本文關鍵詞：1413A面底板采動變形破壞規(guī)律與水害防治技術(shù)研究

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【摘要】：煤炭工業(yè)是我國國民經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè),資源儲量大,分布范圍廣,地質(zhì)條件變異大,特別是近年來在大采深、多含水層、高水壓等復雜地質(zhì)條件下進行的開采,受水害的威脅和影響更加突出,防治水形勢更加嚴峻,因此進行底板水害防治技術(shù)的研究是十分必要的。為了實現(xiàn)對煤炭資源的安全高效的開采利用,本文以張集礦1413A工作面為研究對象,開展了煤層采動對底板變形破壞的規(guī)律及水害防治技術(shù)的研究。依據(jù)張集礦區(qū)的鉆探資料、物探成果、精細三維地震勘探、大功率時頻電磁法勘探資料等,采用現(xiàn)場實驗觀測、數(shù)值模擬、理論分析、物理力學試驗與力學理論研究等方法,對礦區(qū)工作面采動底板巖層應力及變形破壞演化規(guī)律、底板水害威脅程度、防治水主要技術(shù)途徑等方面進行了可行性研究。主要的研究成果如下:(1)張集礦1413A工作面具有與灰?guī)r含水層距離近、承受水壓高、開采煤層厚度大、頂板砂巖厚度大、強度高等顯著特點,且邊界存在導水的FS866斷層。因此,開采難度較大,受水害威脅程度高。(2)針對1413A工作面特點,經(jīng)分析比較,采用順層長鉆孔和穿層短鉆孔相結(jié)合的快速疏放水技術(shù),降低了工作面突水系數(shù),提高工作面開采的安全可靠性。(3)根據(jù)彈塑性力學、流體力學和礦山壓力等力學理論知識,研究了工作面煤層開挖過程中對底板巖層變形破壞的影響。在工程實踐的基礎上,采用長壁全部陷落法對底板煤層破壞深度進行計算,推導出底板應力及底板破壞深度的經(jīng)驗公式。(4)分析測試了工作面底板巖石力學參數(shù),建立工作面工程地質(zhì)模型,應用FLAC3D數(shù)值軟件,模擬在標準巖層和含有斷層兩種不同的地質(zhì)構(gòu)造條件下1413A工作面在推進20m、40m、60m、80m、100m、120m、140m位置處底板的最大主應力云圖、剪切應力云圖及塑性破壞區(qū)分布圖,根據(jù)模擬結(jié)果確定了煤層開挖條件下底板巖層的變形破壞規(guī)律和底板最大破壞深度值,同推導出來的底板破壞深度經(jīng)驗公式得出的結(jié)果基本一致,給工程的使用提供了技術(shù)支持,對煤層的突水防治技術(shù)具有重要的參考價值。(5)依據(jù)出水水量、水溫、水質(zhì)以及水位變化特征,分析了C33上1號順層孔異常出水成因與通道結(jié)果表明:出水水源是奧陶、寒武系灰?guī)r為主的混合水,鉆孔施工中由于鉆孔下沉偏斜揭露深部的C39以下高壓富水區(qū)從而引起鉆孔異常出水,與C33上垂向?qū)畼?gòu)造無關;(6)為實現(xiàn)煤層的安全開采和灰?guī)r水害的防治,在研究斷層的導水性特征與注漿加固技術(shù)的基礎上采用經(jīng)驗公式和突水系法對斷層對工作面威脅程度進行了簡要的安全性評價分析。(7)依據(jù)工作面參數(shù)和疏水降壓后的水壓值,分別計算工作面底板破壞深度和突水系數(shù),計算得底板破壞深度為21.03m,1413A工作面底板突水系數(shù)在0.004MPa/m至0.025MPa/m范圍內(nèi),在該范圍內(nèi)的底板突水系數(shù)均小于受構(gòu)造破壞塊臨界突水系數(shù)值0.06MPa/m。符合規(guī)程規(guī)定的標準,因此,1413A綜采工作面開采突水的可能性較小,具備安全開采條件。(8)結(jié)合張集礦水文地質(zhì)和采礦條件,提出1413A工作面底板水害綜合防治技術(shù)的措施與對策。
【關鍵詞】：底板破壞深度 數(shù)值模擬 水害 安全性分析 綜合防治
【學位授予單位】：安徽建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD745
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 第一章 緒論16-23
• 1.1 問題的提出及研究的必要性16
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-20
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀17
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀17-20
• 1.3 現(xiàn)存在的問題20-21
• 1.4 論文研究的主要內(nèi)容及技術(shù)路線21-23
