采動動載作用下底板巖層損傷破裂機理及突水防治技術研究.pdf

1、我國淺部煤炭資源逐漸枯竭，礦井進入深部開采階段，現(xiàn)場實測發(fā)現(xiàn)的頂板周期性垮落動載作用下底板破壞深度滯后加深現(xiàn)象嚴重威脅薄隔水層、高水壓、高動載擾動條件下的深部煤層開采，對此本文從現(xiàn)場探測、理論分析、相似模擬實驗、數(shù)值模擬、現(xiàn)場水害防治方法等方面對采動動載作用下底板巖層損傷破裂機理及突水防治技術進行了系統(tǒng)研究。
　　本研究主要內容包括：⑴發(fā)現(xiàn)并論證了底板采動裂隙滯后煤壁破壞加深的規(guī)律。通過對底板破壞規(guī)律進行注水試驗、巖層應變探測及微

2、震監(jiān)測，實時發(fā)現(xiàn)了底板采動裂隙滯后煤壁15-20m有破壞加深的規(guī)律，并從底板巖層的損傷演化及破裂機理、力學響應特征、破裂突水演化過程及防控采動裂隙實踐方法等方面做了進一步研究，指出這種規(guī)律是底板巖層受頂板周期性垮落動載沖擊作用后，底板巖層破裂、巖層原有缺陷（小裂隙、斷層、陷落柱等）活化再擴展的結果。⑵理論分析了動載作用下采空區(qū)底板巖層損傷演化及破裂機理。推導出了集中型與均布型動載作用下底板應力分布的解析表達式、考慮動載應變率效應的巖石損

3、傷演化方程；結合Bingham與Generalized boydin模型優(yōu)勢及試驗數(shù)據(jù)驗證，建立并論證了新的動載作用下煤系巖石的本構模型（B-G模型）及相應的損傷本構模型；結合雙剪統(tǒng)一強度理論與 B-G損傷本構模型，建立了動載作用下煤系巖石的雙剪統(tǒng)一強度損傷屈服準則，并提出了采動動載作用下底板巖層的破裂判據(jù)。⑶提出了采動底板巖層經歷了采前應力集中、采后膨脹卸壓、采動動載沖擊、采空區(qū)壓實平衡四個階段的觀點。結合現(xiàn)場測試與理論分析結果，采用

4、相似模擬手段，從采動過程中底板巖層位移與應力變化特征進行了論證，指出底板巖層裂隙的萌生、擴展、再加深主要發(fā)生在1~2與2~3的轉變過程之間。⑷研究了采動動載作用下底板薄弱（含裂隙）部位的滯后破壞規(guī)律。模擬了含裂隙底板受動載作用后的導水通道形成過程，從模型的應力、位移、塑性破壞區(qū)、裂隙滲流速度、孔隙水壓導升高度、動載作用強度、含水層水壓力等方面進行了分析，總結出了采動動載作用下底板薄弱部位的破裂突水機理。⑸論證了防治底板巖層滯后破壞突水災