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煤层底板采动岩水耦合作用与高承压水体上安全开采技术研究

牛建立  
【摘要】: 煤层底板突水是威胁我国煤矿安全生产的最主要水害类型之一,特别是随着煤矿开采深度不断加大,煤层底板突水威胁日益严重。论文作者针对目前底板水害防治面临的理论和技术问题,选择“煤层底板采动岩水耦合作用与高承压水体上安全开采技术研究”进行深入研究,具有重要的理论意义和应用价值。 论文在全面系统分析了煤层底板突水研究的国内外研究现状和发展趋势的基础上,针对研究领域所存在的关键科学技术问题,通过理论研究、实验室实验、现场测试及数值模拟,分析了煤层底板突水因素、采动岩体应力及位移分布特征、底板采动破坏规律,论述了岩体渗流与应力耦合机理;建立了岩体渗流与应力之间的理论公式,研究了原位及采动条件下不同尺度应力场——渗流场的耦合机理:系统地研究了水对岩石的弱化效应,获得了实验岩石力学指标与饱和度之间的实验关系,得出了弱化效应在岩石含水量为30%左右时达到最大的结论,这是本论文的创新点之一:通过土工离心机模拟试验,研究了开采空间大小对围岩的破坏与围岩力学性质、围岩层厚之间的关系,得到了不同空间尺度、不同应力变化速率、不同围岩层厚条件下的围岩破坏变形规律,该试验为研究不同应力条件下的开采破坏提供了一种新的方法,是本论文的又一个创新点;应用突水系数和带压开采理论,对中三井田进行了带压开采分区,确定了安全开采下限,应用FLAC 3D软件对中三井田采动条件下工作面应力应变规律进行了数值模拟,获得了采动条件下底板破坏深度与煤柱宽度的关系,给出了合理的采留比,提出了薄隔水层承压水上安全开采的工艺和方法及防治水技术措施。。


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