發(fā)布時間：2018-01-30 23:25

  本文關(guān)鍵詞： 深埋土巖界面 高壓直剪 下滲帶 導(dǎo)水裂隙帶 壓架突水　出處：《中國礦業(yè)大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：我國東部一些礦區(qū)在臨近深厚松散層底部土與煤系古風(fēng)化巖界面（簡稱深埋土巖界面）煤層開采時，，發(fā)生嚴(yán)重的頂板突水（突泥）事故，且常伴隨頂板壓力異常增大甚至壓死支架現(xiàn)象，采用傳統(tǒng)理論還難以合理解釋此類事故發(fā)生的機(jī)理。為解決這一重大煤礦工程地質(zhì)問題，以安徽淮南潘謝礦區(qū)為代表，開展深埋土巖界面帶在高壓下水土巖相互作用工程地質(zhì)性質(zhì)基礎(chǔ)研究，并對深埋土巖界面下煤層開采覆巖破壞致災(zāi)機(jī)理進(jìn)行分析。 采用理論分析、現(xiàn)場試驗、室內(nèi)實驗、數(shù)值模擬和工程應(yīng)用檢驗等研究方法，以闡釋深埋土巖界面下煤層開采覆巖破壞致災(zāi)機(jī)理為主旨，在分析深埋土巖界面賦存地質(zhì)環(huán)境、高壓下土-巖相互作用力學(xué)特性等基礎(chǔ)上，圍繞“深埋土巖界面類型劃分→下滲帶的形成→導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育規(guī)律→工作面壓架突水機(jī)理”這一主線進(jìn)行研究，取得了如下主要成果： （1）進(jìn)行深埋土巖界面帶現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，采取巖土試樣，并利用礦區(qū)內(nèi)各類鉆孔測井資料分析、巖芯鑒定等方法，鑒定土層與煤系古風(fēng)化巖界面位置。綜合現(xiàn)場和室內(nèi)測試資料，提出深埋土巖界面帶工程地質(zhì)類型可劃分為四種類型，明確了我國東部發(fā)生嚴(yán)重的頂板突水事故的工作面位于深埋砂土-砂巖界面帶類型地質(zhì)環(huán)境下。 （2）利用中國礦業(yè)大學(xué)深部巖土力學(xué)與地下工程國家重點實驗室自行研制的DRS-1型高壓土直殘剪試驗機(jī)進(jìn)行深埋砂土與煤系風(fēng)化巖界面帶高壓直剪性能正交試驗，采用方差及極差分析法分析了各影響因素對界面力學(xué)特性的敏感性，試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)：法向壓力是界面力學(xué)特性的主要影響因素，而界面巖性和粗糙度為次要影響因素；界面的剪切應(yīng)力-剪切位移（τ-ω）曲線之間整體呈雙曲線關(guān)系，無明顯的峰值應(yīng)力，表現(xiàn)為剪縮特征；法向壓力為6MPa時，不同粗糙度界面的抗剪強(qiáng)度基本重合，法向壓力大于8MPa時，界面粗糙度越大，界面抗剪強(qiáng)度越大；界面的抗剪強(qiáng)度與法向壓力具有較好的線性關(guān)系，可用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則來描述。 （3）在調(diào)查分析淮南潘謝礦區(qū)留設(shè)足夠高防水煤巖柱，數(shù)個綜采工作面突水實際資料基礎(chǔ)上，提出下滲帶的概念，分析了下滲帶發(fā)育在深埋砂土-砂巖界面類型下、且應(yīng)具備3個水文工程地質(zhì)條件；采用極限平衡原理及水力劈裂準(zhǔn)則推導(dǎo)得到了下滲帶發(fā)育深度的理論計算公式，給出了淮南潘謝礦區(qū)下滲帶發(fā)育深度范圍值。 （4）在系統(tǒng)分析深埋砂土-砂巖界面下高水壓裂隙巖體賦存地質(zhì)環(huán)境的基礎(chǔ)上，采用關(guān)鍵層理論及礦山壓力控制理論等，討論了深埋土-巖界面下煤層開采導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育特征規(guī)律；基于導(dǎo)水裂隙帶高度實測值，采用主成分分析法研究了導(dǎo)水裂隙帶高度發(fā)育的主控因素；基于鉆孔簡易水文觀測資料，分析了巖性對導(dǎo)水裂隙帶高度發(fā)育的影響，明確了導(dǎo)水裂隙帶臨界面的確定方法，將導(dǎo)水裂隙帶實測資料進(jìn)行深埋土巖界面帶分區(qū)，研究了煤層頂板類型及采厚對導(dǎo)水裂隙帶高度發(fā)育的影響；在此基礎(chǔ)上提出了近深埋土-巖界面下煤層開采改進(jìn)的導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度預(yù)計公式。 （5）在淮南潘謝礦區(qū)采煤工作面壓架突水特征分析的基礎(chǔ)上，提出了煤層采前下滲帶的存在，采后覆巖破壞異常發(fā)育的壓架突水機(jī)理，指出下滲帶的存在是發(fā)生壓架突水事故的最根本、最重要的原因，由此提出防治壓架突水的關(guān)鍵技術(shù)是：提高綜采支架工作阻力、加快工作面開采速度，對下滲帶進(jìn)行注漿改造等。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TD745

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1477521