煤层底板突水预测及防治研究

论文摘要

我国是受水害最严重的国家,承压水突水是我国很多煤矿在安全生产中急待解决的问题,义马煤业集团公司新安煤矿就面临着奥灰岩强承压水上采煤安全的问题。本文分析了新安煤矿水文地质环境,为采取有针对性的防治措施做好准备。得出新安煤矿防治水的重点是底板奥灰承压水,小浪底水库蓄水后,矿井突水危险和突水强度都将增加。分析了底板突水的类型和影响因素,运用弹塑性理论研究了煤层底板岩体的破坏深度及底板突水极限压力,设计了底板采动破坏深度测试方案,为预测及防治煤层底板突水提供了理论依据。采用FLAC数值模拟软件对工作面有无承压水条件下底板的破坏深度、范围、性质和过程进行流固耦合分析,经过比较分析,得出相关规律。结合新安煤矿实际条件,运用突水系数法、理论计算法、“下三带”法分别进行突水危险性预测,通过建立BP神经网络模型进行底板突水量预测。在此基础上提出了以加强地质探测、优化工作面布置及底板注浆加固为主要方法的防治水措施。完成了为下一步防治水工作做准备的注浆站系统的设计、注浆材料的选择以及试验工作面底板注浆加固与改造方案的设计。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究目的
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 矿井突水研究历史
• 1.2.2 矿井突水机理的理论研究
• 1.2.3 底板岩体中的渗流理论
• 1.2.4 底板突水的模拟研究
• 1.2.5 现场观测与突水资料统计
• 1.2.6 底板突水的预测预报研究
• 1.2.7 底板突水的防治技术研究
• 1.3 研究内容及方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 2 矿井水文地质环境
• 2.1 矿区自然地理概况
• 2.1.1 交通位置与井田范围
• 2.1.2 生产现状
• 2.1.3 自然地理
• 2.2 井田地质概况
• 2.2.1 煤层
• 2.2.2 地层
• 2.2.3 构造
• 2.3 煤层底板水文地质条件
• 2.3.1 含、隔水层
• 2.3.2 地下水补、径、排条件
• 2.3.3 小浪底水库蓄水至+275m 后对奥灰水补给与排泄的影响
• 2.3.4 水文地质边界条件
• 2.4 小结
• 3 煤层底板突水机理研究
• 3.1 底板突水类型的划分
• 3.1.1 突水类型划分方案综述
• 3.1.2 本文采用的分类方案
• 3.2 底板突水影响因素分析
• 3.2.1 水源
• 3.2.2 底板岩层岩性及其组合特征
• 3.2.3 地质构造
• 3.2.4 工作面开采空间及开采方法
• 3.2.5 地应力
• 3.3 底板岩体采动破坏深度计算
• 3.4 完整底板突水极限压力计算
• 3.5 遇断层时底板突水极限压力计算
• 3.6 底板岩体采动破坏深度测试
• 3.6.1 测试目的
• 3.6.2 测试方案
• 3.6.3 工程量
• 3.7 小结
• 4 煤层底板突水的流固耦合分析
• 4.1 流固耦合的研究现状
• 4.2 FLAC 软件介绍
• 4.3 FLAC 中渗流分析方法简介
• 4.3.1 渗流运动方程
• 4.3.2 渗流场的连续性方程
• 4.3.3 饱和－非饱和渗流分析
• 4.4 数值模拟分析
• 4.4.1 计算模型
• 4.4.2 计算方案
• 4.4.3 计算结果分析
• 4.5 小结
• 5 煤层底板突水预测
• 5.1 底板突水危险性预测
• 5.1.1 突水系数法
• 5.1.2 理论计算法
• 5.1.3 “下三带”法
• 5.2 底板突水量预测
• 5.2.1 BP 神经网络简介
• 5.2.2 基于 BP 神经网络的底板突水量预测模型
• 5.3 小结
• 6 煤层底板突水防治
• 6.1 防止奥灰水开采突水的基本途径
• 6.2 注浆站建设的目的和要求
• 6.2.1 地面注浆站建设的目的
• 6.2.2 注浆站建设的基本要求
• 6.3 注浆站系统设计
• 6.3.1 注浆材料选择
• 6.3.2 注浆站位置的确定
• 6.3.3 注浆站系统
• 6.3.4 注浆站土建工程
• 6.4 工作面底板加固和改造方案
• 6.4.1 试验地点
• 6.4.2 12181 工作面注浆方案设计
• 6.5 小结
• 7 结论
• 参考文献
• 作者简历
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