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孔隙水压作用下急倾斜煤层围岩运动规律研究

朱海苍  
【摘要】: 我国是世界上煤炭储存量最丰富的国家之一。随着煤炭资源开采强度的不断加大,急倾斜煤层的开采越来越受到关注。急倾斜煤层开采围岩移动变形规律的研究是西部煤炭开采的重大课题,特别是对于河流、岩溶水、老窑积水以及降雨入渗影响的急倾斜煤层开采,安全生产隐患成为制约矿井发展的瓶颈。本文以云南圭山急倾斜煤层为研究对象,在参与导师课题研究的基础上,对孔隙水压影响下的急倾斜煤层开采围岩运动规律进行了研究。 首先,对煤层顶板含水砂岩进行了不同含水率下岩石力学性能的测试,得出了砂岩强度、弹性模量与含水率的关系。利用试验得出的力学参数进行F-RFPA2D数值模拟,得到不同围压与孔隙水压组合下岩石的破坏特征,岩石全应力应变过程渗透率的演化规律,并对影响孔隙水压作用的四个主要因素进行了分析,得出各自与岩石裂缝扩展的关系。 其次,结合弹性力学、断裂力学对岩石中孔隙水压作用原理进行了分析,讨论了孔隙水压对砂岩力学特性(强度和变形模量)的影响。并根据弹塑性相关理论,从砂岩变形特性入手,得出了砂岩弹塑性本构关系。 最后,利用上述研究结果,对云南圭山煤矿急倾斜工作面进行FLAC3D数值模拟分析。结果表明由于孔隙水压的影响,顶板岩层的强度和变形模量发生变化,导致围岩破坏和运动规律呈现出与无孔隙水压时不同的特征。验证了本文研究结论与现场的一致性。


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