含水压充填型溶洞巷道突水致灾机理研究

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岩溶地区频繁发生的煤矿突涌水事故长期困扰着矿井的安全生产。水压充填型溶洞作为常见岩溶现象之一,是诱发巷道突发性涌水事故的关键因素。揭示水压充填型溶洞突水致灾机理能为突水监测及防治技术提供重要参考依据。为研究含水压充填型溶洞巷道突水致灾机理,本文以某煤矿11609工作面突水事故为背景,在查明井田水文地质条件的基础上,分析了突水事故原因,阐述了水压充填型溶洞灾变模式;通过物理实验研究不同含水系数岩体的力学特性,分析水对岩体的劣化影响;采用数值模拟方法开展含水压充填型溶洞巷道突水致灾过程的研究,并提出防治措施建议。得到以下结论:(1)结合溶洞发育特征及突水经过,判断得出工作面上方的水压充填型溶洞是导致11609工作面突水事故的重要原因。并进一步阐述了水压充填型溶洞致灾三阶段:致灾源被激活,隔水层被破坏,充填物涌出。(2)开展岩石浸润试验及不同含水状态下岩石的单轴压缩破坏试验,发现灰岩在水中浸泡不同时期的吸水速率是不相同的,并且浸泡过程灰岩试件会产生剥落现象,直观地反映了水对灰岩造成损伤。岩石的强度及弹性模量随着浸润时间的增加呈现出递减的趋势。(3)通过对突水过程裂隙扩展演化的分析,再现了隔水岩体裂隙贯通形成突水通道演化过程,分析了突水通道形成的轨迹;在突水灾变过程中高应力区域主要溶洞附近,溶洞内部储存的水压是导致隔水岩体发生失稳破坏的根本因素,而开采扰动是导致水压释放的直接因素。(4)基于研究得到的规律,总结含水压充填型溶洞巷道突水灾变的机理:开采扰动诱发溶洞水压活化造成应力重分布,导致隔水岩体萌生裂隙形成裂隙岩体,在流固耦合作用下裂隙加速扩展,最终贯通形成突水通道。突水通道的生成即意味着突水灾害的发生。针对类似工程,根据数值模拟研究,提出了采用疏水降压防治技术的建议。
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