山西省老空突水的水文地质结构模式与致灾机制

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论文以山西省老空突水事故案例为背景,在统计了20002018年间较大事故案例的基础上,对其进行了规律总结。提出按水害空间位置、岩层组合关系及致灾机制等的不同,对老空水水害进行类型划分。为了阐明不同水害类型模式间的差异性,文章从老空水的动力学特征、通道演化及致灾机制三个方面,选取典型老空水害类型进行分析、研究和讨论。通过构建“水库模型”对“隔离型”老空水害的水压(P)速(v)关系方程进行了理论推导;为验证Pv关系曲线的正确性,选取代表性矿区进行老空放水试验,获取了实际Pv曲线。对实际Pv曲线与理论Pv曲线进行了分析比较,并认为实际Pv曲线与理论Pv曲线总体趋势一致,但有一定程度偏离。根据实际Pv曲线形态,推断验证了“隔离型”老空突水流态存在由“有压管道非恒定流”向“有压管道似恒定流”转换的过程。运用了FLAC3D数值模拟方法,对“隔离型”老空突水充水条件下的通道演化进行了模拟。模拟结果显示,采空区在充水条件下的塑性破坏区范围会增大;“隔离煤柱”型老空水害的渗透破坏作用以煤柱为主,“隔离挡墙”型老空水害的渗透破坏作用以挡墙围岩及底板破坏为主。以姜家湾、漳村矿突水事故案例为典型,采用探究调查、分析计算的方法对“顶板采空区”型及“隔离煤柱”型老空水害的致灾机制进行了分析。认为姜家湾突水事故的原因为,8#煤顶板垮落带与7#煤底板破坏带贯通了8#煤与7#煤间的隔水层厚度,导致7#煤采空区积水溃入。认为漳村矿突水事故的原因是,耀北矿越界开采的老空区在闭井后,老空水压不断升高。同时隔离煤柱受老空水浸水弱化,造成煤柱的隔水抗压能力不足,最终导致突水事故发生。
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