采動(dòng)斷層突水機(jī)理研究.pdf

1、礦井突水問(wèn)題一直是困擾煤礦生產(chǎn)的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題,本文依托國(guó)家973計(jì)劃項(xiàng)目“煤礦突水機(jī)理與防治基礎(chǔ)理論研究”,圍繞該項(xiàng)目擬解決的“采動(dòng)巖體結(jié)構(gòu)破壞與裂隙演化及滲流突變規(guī)律”科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行研究,利用理論分析、數(shù)值模擬以及非線性方法等探討了礦井突水的先決條件、斷層活化突水機(jī)理、礦井涌水量的預(yù)測(cè)等問(wèn)題。本文的主要研究?jī)?nèi)容及成果如下：
　　 總結(jié)了礦井突水的兩個(gè)先決條件——突水水源和突水通道,并結(jié)合實(shí)例分析其水文地質(zhì)特征；重點(diǎn)闡述了斷層的力

2、學(xué)特征和水文地質(zhì)特性,為本文的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 在分析地下水對(duì)巖體的物理化學(xué)及力學(xué)作用,以及探討地下水對(duì)斷層活化突水的影響規(guī)律的基礎(chǔ)上,對(duì)水巖作用機(jī)理進(jìn)行了研究?；诓牧狭W(xué)中的固支梁理論,建立了水壓作用下斷層張開(kāi)位移方程。根據(jù)斷裂力學(xué)中的D—M模型,提出了水壓和礦壓作用下斷層附近巖體裂隙起裂的判據(jù),并分析了水壓、巖性和斷層傾角對(duì)其影響的規(guī)律。
　　 通過(guò)對(duì)底板隔水層破壞機(jī)理的研究,提出了底板組合隔水層概念,建立了

3、底板組合隔水層的非線性力學(xué)模型,推導(dǎo)出了組合隔水層的非線性失穩(wěn)的力學(xué)充要條件,分析了組合隔水層中軟巖的力學(xué)性質(zhì)及巷道跨度對(duì)組合隔水層穩(wěn)定性的影響；從巖體力學(xué)理論著手,分析在礦壓和水壓作用下,采動(dòng)斷層對(duì)底板隔水層穩(wěn)定性的影響,得到了底板隔水層臨界水壓力公式,并提出了斷層影響下底板突水的判據(jù),分析了斷層傾角、斷層的內(nèi)聚力及隔水層厚度對(duì)底板突水的影響規(guī)律。
　　 依據(jù)隔水關(guān)鍵層的概念,分析了小斷層的突水機(jī)理。運(yùn)用RFPA-FLOW2D

4、軟件模擬小斷層突水規(guī)律,分析小斷層影響下底板突水通道的形成過(guò)程。模擬結(jié)果表明小斷層活化突水過(guò)程分三個(gè)階段,即小斷層活化階段、小斷層活化區(qū)擴(kuò)展階段和裂隙貫通階段。通過(guò)對(duì)滲流場(chǎng)演化結(jié)果的解讀發(fā)現(xiàn)滲流場(chǎng)與裂隙場(chǎng)同步演化,滲流場(chǎng)能標(biāo)示工作面突水的位置；多條小斷層活化突水模擬結(jié)果表明,底板中小斷層分布密度越大,越容易發(fā)生底板突水。
　　 針對(duì)礦井涌水量預(yù)測(cè)問(wèn)題,基于分形和支持向量機(jī)理論建立礦井涌水量的非線性預(yù)測(cè)模型,在matlab下應(yīng)用L

5、IBSVM工具編制計(jì)算程序,利用所建立的模型對(duì)鶴壁四礦歷年礦井涌水量的時(shí)間序列進(jìn)行預(yù)測(cè),并探討了其預(yù)測(cè)效果。
　　 針對(duì)銅角灣煤礦耒河下開(kāi)采的工程問(wèn)題,提出了走向條帶開(kāi)采與充填法相結(jié)合的水體下采煤的開(kāi)采方案,并利用數(shù)值模擬結(jié)果驗(yàn)證所提出方案的可靠性。通過(guò)對(duì)比三種不同材料的充填效果,確定最優(yōu)充填材料。
　　 本文所做的研究工作,立足于學(xué)科前沿,運(yùn)用各種理論和非線性方法,對(duì)采動(dòng)斷層突水機(jī)理及礦井涌水量預(yù)測(cè)問(wèn)題進(jìn)行了研究,具有