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朱庄煤矿六煤层底板突水防治技术的研究

作　者: 胡茂流
导　师: 何廷峻；葛春贵
学　校: 安徽理工大学
专　业: 矿业工程
关键词: 数值模拟相似材料底板突水破坏深度极限压力应力分布突水机理
分类号: TD745
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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引　用: 2次
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内容摘要

在承压水体上开采时,煤层底板突水过程是一个复杂的非平衡、非线性的演化过程,它受到许多因素的影响,其实质是煤层底板含水层高承压水沿采煤工作面底板隔水层岩体内部通道突破底板隔水层的阻隔,以突发、缓发或滞发的形式向上涌入工作面采空区的过程。由于岩石材料的非均匀性、地质条件的复杂性、施工过程的不确定性,理论上很难对突水过程作出准确的描述。本文结合朱庄煤矿3629工作面实例,在分析煤层底板突水的影响因素的基础上,利用理论分析、相似材料模拟、有限元软件数值模拟为研究方法,研究了承压水体上开采底板突水规律,对于实现煤矿安全生产,防治煤层底板突水具有十分重要的理论意义与现实意义。本文主要开展了如下几个方面的工作: 分析底板突水类型及影响因素,确定底板突水的原因; 运用断裂力学理论、弹塑性理论及有限元方法解析煤层底板隔水层在采动矿压及底板含水层水压的复合作用下的破坏深度、应力传播特征、底板突水极限压力,并将解析解应用于朱庄煤矿3629工作面底板突水预测的实际工程中,对该面实现安全回采起到了重要指导作用; 利用相似材料模型及大型有限元软件对煤层底板岩层应力分布规律和底板移动破坏特征进行了模拟,分析了煤层底板突水的机理及底板岩层的突水破坏规律。生产中采用物探方法,探测突水异常区并进行局部加固,保证本工作面安全生产。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
1 概述  10-15
  1.1 我国煤矿水害概述  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-14
    1.2.1 国内研究现状  11-13
    1.2.2 国外研究现状  13-14
  1.3 课题研究内容、方法、目标及技术路线  14-15
    1.3.1 研究内容  14
    1.3.2 研究方法、目标及技术路线  14-15
2 承压水体上开采底板突水影响因素分析  15-21
  2.1 底板含水层的水压力  15-16
  2.2 底板岩性组合  16-18
  2.3 地质构造  18-19
  2.4 矿山压力  19-20
  2.5 石灰岩岩溶含水层富水性  20
  2.6 工作面开采空间及开采方法  20-21
  2.7 小结  21
3 承压水体上开采底板破坏理论分析  21-45
  3.1 岩石破坏准则  22-25
    3.1.1 岩石破坏类型  22
    3.1.2 岩石破坏准则  22-25
  3.2 采场周围岩体应力与破坏区计算  25-29
    3.2.1 采场周围岩体应力计算  25-27
    3.2.2 采场端部岩体破坏区计算  27-29
  3.3 底板岩体破坏深度计算  29-36
    3.3.1 长壁工作面底板岩体破坏深度计算  29-34
    3.3.2 塑性理论计算底板岩体破坏深度  34-36
  3.4 岩体应力向深部传播特征  36-37
  3.5 底板突水极限压力计算  37-43
    3.5.1 正常开采工作面底板突水极限压力计算  37-42
    3.5.2 遇断层时底板突水极限压力计算  42-43
  3.6 朱庄煤矿6~#煤开采底板突水预测的理论分析  43-45
    3.6.1 工作面底板岩体破坏深度计算  43-44
    3.6.2 正常开采底板突水预测  44-45
    3.6.3 遇断层时底板突水性预测  45
  3.7 小结  45
4 承压水体上开采底板突水相似模拟  45-56
  4.1 相似模拟的理论基础  45-47
  4.2 相似模型建构  47-49
    4.2.1 相似材料及配比参数  47-48
    4.2.2 模型加载及水压模拟  48-49
    4.2.3 测试方法及试验过程  49
  4.3 顶板岩层应力分布规律  49-50
  4.4 底板岩层应力分布规律  50-51
  4.5 底板岩层变形移动特征  51-52
  4.6 底板岩层破坏过程与破坏特征  52-53
  4.7 底板岩层变形破坏规律  53-55
    4.7.1 底板岩层破坏的水平分段规律  53-54
    4.7.2 底板岩层破坏的垂直分段规律  54-55
  4.8 小结  55-56
5 承压水体上开采数值模拟计算  56-73
  5.1 概述  56
  5.2 ANSYS软件简介  56-57
  5.3 有限元基本原理  57-60
  5.4 ANSYS模拟的两种处理  60-61
    5.4.1 采空区矸石的处理  60-61
    5.4.2 断层带的处理  61
  5.5 计算方案与模拟计算过程  61-62
  5.6 计算结果分析  62-72
    5.6.1 推进35m时煤层底板不同深度岩层破坏及应力分布规律  62-65
    5.6.2 推进60m时煤层底板不同深度岩层破坏及应力分布规律  65-68
    5.6.3 推进120m时煤层底板不同深度岩层破坏及应力分布规律  68-71
    5.6.4 推进200m时煤层底板不同深度岩层破坏及应力分布规律  71-72
  5.7 小结  72-73
6 底板突水预测方法与防治措施  73-98
  6.1 底板突水预测方法  73-91
    6.1.1 底板突水系数法  73
    6.1.2 阻水系数法  73
    6.1.3 经验公式法  73-74
    6.1.4 六层煤底板赋水性、突水危险性物理勘探  74-91
  6.2 底板突水防治措施  91-92
    6.2.1 注浆加固与改造底板隔水岩性  91
    6.2.2 疏降底板含水层水压  91
    6.2.3 朱庄煤矿防治水方案的确定  91-92
  6.3 治理技术措施及工艺  92-98
    6.3.1 注浆范围及深度(附图表)  92-93
    6.3.2 注浆参数  93
    6.3.3 开采期间防突水应急措施  93-98
    6.3.4 治理效果  98
  6.4 小结  98
7 主要结论与展望  98-101
  7.1 主要结论  98-100
  7.2 存在问题与展望  100-101
致谢  101
参考文献  101-104

朱庄煤矿六煤层底板突水防治技术的研究

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