深部開采裂隙擴(kuò)展與底板突水通道形成機(jī)制研究.pdf

1、深部煤層處于“三高一擾動”環(huán)境中，底板突水事故增加，嚴(yán)重影響了深部煤炭資源的安全高效開采。本文從分析深部開采工程特點入手，針對深部開采高承壓水、高原巖應(yīng)力及強(qiáng)烈擾動和深部巖體所表現(xiàn)出的新力學(xué)特性，以“底板應(yīng)力重分布→底板隔水層變形→裂隙擴(kuò)展→巖體破裂→突水通道形成→引發(fā)底板突水”突水過程化為研究路線，綜合運用現(xiàn)場實測、理論分析、室內(nèi)試驗、數(shù)值模擬等方法，針對深部采動條件下裂隙擴(kuò)展機(jī)理與底板突水通道形成機(jī)制進(jìn)行了研究，取得了以下主要成果。

2、
　　(1)采用應(yīng)力解除法對現(xiàn)場地應(yīng)力進(jìn)行了實測，結(jié)果表明，最大主應(yīng)力值大小在35.86～40.59MPa;最小主應(yīng)力值在13.55～21.44MPa;中間主應(yīng)力值在19.35～25.93MPa，主應(yīng)力方向與礦井受東北-西南向斷層等區(qū)域擠壓作用的方向基本一致。(2)基于上覆載荷在半無限彈性體中應(yīng)力傳播理論，獲得了采動后底板應(yīng)力二次分布規(guī)律;工作面推進(jìn)30m，60m，140m時，采空區(qū)底板卸荷深度分別為20m，50m，100m，σz

3、/γH為1.8時，影響深度分別為70m，50m，45m，σx/γH為1.2時，影響深度分別為30m，20m，15m;剪應(yīng)力以類似貝殼表面螺旋線形式向底板深處傳播，影響深度隨工作面推進(jìn)距離增加而增大;水壓對底板應(yīng)力的影響主要表現(xiàn)在垂直應(yīng)力上。
　　(3)試件在外荷載的作用下，裂隙首先被壓實，隨后沿裂隙出現(xiàn)損傷，隨著應(yīng)力的不斷增強(qiáng)，損傷不斷演化，損傷的集中化發(fā)展引起裂隙擴(kuò)展，裂隙起裂角約為70°;應(yīng)力應(yīng)變曲線出現(xiàn)明顯的應(yīng)力降現(xiàn)象，表明

4、在此時裂隙起裂擴(kuò)展。
　　(4)圍壓對裂紋的貫通與受力狀態(tài)有顯著影響，單軸壓縮時，裂紋為翼裂紋拉破壞模式;三軸壓縮時裂紋為以翼裂紋和次生裂紋相連接的拉剪混合模式;當(dāng)巖橋傾角為45°時，試件呈現(xiàn)剪切型貫通模式;當(dāng)巖橋傾角為90°時，巖橋形成張拉-剪切混合型貫通模式;當(dāng)巖橋傾角為135°時，巖橋呈張拉型貫通模式。
　　(5)巖體中新裂隙的產(chǎn)生和原生節(jié)理裂隙的擴(kuò)展使巖體切割程度加劇，使巖體的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著變化。裂隙擴(kuò)展是引起巖體滲透