断层合理留设煤岩柱宽度数值模拟研究分析

发布时间：2017-08-12 21:45

  本文关键词：断层合理留设煤岩柱宽度数值模拟研究分析

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【摘要】：依据相关规程规定,大型断层破碎带必须留设合理长度的安全防水煤岩柱,导致大量的煤炭资源不能够充分开采。近些年来,随着精细物探水平、含水层注浆加固改造技术等方面水平不断提高,原有断层防水煤柱留设方式受到了严重质疑。为此本着“以人为本、科技兴矿,安全高效和减少资源损失、走可持续发展”社会宗旨和理念。为解放受水患威胁和断层限制两者共同影响的煤炭资源,研究在受到两者的影响下,合理留设其煤岩柱尺寸技术显得尤为重要。论文以五沟煤矿南一采区1011工作面外侧F14断层为研究对象,从研究F14断层及其伴生构造的分形几何学特征入手,在分析矿井突涌水资料的基础上,采用物探井下钻探等多学科多手段相互配合、理论联系实际的方法,结合矿井开拓大巷、石门巷道揭露以及南一采区1011工作面外侧钻探、瞬变电磁探测成果,重点研究F14断层开采自身的含导水性特征和F14断层带岩层的分形几何特征、物理力学性质、水理性能、导水性、富水性、采动活化可能性以及注浆改造的安全可靠性,从而对F14断层及伴生构造采动影响下的破坏移动演化规律、导富水性进行分析预测,由此提出F14断层留设合理煤柱不拆减支架开采理论方案和灰岩水害防治相应对策,工作面在进入断层防水煤柱的位置后应采取的行之有效的调控措施。在此基础上,着重进行了二维固液两相相似模拟实验和运用FLAC3D对F14断层留设不同煤岩柱尺度进行数值模拟分析,结果表明:当煤层开采越靠近断层时,受断层带的“屏障”作用,底板突水可能性会陡增。随工作面不断推进,底板破坏高度不断增加,断层活化程度不断增大,承压水沿活化断层的导升高度不断增大;通过模拟和数值分析表明:实际工程原型的安全煤柱宽度需留设40m。运用FLAC3D对断层破碎带的宽度不同进行模拟,研究发现受煤层采动原因致使断层破碎带影响程度及范围渐渐变得难以控制;突水危险性渐渐变大,需留设的煤柱宽度相应地变大。并深入研究了F14断层受应力场和渗流场两者同时影响下发生突水的机理,在煤层采动过程中可明显可见的观测断层活化突水过程,揭示了五沟矿1011工作面里段F14断层合理留设断层防水煤柱安全可行的开采机理和条件,获得了理论上行之有效的结论;为大断层合理留设煤柱进行资源有效回收提供安全可靠地科学依据。
【关键词】：大断层 防水煤岩柱 相似模拟实验 数值模拟
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD822.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 第一章 绪论16-22
• 1.1 课题研究的意义16-17
• 1.2 国内外研究现状17-19
• 1.3 论文的主要研究内容、方法和技术路线图19-20
• 1.3.1 论文的主要研究内容19-20
• 1.4 研究思路20-21
• 本章小结21-22
• 第二章 论文研究的工程地质条件概况22-29
• 2.1 工程地质特征22-25
• 2.1.1 地质区域特征22
• 2.1.2 10 煤层顶底板的划分22-25
• 2.2 1011 工作面简况25
• 2.3 1011 工作面开采技术条件25-28
• 2.3.1 1011 工作面顶底板岩性分析25-26
• 2.3.2 1011 工作面底板富水性分析26-28
• 本章小结28-29
• 第三章 1011工作面外侧F14断层含、导水性研究及岩石力学实验29-44
• 3.1 F14断层的地震控制30-32
• 3.2 F14断层的富水性TEM法勘探32-33
• 3.3 F14断层的钻孔控制33-35
• 3.4 F14断层的巷道揭露情况35-37
• 3.5 F14断层带岩石特征37-40
• 3.6 F14断层导水性评价40-41
• 3.7 岩块力学性能实验分析与结果41-43
• 3.7.1 岩样加工与尺寸41
• 3.7.2 实验结果41-43
• 本章小结43-44
• 第四章 相似模拟试验研究分析断层突水44-67
• 4.1 相似理论44
• 4.2 实验目的44-45
• 4.3 相似模型实验设计45-57
• 4.3.1 模拟对象45-46
• 4.3.2 模型架与观测设备46
• 4.3.3 模拟采用的相似条件46-47
• 4.3.4 相似配比与实验材料的制备47-50
• 4.3.5 相似模拟实验模型的构建50
• 4.3.6 模型的制作过程50-54
• 4.3.7 开采设计与测点布设54-57
• 4.4 实验结果分析57-66
• 4.4.1 开采对顶、底板岩层破坏特征的研究57-61
• 4.4.2 开采对断层活化规律的影响61-64
• 4.4.3 煤柱宽度不同，断层发生突水特征研究64-66
• 本章小节66-67
• 第五章 1011工作面断层煤柱开采水岩耦合演化与数值模拟分析67-83
• 5.1 FLAC-3D软件介绍与模型的建立67-68
• 5.1.1 构建计算模型67-68
• 5.1.2 边界条件设定68
• 5.2 计算参数68
• 5.3 研究内容与计算方案68-69
• 5.3.1 研究内容68
• 5.3.2 计算方案68-69
• 5.4 计算结果分析69-77
• 5.4.1 断层活化受采动的影响69-77
• 5.5 F14断层合理留设防水煤岩柱77-79
• 5.5.1 依据“三下”规程公式计算留设高度77-78
• 5.5.2 依据“相似模拟试验”成果留设78
• 5.5.3 依据“数值模拟分析计算”成果留设78
• 5.5.4 依据相邻工作面实测成果资料留设78-79
• 5.6 1011 工作面采动底板水岩耦合及破坏深度预计79-80
• 5.6.1 1011 工作面采动底板破坏高度预计79
• 5.6.2 “突水系数”法79-80
• 5.7 F14断层1011工作面中段缩小煤柱开采可行性分析80-83
• 5.7.1 邻面的成功实践为1011工作面安全开采提供了良好的借鉴80-81
• 5.7.2 开采技术条件好，顶板不易产生非均衡破坏，无强含水体81
• 5.7.3 防砂煤岩柱岩性及力学强度81
• 5.7.4 工作面进行了注浆改造81-83
• 第六章 结论与展望83-85
• 6.1 结论83-84
• 6.2 展望84-85
• 参考文献85-87
• 致谢87-88
• 作者简介及读研期间主要科研成果88

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1 王涛;王f袒，

本文编号：663752