，是影響煤礦生產(chǎn)安全亟待解決的問題。特別在我國華北地區(qū)，隨著采深持續(xù)增加，高承壓水對煤礦威脅愈加明顯。底板突水問題可歸結為應力場與滲流場相互作用引發(fā)的流固耦合力學問題。在煤層采掘過程中，打破了圍巖應力原有的平衡狀態(tài)，礦山壓力和水壓力共同作用下，伴隨著巖層裂紋萌生、擴展、貫通,最后斷裂導致失穩(wěn)破壞，承壓水涌入工作面造成巨大損失。本文通過對華北地區(qū)多個礦區(qū)的調(diào)查，對以往突水資料了解和整理，針對“

2、華北型煤田”水文地質(zhì)特征運用理論知識、數(shù)值模擬手段以及物理相似模擬試驗方法對底板變形特點、應力分布規(guī)律以及兩者對應關系進行研究。主要研究結果如下：
　?。?）對底板突水形成機理研究，闡述引起突水主要影響因素以及各因素所起的作用。建立數(shù)學模型，直觀表達了不同底板條件下突水模式，底板裂紋的受力狀態(tài)和不同裂紋破壞形式；
　　（2）結合華北地質(zhì)資料和巖體力學性質(zhì)，選用適合材料按照不同配比制作試件，并在試驗機SAS-2000監(jiān)測其力學

3、性質(zhì)，為物理相似模擬試驗選擇合理的配比號材料。根據(jù)單軸壓縮試驗所得應力-位移曲線以及試件表現(xiàn)的破壞形式，分析了勻速荷載加載過程中試件各階段特點；
　?。?）基于滲流與應力耦合理論，使用RFPA2D-Flow軟件對不同底板條件、不同水壓環(huán)境進行正交試驗數(shù)值模擬。通過試驗對比，引出“破裂致突”和“滲流致突”理論，判斷出水壓環(huán)境發(fā)揮了主導作用，根據(jù)相對隔水層理論，分析了“天然通道”作用；
　?。?）按照幾何參數(shù)相似比設計了物理模擬