工作面底板突水机理研究

论文摘要

我国许多煤田的水文地质条件十分复杂,在煤层开采过程中常受到工作面底板突水的威胁,煤矿防治水问题已经成为煤矿生产及科研中的一大技术难题。煤矿工作面底板突水是指在煤层的回采过程中,由多种影响因素综合作用破坏原有围岩体系的平衡状态,引起地下水动力场的失衡。底板突水是矿山一种严重的灾害,如果不能解决承压水对煤层开采带来的威胁,不仅影响煤矿的安全生产,而且一些矿井还将处于逐渐减产甚至停产的状态。本文首先根据突水量的大小、断层与突水的关系、突水的动态特性、含水层性质等对底板突水进行了分类,从采动影响、水压、底板隔水层和地质构造等因素对煤矿底板突水的影响做了全面分析,针对本文研究的对象,建立了断层条件下工作面底板突水的力学模型,得出了支承压力作用下断层面上的剪应力的计算式,运用RFPA2D-Flow数值模拟软件,通过对不同的水压、不同的断层倾角、不同的煤层厚度、不同的隔水层厚度以及正、逆断层等情况进行模拟,分析了煤层底板断层活化特征和渗流变化特征,得出断层倾角与工作面底板突水的关系,正、逆断层与工作面底板突水的关系,煤层厚度与工作面底板突水的关系,隔水层厚度与工作面底板突水的关系。最后针对湖南煤炭坝竹山塘矿14采区的实际情况,运用RFPA2D-Flow数值模拟软件建立了相应的数值计算模型,将模拟结果与实际情况进行对比,认为留设上宽16m,下宽19m的断层防水煤柱,不仅能保证断层防水煤柱的稳定性,还能提高煤炭资源的回收率,创造一定的经济效益。本论文的研究得到了973计划课题（2007CB209403）的资助。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 底板突水机理研究现状
• 1.2.2 矿井突水预测预报研究现状
• 1.3 主要研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第二章 煤层底板突水的影响因素分析
• 2.1 采动影响
• 2.2 水压
• 2.2.1 水压对岩石的软化作用
• 2.2.2 水流的冲刷扩径作用
• 2.2.3 水压对裂隙岩体的有效应力作用
• 2.2.4 水压对非连续介质岩体裂隙面和断层面的水楔作用
• 2.2.5 水压在突水中的动力作用
• 2.3 底板隔水层
• 2.4 地质构造
• 2.4.1 断层的力学性质
• 2.4.2 断层的水文地质特征
• 2.4.3 断层导水性分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 断层突水机理研究
• 3.1 支承压力对断层活化的影响
• 3.2 断层突水机理分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 工作面底板突水的数值模拟
• 4.1 RFPA2D-Flow 数值模拟软件介绍
• 4.2 数值计算模型及方案
• 4.2.1 数值计算模型
• 4.2.2 数值计算方案
• 4.3 断层对工作面底板突水的影响
• 4.3.1 水压对工作面底板突水的影响
• 4.3.2 断层倾角对工作面底板突水的影响
• 4.3.3 正、逆断层对工作面底板突水的影响
• 4.4 煤层厚度对工作面底板突水的影响
• 4.5 隔水层厚度对工作面底板突水的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 工程实践
• 5.1 矿区概况
• 5.1.1 矿区地质特征
• 5.1.2 竹山塘矿概况
• 5.2 数值模拟研究
• 5.2.1 数值计算模型
• 5.2.2 数值模拟结果分析
• 5.3 防水煤柱留设宽度讨论
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录：攻读硕士学位期间参与的科研项目及发表的论文