本文關(guān)鍵詞：煤礦采空區(qū)不同部位巖層裂隙率與其滲透性關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：隨著煤礦的大規(guī)模開采,在礦區(qū)形成大面積的采空區(qū),從而造成地下巖體應(yīng)力重新分布和巖體破裂損傷。這種損傷使得巖體的裂隙率及滲透性產(chǎn)生極大的改變,進(jìn)而導(dǎo)致采空區(qū)上覆含水層向礦井滲漏,可能使上覆含水層疏干,對當(dāng)?shù)厣钌a(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生影響。然而煤礦開采必然會遇到裂隙巖體滲流問題,因而采空區(qū)上覆巖體滲流特性的研究對于促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)煤礦綠色開采和煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著重要的工程實(shí)踐價(jià)值。為了研究采空區(qū)不同部位巖層裂隙率與滲透性關(guān)系,本文設(shè)計(jì)采空區(qū)相似模擬實(shí)驗(yàn),研究煤層采完后覆巖裂隙發(fā)育情況并統(tǒng)計(jì)不同部位巖層的裂隙率,歸納分析了采動(dòng)裂隙巖體的斷裂破壞特征;根據(jù)采空區(qū)相似模擬實(shí)驗(yàn)得出的裂隙發(fā)育情況及裂隙率建立與之相似的簡化裂隙物理模型,并設(shè)計(jì)了采空區(qū)冒落帶破碎巖石滲透實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、采空區(qū)裂隙帶巖體水平滲透實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、采空區(qū)裂隙帶巖體垂直滲透實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。上述滲透實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可測試采空區(qū)不同部位巖體的滲透性,最后結(jié)合模型實(shí)驗(yàn)得出的裂隙率結(jié)果,對采空區(qū)不同部位巖層裂隙率與其滲透特性的關(guān)系進(jìn)行分析。主要成果如下:(1)根據(jù)相似模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果,探討煤層開采后覆巖裂隙發(fā)育規(guī)律,并分析描述了采空區(qū)“豎三帶”和“橫三區(qū)”裂隙分布特征,并對采空區(qū)不同部位巖層裂隙率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。(2)根據(jù)采空區(qū)冒落帶破碎巖體滲流特性實(shí)驗(yàn)表明,滲流的水力梯度和滲流速度不符合達(dá)西定律,而呈乘冪曲線關(guān)系,并計(jì)算出了采空區(qū)冒落帶不同裂隙率巖體的滲透系數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明,破碎巖體的滲透性不僅與裂隙率有關(guān),還與巖樣的粒徑以及裂隙結(jié)構(gòu)有關(guān)。(3)根據(jù)采空區(qū)裂隙帶滲流特性實(shí)驗(yàn)表明,滲流的水力梯度和滲流速度同樣不符合達(dá)西定律,也呈乘冪曲線關(guān)系,并計(jì)算出了采空區(qū)裂隙帶不同部位巖體的滲透系數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明,裂隙帶巖體的滲透性不僅與裂隙率有關(guān),還與巖體的裂隙連通性。(4)根據(jù)采空區(qū)裂隙帶滲流特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相同裂隙率及裂隙結(jié)構(gòu)巖體其水平方向滲透系數(shù)和垂直方向滲透系數(shù)差異明顯,水平方向滲透系數(shù)一般為垂直方向滲透系數(shù)的20倍。
【關(guān)鍵詞】：采空區(qū) 冒落帶 裂隙帶 裂隙率 滲流特性
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD325.3
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 研究背景和意義10
• 1.2 研究現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 采空區(qū)相似模擬實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.2 裂隙巖體滲透特性研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 論文的研究內(nèi)容16
• 1.4 研究的技術(shù)路線與方法16-18
• 1.4.1 研究區(qū)地質(zhì)調(diào)查16
• 1.4.2 采空區(qū)相似材料模擬實(shí)驗(yàn)研究16-17
• 1.4.3 冒落帶滲透性實(shí)驗(yàn)研究17
• 1.4.4 裂隙帶滲透性實(shí)驗(yàn)研究17
• 1.4.5 試驗(yàn)結(jié)果整理及分析17-18
• 第二章 研究區(qū)地質(zhì)背景條件18-36
• 2.1 常村煤礦概況18-20
• 2.2 常村煤礦地質(zhì)及水文地質(zhì)條件20-30
• 2.2.1 地形與地貌20
• 2.2.2 地質(zhì)條件20-26
• 2.2.3 水文地質(zhì)條件26-30
• 2.3 研究區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)條件30-36
• 2.3.1 研究區(qū)地層特征30-34
• 2.3.2 水文地質(zhì)概況34-36
• 第三章 采空區(qū)覆巖裂隙發(fā)育相似模擬實(shí)驗(yàn)研究36-52
• 3.1 實(shí)驗(yàn)條件36
• 3.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃头椒?/span>36-39
• 3.2.1 相似常數(shù)的選擇36-38
• 3.2.2 相似材料的選取38
• 3.2.3 相似材料的用量計(jì)算38-39
• 3.3 煤層開采覆巖垮落過程39-45
• 3.3.1 煤層第一層開采覆巖垮落過程39-41
• 3.3.2 煤層第二層開采覆巖垮落過程41-44
• 3.3.3 煤層第三層開采覆巖垮落過程44-45
• 3.4 裂隙分布規(guī)律及發(fā)育特征45-52
• 3.4.1 覆巖裂隙的水平分區(qū)46
• 3.4.2 覆巖裂隙的垂直分帶46-47
• 3.4.3 裂隙率統(tǒng)計(jì)47-52
• 第四章 采空區(qū)冒落帶滲透性實(shí)驗(yàn)研究52-62
• 4.1 實(shí)驗(yàn)材料及裝置52-53
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)材料52
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置52-53
• 4.2 實(shí)驗(yàn)方案53-54
• 4.3 實(shí)驗(yàn)方法及步驟54-56
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)方法54
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟54-56
• 4.4 滲透性測試原理56-57
• 4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析57-62
• 4.5.1 流速—水力梯度數(shù)據(jù)57-58
• 4.5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析討論58-62
• 第五章 采空區(qū)裂隙帶滲透性實(shí)驗(yàn)研究62-78
• 5.1 實(shí)驗(yàn)材料及裝置62-64
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)材料62
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置62-64
• 5.2 實(shí)驗(yàn)方案64-65
• 5.3 實(shí)驗(yàn)步驟65-69
• 5.4 滲透實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析69-78
• 5.4.1 流速—水力梯度數(shù)據(jù)69-72
• 5.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析討論72-78
• 第六章 結(jié)論與展望78-80
• 6.1 主要結(jié)論78-79
• 6.2 展望79-80
• 參考文獻(xiàn)80-86
• 致謝86-88
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄88

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本文編號：999467