采动效应下断裂构造破坏特征及突水危险性评价研究

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随着我国能源需求的不断提高,煤矿开采深度逐渐增加,煤矿灾害事故率呈现增加趋势,矿井突水灾害已成为大采深背景下亟待解决的问题。我国煤矿水文地质条件复杂,煤层开采过程中受多种水体威胁,仅北方主要矿区受岩溶水威胁的煤炭储量就约有150多亿吨,而我国水害事故中仅底板水害就占88.1%,因此正确认识和分析采动过程中底板断裂构造破坏特征和突水力学机理,采取有效手段,合理确定断层防水煤柱及治理措施,不仅关系到矿井的生产安全和经济效益,也关系到煤炭资源回收、矿区水资源保护和煤炭工业的可持续发展。本文以“采动效应下断裂构造破坏特征及突水危险性评价研究”为题,深入开展相关研究工作,得到主要成果如下:1)在分析总结深部断裂构造破坏特征、矿井底板岩溶水存在特征及底板岩体力学特性等基础上,采用理论分析方法,分析了断裂构造破坏力学特性及采动效应下底板岩体损伤状态。2)采用JAW-600型数控岩体节理剪切渗流试验系统及MTS815.03电液伺服岩石试验系统,对含断裂构造岩体及深部岩样进行试验分析,获得了不同工况条件下含断裂构造岩体的渗透规律。3)借助相似材料模拟试验系统,分析探讨了完整底板结构工作面断层带承压水的导升特性、工作面上覆岩层运移破坏规律及含隐伏断裂构造发育工作面在采动过程中底板裂隙的空间分布形态及发育特征;再现了底板突水形成过程中的突水孕育段、突水萌生段和突水爆发段灾变演化过程,揭示了深部开采断裂构造由损伤渐进扩展到突变断裂的突水机理。4)采用数值模拟方法,研究了煤层底板的应力及位移分布特征、采动效应下底板断裂构造破坏特征及渗流场特征、深部开采工作面底板随工作面推进的变形破坏演化规律和不同工况条件下的底板变形破坏特征,揭示了底板破坏机理,为深部开采提供了科学依据。5)采用层次分析法及Fisher经典判别分析理论,确定了基于GIS技术的煤矿底板突水危险性分区情况,并对含断裂构造岩体底板进行了突水预测。
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