朱村矿承压水上膏体充填开采底板破坏规律研究

论文摘要

煤矿开采中,对既存在村庄建筑物压煤,又受到底板承压水威胁的矿井来说,选择新型的绿色采矿方法—膏体充填采矿,是目前解决此问题的有效方法之一。膏体充填开采作为一种安全、高效、环保的绿色采煤方法现在正得到大力推广应用,由于充填体的作用其不仅能控制上覆岩层移动,而且能降低支承压力,减小底板的破坏深度和范围,防止底板突水。本文从膏体充填开采控制底板破坏方面,研究在采动条件下底板岩体的破坏规律,是矿井底板突水防治与膏体充填研究的深入和完善。论文采用理论分析和数值模拟分析相结合的研究方式,首先根据弹塑性理论求解了底板岩体在采动条件下的应力场及最大破坏深度,评价了朱村矿底板突水的危险性,得出开采一5煤有突水危险的结论;进而给出了充填体控制底板围岩破坏及防止底板突水的认识;然后,通过采用FLAC3D进行数值模拟,对比分析研究垮落法开采与充填开采对底板破坏的不同规律,得出充填开采能显著地降低底板破坏;接着利用固液耦合模拟,研究得出随水压和工作面长度的增加底板破坏深度增大的结论;对膏体充填开采过程中底板破坏的影响因素进行理论和数值分析,得出充填体强度和充填率是主要影响因素的结论。本文研究表明,运用理论分析和数值模拟方法,可以全面揭示膏体充填开采条件下底板岩体的应力场、破坏范围及其主要影响因素,有利于选择、优化设计方案,减少试验时间,安全、高效的开展这项绿色开采技术。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 充填开采研究现状
• 1.2.2 承压水上采煤及底板突水的研究现状
• 1.3 研究内容与方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法及目标
• 2 矿井水文地质条件
• 2.1 矿井概况
• 2.1.1 朱村矿开采情况
• 2.1.2 历年突水情况简介
• 2.2 矿井地质特征
• 2.2.1 地层
• 2.2.2 构造
• 2.2.3 主采煤层
• 2.3 膏体充填开采试验区状况
• 2.3.1 充填区水文地质
• 2.3.2 充填区工作面位置
• 2.4 本章小结
• 3 承压水上开采底板破坏理论及突水分析
• 3.1 工作面开采底板应力分布及破坏区计算
• 3.1.1 底板围岩应力计算
• 3.1.2 长壁工作面底板岩体破坏深度计算
• 3.1.3 朱村矿底板破坏深度计算
• 3.2 朱村矿一5 煤开采底板突水评价
• 3.2.1 突水系数法
• 3.2.2 “下三带”法
• 3.3 充填开采底板破坏规律分析
• 3.3.1 充填体的作用机理
• 3.3.2 充填体对底板围岩应力的影响
• 3.3.3 承压水上充填开采底板破坏的影响因素分析
• 3.4 本章小结
• 4 膏体充填开采底板破坏规律的数值模拟研究
• 4.1 数值模拟方法概述及FLAC 有限差分程序简介
• 4.1.1 数值模拟方法概述
• 4.1.2 FLAC 有限差分程序简介
• 4.2 垮落开采与充填开采底板破坏的数值模拟比较分析
• 4.2.1 数值模型的建立
• 4.2.2 模拟结果分析
• 4.3 承压水上充填开采底板破坏的固液耦合模拟分析
• 4.3.1 固液耦合理论分析
• 3D 中固液耦合计算原理'>4.3.2 FLAC^3D中固液耦合计算原理
• 4.3.3 承压水上充填开采固液耦合模拟
• 4.4 本章小结
• 5 承压水上充填开采底板破坏的影响因素分析
• 5.1 模拟方案
• 5.2 充填开采底板破坏影响因素的数值模拟研究
• 5.2.1 充填体强度的影响
• 5.2.2 充填率的影响
• 5.2.3 充填步距的影响
• 5.3 本章小结
• 6 朱村矿充填开采底板破坏突水观测方法与防治建议
• 6.1 充填开采防治底板突水的观测方法
• 6.1.1 膏体充填工作面原位应力测试
• 6.1.2 膏体充填工作面注水试验
• 6.2 朱村矿充填开采防治底板突水的建议
• 7 主要结论与建议
• 7.1 主要结论
• 7.2 存在问题和建议
• 7.2.1 论文存在的问题
• 7.2.2 对下一步工作的建议
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集