煤層開(kāi)采過(guò)程中上覆巖層變形破壞形成的導(dǎo)水裂隙發(fā)育規(guī)律是礦井水害防治重要的研究方向,準(zhǔn)確有效的掌握采動(dòng)覆巖活動(dòng)規(guī)律,可為煤炭安全高效開(kāi)采提供重要的理論依據(jù)。本文綜合運(yùn)用理論分析、實(shí)驗(yàn)室物理模擬、數(shù)值分析等方法,建立三維電法無(wú)損探測(cè)系統(tǒng),對(duì)覆巖裂隙發(fā)育規(guī)律及巖層電阻率變化響應(yīng)特征進(jìn)行分析,并提出相應(yīng)的分類(lèi)指標(biāo),主要研究成果如下:（1）根據(jù)網(wǎng)絡(luò)并行電法的工作原理及數(shù)據(jù)采集方式,明確了電法數(shù)據(jù)采集的高效性和全面性;分析了三維數(shù)據(jù)反演的方式,采用AGI三維反演方法會(huì)使反演結(jié)果更加真實(shí);分析總結(jié)了電法探測(cè)覆巖裂隙在實(shí)驗(yàn)室物理模擬中的應(yīng)用,掌握了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中電極布置、數(shù)據(jù)采集方式。（2）結(jié)合伊犁四礦地質(zhì)條件,采用三維綜合物理模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建立相似物理模型,依據(jù)三維模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及模型鋪設(shè)特點(diǎn),建立了網(wǎng)絡(luò)并行電法覆巖裂隙無(wú)損探測(cè)系統(tǒng),優(yōu)化了電極布置、材料選取、數(shù)據(jù)采集方式,有效提高了探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性;掌握了三維模型初始狀態(tài)和不同開(kāi)采狀態(tài)下電阻率變化情況,將電阻率變化情況分為4個(gè)階段,即無(wú)明顯變化階段-相對(duì)不穩(wěn)定階段-逐漸增大階段-趨于平穩(wěn)階段;觀察分析了模型裂隙發(fā)育特征,結(jié)果表明,兩分層開(kāi)采結(jié)束后,覆巖裂... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：90 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

覆巖裂隙“O”形圈平面

我國(guó)研究學(xué)者為進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)研究方法，先后研制了大尺度三維物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)。李仲奎[40,41]等采用高容重模型材料、復(fù)雜應(yīng)力場(chǎng)監(jiān)控技術(shù)、內(nèi)窺監(jiān)測(cè)技術(shù)等方法研發(fā)了三維多主應(yīng)力面加載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，模型尺寸為 6.2 m×1.02 m×4.7 m，進(jìn)行了歷時(shí) 16 個(gè)月的模擬試驗(yàn)，得到了應(yīng)力應(yīng)變、圍巖變形等模擬結(jié)果，取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果。尹光志教授[42,43]等對(duì)三維采動(dòng)應(yīng)力條件下覆巖裂隙演化規(guī)律進(jìn)行了三維模擬試驗(yàn)研究，模型尺寸為 1.2 m×0.6 m×0.6 m，探究了煤層開(kāi)采過(guò)程中覆巖活動(dòng)應(yīng)力分布特征，通過(guò)切割裂隙統(tǒng)計(jì)描述了覆巖豎直切面裂隙分布特征，并對(duì)裂隙分布進(jìn)行平面量化、分形研究，得到了三維應(yīng)力下裂隙網(wǎng)絡(luò)的空間演化規(guī)律。姜耀東[44]研發(fā)了真三軸巷道平面模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有剛度強(qiáng)，加載載荷高、受載均勻、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。模型尺寸為 1 m×1 m×0.2 m，模型六面施壓、三面可調(diào)，對(duì)于礦井軟巖巷道礦壓顯現(xiàn)的模擬試驗(yàn)有重要的作用。太原理工大學(xué)建立的三維固流耦合模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，尺寸為 3 m×2 m×2 m，針對(duì)頂板破壞規(guī)律[45]進(jìn)行了三維模擬分析，采用槽鋼及高強(qiáng)度有機(jī)玻璃產(chǎn)生側(cè)向應(yīng)力，研究了覆巖位移和應(yīng)力變化規(guī)律，有效指導(dǎo)了煤層開(kāi)采覆巖活動(dòng)規(guī)律。

（a）合成電阻率模型 （b）正演視電阻率等值線圖 1-3 直流電法三維正演模擬Figure 1-3 Three-dimensional forward modeling of direct current method底青云、吳小平[57]等分別從推導(dǎo)了敏感矩陣與層析成像求解方法、采用積分法對(duì)三維敏感系數(shù)矩陣進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)降維處理對(duì)方程進(jìn)行求解，獲得了適合復(fù)雜大模型的計(jì)算方法。該方法充分體現(xiàn)了其優(yōu)越性，對(duì)該反演方法的發(fā)展起到了一定的促進(jìn)作用。劉樹(shù)才、岳建華[58]等針對(duì)煤層底板突水問(wèn)題進(jìn)行電法探測(cè)研究，依據(jù)巖層導(dǎo)電性的變化規(guī)律，建立底板導(dǎo)水裂隙帶動(dòng)態(tài)演化規(guī)律地電模型。反演結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果相對(duì)比，電阻率法用于底板破壞情況監(jiān)測(cè)效果比較明顯，為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況煤層開(kāi)采提供參考。劉志新[59]采用三維有限元法進(jìn)行直流電透視正演模擬，基于正演模擬原理，提出了直流電透視技術(shù)，將供電電極與測(cè)量電極均布置在回采工作面巷道兩側(cè)，研究巷道兩側(cè)電場(chǎng)變化特征及其視電阻率曲線的響應(yīng)特征，探測(cè)工作面內(nèi)部含水量、裂隙發(fā)育程度，為三維有限元數(shù)值分析方法提供理論依據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】：
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