據(jù)統(tǒng)計,我國60%左右的礦井事故與地下水相關(guān),煤礦重特大事故中,水害造成的傷亡人數(shù)位居第2位,僅次于瓦斯事故。隨著煤炭資源的開采,淺部煤礦越來越少,深部煤礦越來越多,導(dǎo)致高承壓水、高地應(yīng)力威脅日趨嚴(yán)重,導(dǎo)致深部煤礦開采中底板突水災(zāi)害控制成為重要研究課題。目前關(guān)于煤礦底板突水災(zāi)變機理、底板改造加固材料研發(fā)以及注漿材料的研發(fā)尚有諸多不足,成為了保證采煤安全進行的關(guān)鍵科學(xué)難題之一。本文從突水影響因素和災(zāi)變條件的角度切入,系統(tǒng)探討了煤礦底板突水災(zāi)變特征;分析了不同階段底板裂隙受力狀態(tài),并建立了裂隙抗剪強度模型,進而依據(jù)底板整體受力狀態(tài),提出煤層底板起劈判據(jù);以COMSOL為模擬平臺,獲得煤層回采中多場信息演化規(guī)律,并以此提出煤層底板改造要求;基于過火煤矸石可有效提高膠凝活性的特點,結(jié)合底板改造要求,研發(fā)以過火煤矸石為主、少量水泥及粘土為輔的新型注漿加固材料,并分析其各項物理力學(xué)性能,最終提出新型奧灰含水層注漿材料工業(yè)試生產(chǎn)技術(shù)和工藝實施方案,驗證新型材料的工程適用性,取得了一系列具有實用價值的研究成果。（1）從含水層性質(zhì)、天然隔水層狀態(tài)、底板巖性、采動礦壓、開采方法等多角度展開分析,闡述了突水... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：155 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖２－１未突階段地質(zhì)力學(xué)＿??Ｆｉｇ．?２－１?Ｇｅｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｍｏｄｅｌ?ｉｎ?ｕｎｃｏｎｃｌｕｄｅｄ?ｓｔａｇｅ??同時對此模型做了部分假設(shè)，首先，模型之中不考慮靜水壓力對隔水巖層的軟化??

?煤礦底板突水機制與新型注漿材料加固機理及工程應(yīng)用研究???第三章底板裂隙抗剪強度及突水機理??３．１底板損傷弱化因素??３．１．１裂隙粗糙度??根據(jù)裂隙的天然存在狀態(tài)，自宏觀角度上可將裂隙分為波紋狀、鋸齒狀、臺階狀??等多種形式（如圖３－１所示）。針對節(jié)理裂隙的受力分析模型，通常采用較為理想化、??規(guī)則化的幾何形狀，在此假定上，裂隙界面分析中往往缺乏高精度的界面形態(tài)，進而??無法準(zhǔn)確描述節(jié)理細觀狀態(tài)下相鄰界面的三維形態(tài)和坡度信息，對理論研宄造成一定??的局限性。??目前，通過掃描電子顯微鏡等高精尖觀測手段，得出裂隙實際形貌并非完全符合??以上分類，且裂隙的粗糙度對節(jié)理抗剪強度具有明顯的影響，故在研究裂隙抗剪強度??時，應(yīng)考慮界面起伏程度、粗糙程度以及相應(yīng)的界面力學(xué)效應(yīng)。??ＡＡＡＡ／ＶＸＡＡ????鋸齒狀????，＾?＾??波紋狀Ｉ??波紋狀ｎ??臺階狀Ｉ??臺階狀ＩＩ??圖３－１界面宏觀狀態(tài)??Ｆｉｇ．?３－１?Ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ?ｓｔａｔｅ?ｏｆ?ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｐｌａｎｅ??３．１．２承壓水作用??地下承壓水不斷的侵蝕、軟化裂隙中的充填物，造成巖體強度逐漸降低，并導(dǎo)致??裂隙寬度逐漸增加，極大減弱了巖體的物理力學(xué)性質(zhì)。一方面表現(xiàn)為對軟弱巖石及結(jié)??構(gòu)面的物理化學(xué)作用，另一方面地下水作為一種外荷載，對巖體產(chǎn)生擠壓，致使裂隙??產(chǎn)生、擴展，直到劈裂破壞。??地下工程中各種巖層內(nèi)的裂隙在地應(yīng)力作用下呈閉合狀態(tài)，未擾動狀態(tài)下力的傳??遞主要通過裂隙兩側(cè)巖體的接觸部分。當(dāng)?shù)叵滤x存在裂隙中時，承壓水的流動性、??滲透性、水壓等都因素都使地下水可以作為壓力傳遞的媒介，承擔(dān)巖體間

