综放开采断层活化导水机理研究

论文摘要

综放开采技术是近几年发展起来的高效采煤技术。但综放开采易引起导水裂隙带高度的增加和分布范围的扩大,断层的活化更容易引起顶板突水事故的发生。本文对综放开采断层带附近顶板破坏规律及断层活化导水机理进行了研究。通过综放开采煤层顶板破坏过程数值模拟,结合现场实测,得到导水裂隙带最大高度H与煤厚M的关系: H = 9 .46M+7.33断层附近的导水裂隙带高度比无断层处增加约40%。通过三轴加卸载全应力——应变过程测试岩石渗透试验,获得了岩石渗透性与应力应变的关系:在不同的应力、应变状态下,岩石的渗透系数不再是常数;且其峰值基本发生在岩石破坏后应变软化阶段。采用室内钻孔水压致裂模拟法对现场水压致裂试验进行模拟,测得部分岩块的阻水系数。结合岩体结构性参数,得到部分沉积岩体的阻水性能。断层带充填物以泥质为主时,浸水以后呈现泥化状态,具有良好的隔水性和再生隔水性。断层带原始状态下的阻水系数可达到0.12MPa/m。对煤层顶板突水实例进行了分析,并通过自主设计的煤层综放开采顶板断层突水模型试验,测得了不同水压下顶板断层充填物（泥、砂）突出量、突水量随时间变化过程,从采动裂隙岩体力学和渗流理论方面,探讨了综放开采煤层顶板断层活化导水机理如下:煤层采动引起顶部岩层的冒落、破裂,产生导水裂隙带;其上岩层弯曲下沉,断层两盘产生位移（即断层的活化）,使得断层带阻水性能下降;在高水压下断层采动活化过程中,断层充填物泥质、砂质依次突出,发生由孔隙流----裂隙流----管道流的渗流转换,最终导致断层突水事故。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题目的
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 导水裂隙带研究现状
• 1.2.2 导水裂隙带高度确定方法研究现状
• 1.2.3 断层突水机理的研究现状
• 1.2.4 煤层顶板断层带阻水性能的研究现状
• 1.2.5 断层活化突水的研究现状
• 1.2.6 小结
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 技术路线
• 2 矿井顶板突水影响因素分析
• 2.1 顶板突水水源
• 2.1.1 地表水体
• 2.1.2 松散含水层
• 2.1.3 煤层顶部含水层
• 2.1.4 采空区积水
• 2.2 顶板突水通道
• 2.2.1 冒落带
• 2.2.2 裂隙带
• 2.2.3 断层带
• 2.3 顶板断层突水影响因素分析
• 2.3.1 断层的力学性质
• 2.3.2 断层的水文地质特征
• 2.4 小结
• 3 综放开采导水裂隙带发育规律研究
• 3.1 综放开采煤层顶板破坏过程数值模拟
• 3.1.1 模型设计
• 3.1.2 模型参数
• 3.1.3 综放开采煤层顶板破坏过程数值模拟
• 3.1.4 数值模拟结果分析
• 3.2 钻探法综放开采导水裂隙带探测
• 3.2.1 钻孔布置
• 3.2.2 探测结果及分析
• 3.3 物探法综放开采导水裂隙带探测
• 3.3.1 高密度电阻率法
• 3.3.2 声波CT 成像技术
• 3.4 综放开采导水裂隙带发育规律
• 3.4.1 正常块段导水裂隙带发育规律
• 3.4.2 断层带附近导水裂隙带发育规律
• 4 顶板岩层阻水性能研究
• 4.1 岩石的渗透性
• 4.1.1 常压下岩石的渗透性
• 4.1.2 全应力——应变过程岩石的渗透性
• 4.2 岩体的阻水性能
• 4.2.1 研究概况
• 4.2.2 岩体阻水系数测试
• 4.3 断层带阻水性能
• 4.3.1 断层带充填物组成及结构
• 4.3.2 断层带阻水性能
• 4.4 小结
• 5 综放开采断层活化导水机理研究
• 5.1 综放开采断层活化突水实例
• 5.1.1 综放开采顶板突水实例
• 5.1.2 综放开采断层活化突水实例分析
• 5.2 断层活化突水试验
• 5.2.1 相似理论
• 5.2.2 装置设计
• 5.2.3 试验过程设计
• 5.2.4 试验数据采集
• 5.2.5 突水过程参数
• 5.2.6 流态判别
• 5.3 断层活化导水机理
• 5.3.1 断层活化导水过程
• 5.3.2 渗流转换机理
• 5.4 小结
• 6 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集