• 1.4.1 論文研究的主要內(nèi)容21-22
• 1.4.2 本文研究技術(shù)路線22-23
• 第二章 礦井的工程概況與水文地質(zhì)特征23-32
• 2.1 礦井工程開拓現(xiàn)狀23
• 2.2 井田地質(zhì)與構(gòu)造23-26
• 2.2.1 井田地層23-24
• 2.2.2 井田構(gòu)造24-26
• 2.3 井田水文地質(zhì)條件26-31
• 2.3.1 主要含水層26-29
• 2.3.2 主要隔水層29-30
• 2.3.3 各含水層水力聯(lián)系30-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第三章 底板巖層破壞規(guī)律及物理力學性能分析32-43
• 3.1 底板巖體的應力分布特征32-33
• 3.2 底板巖體應力分布規(guī)律33-36
• 3.2.1 煤層底板巖體的破壞深度的分析34-36
• 3.3 巖石物理力學性能試驗36-42
• 3.3.1 巖石密度試驗36-37
• 3.3.2 巖石抗拉強度試驗37-38
• 3.3.3 巖石的抗壓強度、泊松比和彈性模量38
• 3.3.4 巖石三軸壓縮試驗38-39
• 3.3.5 巖石剪切試驗39-40
• 3.3.6 內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角試驗40
• 3.3.7 微觀特征分析實驗40-41
• 3.3.8 分析試驗結(jié)果41-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第四章 FLAC3D數(shù)值模擬軟件分析43-60
• 4.1 FLAC3D數(shù)值模擬軟件的概述43-47
• 4.1.1 FLAC3D的簡介43
• 4.1.2 摩爾-庫倫理論43-46
• 4.1.3 FLAC3D的一般計算流程圖46-47
• 4.2 標準巖層條件下數(shù)值模擬研究47-53
• 4.2.1 建立計算模型及劃分網(wǎng)格47-48
• 4.2.2 巖體力學參數(shù)及初始應力云圖48-49
• 4.2.3 分析數(shù)值模擬計算結(jié)果對底板采動破壞效應的影響49-53
• 4.2.4 模擬結(jié)果分析53
• 4.3 斷層條件下數(shù)值模擬研究53-59
• 4.3.1 建立含斷層帶的數(shù)值模型53
• 4.3.2 分析數(shù)值模型后處理結(jié)果對底板變形破壞深度的影響53-58
• 4.3.3 數(shù)值模擬結(jié)果分析58-59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 第五章 1413A組煤開采水文地質(zhì)保障技術(shù)研究60-68
• 5.1 新生界水文地質(zhì)探察60
• 5.2 灰?guī)r地層水文地質(zhì)探察60-65
• 5.2.1 補勘技術(shù)手段及方法60
• 5.2.2 工程布置及完成工程量60-63
• 5.2.3 補勘取得的初步成果63-65
• 5.3 C_3~3上1號順層孔出水與封堵技術(shù)研究65-67
• 5.3.1 C_3~3上1號順層孔異常出水概述65
• 5.3.2 通道探查65-66
• 5.3.3 C_3~3上1號順層孔異常出水結(jié)論66
• 5.3.4 C_3~3上1號順層孔封堵情況66-67
• 5.3.5 注漿后物探與鉆探驗證情況67
• 5.4 本章小結(jié)67-68
• 第六章 1413A面底板水害綜合防治技術(shù)安全性評價68-81
• 6.1 采區(qū)概況68-69
• 6.1.1 采區(qū)范圍68
• 6.1.2 采區(qū)地質(zhì)68-69
• 6.2 工作面地質(zhì)概述及灰?guī)r富水性能分析69-73
• 6.2.1 地質(zhì)概況69-72
• 6.2.2 工作面底板灰?guī)r富水性能72-73
• 6.3 1413A面底板水害綜合防治73-77
• 6.3.1 斷層的導水性特征與工程治理技術(shù)73-76
• 6.3.2 斷層處防水煤巖柱預留尺寸計算分析76-77
• 6.4 工作面底板水害安全性評價77-79
• 6.4.1 底板灰?guī)r涌水量分析77-78
• 6.4.2 頂板砂巖涌水量分析78
• 6.4.3 灰?guī)r突水危險性分析78-79
• 6.4.4 安全隔水層厚度比值系數(shù)分析79
• 6.5 本章小結(jié)79-81
• 第七章 主要結(jié)論和建議81-84
• 7.1 主要結(jié)論81-82
• 7.2 建議82-84
• 參考文獻84-87
• 致謝87-88
• 作者簡介及讀研期間主要科研成果88

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