?山東大學(xué)博士學(xué)位論文???由于裂隙中的承壓水賦存水量很小，因此主要考慮其水壓承載的能力。在這里借鑒土??力學(xué)中有效應(yīng)力原理進行考慮，土體與裂隙巖體中的有效應(yīng)力示意圖見圖３－２。土力??學(xué)中，砂土介質(zhì)內(nèi)顆粒間要充分考慮空隙的影響，因此顆粒間的接觸面積可近似忽略??不計。但是對于裂隙巖體來講，裂隙兩側(cè)巖體的接觸面積較大，因而不可忽略。??（ａ）?土體?（ｂ）裂隙巖體??圖３－２?土體與裂隙巖體中的有效應(yīng)力示意圖??Ｆｉｇ．?３－２?Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ?ｓｔｒｅｓｓ?ｉｎ?ｓｏｉｌ?ａｎｄ?ｊｏｉｎｔｅｄ?ｒｏｃｋ??３．１．３界面力學(xué)參數(shù)分析??針對裂隙巖體的界面力學(xué)性質(zhì)，學(xué)者們建立了不同的模型描述其荷載與變形的關(guān)??系，如?Ｇｏｏｄｍａｎ?模型、Ｃｏｕｌｏｍｂ?模型、Ｂａｒｔｏｎ－Ｂａｎｄｉｓ?模型、Ｐａｔｔｏｎ?模型以及?Ｋｕｌａｔｉｌａｋｅ??模型。Ｇｏｏｄｍａｎ模型主要從力學(xué)方面開展研宄，它將裂隙兩側(cè)巖體的接觸點等效為一??系列線彈性體。Ｂａｒｔｏｎ－Ｂａｎｄｉｓ模型和Ｋｕｌａｔｉｌａｋｅ模型主要是通過數(shù)學(xué)手段進行曲線擬??合，這兩種模型可相對準(zhǔn)確的表述裂隙變形過程。但是這些模型都存在一些缺陷，??Ｇｏｏｄｍａｎ模型所得到的理論結(jié)果與試驗測定值仍有較大誤差，另外從尺度上講，室內(nèi)??試驗中試樣的邊界也是有限確定的，難以模擬出延伸至較遠距離甚至于尖滅于巖體中??裂隙，不符合工程中的實際情況。而Ｂａｒｔｏｎ－Ｂａｎｄｉｓ模型和Ｋｕｌａｔｉｌａｋｅ模型并未探究相??應(yīng)的力學(xué)機制。??（１）?Ｃｏｕｌｏｍｂ?模型??對于兩個粗糙界面的力學(xué)性能，由于法向應(yīng)力的作用，將對界面的抗剪強度造成??影響，Ｃｏｕｌｏｍｂ提

