【摘要】：我國(guó)煤礦水文地質(zhì)條件復(fù)雜,受地下含水層潛在突水災(zāi)害威脅的煤炭資源儲(chǔ)量巨大。煤層開(kāi)采過(guò)程中,隔水關(guān)鍵層的損傷破裂程度與滲透性演化響應(yīng)規(guī)律研究對(duì)于實(shí)現(xiàn)含水層下煤炭資源安全開(kāi)采與水資源保護(hù)具有重要意義。固體充填采煤技術(shù)作為綠色礦山地下水環(huán)境保護(hù)技術(shù)的典型代表之一,可有效控制隔水關(guān)鍵巖層導(dǎo)水裂隙發(fā)育與滲流突水通道的形成,為隔水關(guān)鍵層的結(jié)構(gòu)與滲流穩(wěn)定提供良好條件。鑒于此,本文提出了充填開(kāi)采再造隔水關(guān)鍵層的思路,采用實(shí)驗(yàn)室測(cè)試、理論分析、數(shù)值模擬、物理模擬和工業(yè)性試驗(yàn)等綜合研究方法,測(cè)試了典型礦區(qū)隔水關(guān)鍵層巖石物理力學(xué)與滲流特性,研究了充填體與隔水關(guān)鍵層耦合作用關(guān)系,充填開(kāi)采再造隔水關(guān)鍵層的結(jié)構(gòu)破壞與非線性滲流失穩(wěn)機(jī)理,充填開(kāi)采再造隔水關(guān)鍵層的裂隙場(chǎng)與滲流場(chǎng)演化特征等主要內(nèi)容,給出了含水層下充填開(kāi)采再造隔水關(guān)鍵層的工程設(shè)計(jì)方法,并進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)。論文主要取得了以下創(chuàng)新性成果:(1)基于保水采煤的隔水關(guān)鍵層理論,提出了充填開(kāi)采再造隔水關(guān)鍵層的概念,給出了充填開(kāi)采再造隔水關(guān)鍵層的基本結(jié)構(gòu)類(lèi)型及表現(xiàn)形式,研究了單一隔水關(guān)鍵層與隔水關(guān)鍵層復(fù)合效應(yīng)的變形機(jī)制,揭示了充填開(kāi)采再造隔水關(guān)鍵層的內(nèi)涵。(2)構(gòu)建了充填開(kāi)采再造隔水關(guān)鍵層的非均勻彈性地基疊合梁力學(xué)模型與非線性滲流動(dòng)力學(xué)模型,給出了充填開(kāi)采再造隔水關(guān)鍵層的結(jié)構(gòu)破壞與非線性滲流失穩(wěn)判據(jù),研究了隔水關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)破壞及非線性滲流失穩(wěn)與充實(shí)率的定量關(guān)系,揭示了充填開(kāi)采再造隔水關(guān)鍵層的失穩(wěn)機(jī)理。(3)通過(guò)數(shù)值模擬與物理模擬相結(jié)合的方法,研究了不同結(jié)構(gòu)特性、層位特征與充實(shí)率等影響因素下,隔水關(guān)鍵層“裂隙萌生、擴(kuò)展發(fā)育、裂隙彌合或裂隙貫通”充填再造過(guò)程的保水性能演化規(guī)律,得到了采動(dòng)應(yīng)力條件下充填開(kāi)采再造隔水關(guān)鍵層的裂隙時(shí)空演化與滲流響應(yīng)特征。(4)提出了含水層下充填開(kāi)采再造隔水關(guān)鍵層的工程設(shè)計(jì)方法,基于隔水關(guān)鍵層空間展布特征、隔水關(guān)鍵層巖石滲流特性測(cè)試及非線性滲流動(dòng)力學(xué)模型,給出了試驗(yàn)區(qū)域充填采煤工作面的充實(shí)率控制指標(biāo)分布及區(qū)域劃分,并進(jìn)行了工程驗(yàn)證,取得了良好的效果。該論文有圖122幅,表24個(gè),參考文獻(xiàn)207篇。
【圖文】：

時(shí)單一隔水關(guān)鍵層圍巖塑性區(qū)、孔隙水壓力及變形特征進(jìn)行模擬研究。采空區(qū)充實(shí)率為 80%，工作面推進(jìn)距離分別為 25m、50m、75m 與 100m 時(shí)隔水關(guān)鍵層圍巖塑性區(qū)發(fā)育特征隨工作面推進(jìn)距離變化云圖如圖 2-11 所示，，其中推進(jìn)距離為 50m 與 100m 時(shí)隔水關(guān)鍵層應(yīng)力分布特征如圖 2-12 所示，記錄隔水關(guān)鍵層孔隙水壓力與下沉量隨工作面推進(jìn)過(guò)程的變化曲線如圖 2-13 所示。（a）工作面推進(jìn) 25m （b）工作面推進(jìn) 50m

（a）工作面推進(jìn) 50m （b）工作面推進(jìn) 100m圖 2-12 充實(shí)率為 80%時(shí)隔水關(guān)鍵層垂直地應(yīng)力分布Figure 2-12 Vertical stress distribution of KAS with BMCR of 80%（a）孔隙水壓力變化曲線 （b）垂直下沉量變化曲線圖 2-13 充實(shí)率為 80%時(shí)隔水關(guān)鍵層孔隙水壓力與下沉曲線Figure 2-13 Pore water pressure and subsidence curves of KAS with BMCR of 80%由圖 2-11~圖 2-13 可知：0 25 50 75 100 125 150 175 2001.21.41.61.82.02.2推進(jìn)距離 25m推進(jìn)距離 50m推進(jìn)距離 75m推進(jìn)距離 100m隙水孔力壓M/Pa沿回采方向位置/m0 25 50 75 100 125 150 175 200-350-280-210-140-70070推進(jìn)距離 25m推進(jìn)距離 50m推進(jìn)距離 75m推進(jìn)距離 100m水關(guān)鍵層下沉量隔m/沿回采方向位置/m
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TD823.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2689046