【參考文獻】：
期刊論文
[1]采動覆巖應(yīng)力變化規(guī)律分析[J]. 孫志強.  能源與環(huán)保. 2019(09)
[2]Development of the nano-composite cement:Application in regulating grouting in complex ground conditions[J]. WANG Sheng,WANG Jing-fei,YUAN Chao-peng,CHEN Li-yi,XU Shi-tong,GUO Kai-bin.  Journal of Mountain Science. 2018(07)
[3]淺析礦山壓力及巖層控制原理[J]. 楊曄.  世界有色金屬. 2017(20)
[4]水玻璃化學(xué)漿在地面預(yù)注漿中的應(yīng)用研究[J]. 賀文.  煤炭工程. 2017(08)
[5]深井底板突水模式及其突變特征分析[J]. 尹立明,郭惟嘉,路暢.  采礦與安全工程學(xué)報. 2017(03)
[6]考慮漿液黏度時空變化的速凝漿液滲透注漿擴散機制研究[J]. 張連震,張慶松,劉人太,李術(shù)才,王洪波,李衛(wèi),張世杰,朱光軒.  巖土力學(xué). 2017(02)
[7]深部開采底板裂隙擴展演化規(guī)律試驗研究[J]. 陳軍濤,郭惟嘉,尹立明,路暢,常西坤,張士川,張呈祥.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2016(11)
[8]破碎圍巖注漿加固體開挖穩(wěn)定性及水壓超載試驗研究[J]. 張偉杰,李術(shù)才,魏久傳,張慶松,張霄,李鵬.  中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2016(06)
[9]基于Weibull模型的細粒尾礦粒徑分布[J]. 巫尚蔚,楊春和,張超,冒海軍,杜艷強,張修照.  重慶大學(xué)學(xué)報. 2016(03)
[10]深部采動高承壓水完整底板突水通道形成模式分析[J]. 孫文斌,張士川,朱磊.  礦業(yè)安全與環(huán)保. 2016(03)

博士論文
[1]采動影響下巖石的變形破壞行為及非線性模型研究[D]. 陳巖.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 2018
[2]采動動載作用下底板巖層損傷破裂機理及突水防治技術(shù)研究[D]. 李海龍.中國礦業(yè)大學(xué) 2016
[3]深部煤層底板變形破壞機理及突水評價方法研究[D]. 張風(fēng)達.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 2016
[4]斷層軟弱介質(zhì)注漿擴散加固機理及工程應(yīng)用[D]. 李志鵬.山東大學(xué) 2015
[5]華北型煤田礦井突水機理及預(yù)警技術(shù)[D]. 劉德民.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 2015
[6]永城礦區(qū)裂隙型底板灰?guī)r突水防治技術(shù)研究[D]. 張凱.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 2015
[7]隧道泥質(zhì)充填斷層破碎帶劈裂注漿擴散機理及工程應(yīng)用[D]. 俞文生.長沙理工大學(xué) 2015
[8]隧道工程富水?dāng)鄬悠扑閹ё{加固機理及應(yīng)用研究[D]. 張偉杰.山東大學(xué) 2014
[9]煤礦深部開采底板突水機理研究[D]. 張樂中.長安大學(xué) 2013
[10]水泥基速凝漿液地下工程動水注漿擴散封堵機理及應(yīng)用研究[D]. 劉人太.山東大學(xué) 2012

碩士論文
[1]我國礦井水害的類型劃分與水文結(jié)構(gòu)模式研究[D]. 陳紅影.中國礦業(yè)大學(xué) 2019
[2]陳四樓煤礦高承壓水上采動底板突水機理研究[D]. 黃衛(wèi)星.中國礦業(yè)大學(xué) 2017
[3]蘆嶺煤礦Ⅲ11巖石綜采工作面水文地質(zhì)條件分析與防治水方案研究[D]. 鄭志遠.合肥工業(yè)大學(xué) 2017
[4]煤礦水害致災(zāi)機理研究[D]. 孫魁.西安科技大學(xué) 2016
[5]厚松散層薄基巖下煤層開采綜合防治水研究[D]. 熊法政.河南理工大學(xué) 2016
[6]承壓水作用下底板突水機理及防治技術(shù)研究[D]. 王延蒙.中國礦業(yè)大學(xué) 2015
[7]承壓水上采煤底板破壞規(guī)律及突水預(yù)測研究[D]. 杜偉升.河南理工大學(xué) 2015
[8]隧道富水地層帷幕注漿加固圈參數(shù)及穩(wěn)定性研究[D]. 王剛.山東大學(xué) 2014
[9]承壓水上采煤底板破壞突水機理研究[D]. 畢龍.西安科技大學(xué) 2012
[10]固液耦合作用下底板突水過程的數(shù)值模擬研究[D]. 王興.安徽理工大學(xué) 2011



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