深部開采底板破裂與裂隙擴(kuò)展演化基礎(chǔ)試驗(yàn)研究.pdf

1、深部礦井的高承壓水問題，嚴(yán)重影響著煤炭的安全生產(chǎn)。本文針對(duì)深部巖體所處的高地應(yīng)力、強(qiáng)支承壓力和高承壓水的復(fù)雜環(huán)境，通過理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)研究、數(shù)值仿真模擬和現(xiàn)場探測等方法對(duì)深部底板破裂機(jī)理與裂隙擴(kuò)展演化規(guī)律進(jìn)行了深入的基礎(chǔ)試驗(yàn)研究。
　　基于深部底板巖體的力學(xué)特性，分析了深部底板的應(yīng)力和位移分布及變化規(guī)律;根據(jù)“內(nèi)應(yīng)力場”、“外應(yīng)力場”和“下三帶”理論，建立了深部底板巖體的受力模型，通過對(duì)隔水層巖體的力學(xué)分析，獲得了隔水層的三種破

2、裂模式及判斷準(zhǔn)則，推導(dǎo)出不同破裂模式下合理的工作面開采長度。通過“下三帶”理論對(duì)底板破壞形態(tài)的描述，對(duì)底板巖體的裂隙按產(chǎn)生機(jī)理和存在狀態(tài)進(jìn)行了分類，對(duì)不同類型底板巖體裂隙的起裂準(zhǔn)則進(jìn)行了分析，推導(dǎo)出壓剪和拉剪應(yīng)力條件下裂隙擴(kuò)展與主應(yīng)力及水壓的關(guān)系;采用巖石破裂過程分析系統(tǒng)，研究了裂隙的幾何屬性（裂隙長度、裂隙寬度、裂隙傾角、巖橋長度、巖橋傾角）對(duì)大尺寸巖樣單、雙裂隙擴(kuò)展演化及貫通模式的影響規(guī)律，揭示了大尺寸巖樣的破裂突發(fā)性特征;從裂隙擴(kuò)

3、展的角度分析了深部斷層發(fā)生活化的力學(xué)機(jī)理。利用聲發(fā)射事件的定位原理，通過分別制備完整類巖石和含單、雙裂隙的類巖石試樣，研究了雙軸加載下預(yù)制單裂隙和雙裂隙的大尺寸試樣在不同加載速率下的裂隙演化規(guī)律，揭示了試樣破裂過程中產(chǎn)生的聲發(fā)射行為特征，加深了對(duì)底板巖體破壞機(jī)制的認(rèn)識(shí)，為預(yù)防和控制底板的變形破壞提供了新的思路。通過大量的試驗(yàn)配比與分析，選取出以石蠟、凡士林、砂、碳酸鈣和液壓油為隔水層相似材料的最優(yōu)配比，建立了深部含斷層底板裂隙擴(kuò)展演化及

4、導(dǎo)水通道形成的模型，通過對(duì)底板和斷層附近應(yīng)力及位移變化規(guī)律的分析，得出了底板及斷層裂隙的分布及擴(kuò)展演化特征。利用有限元數(shù)值模擬軟件，分析了高承壓水作用下煤層埋深、斷層產(chǎn)狀要素以及底板巖性組合對(duì)底板采動(dòng)裂隙擴(kuò)展演化的影響規(guī)律，揭示了不同因素組合下的底板應(yīng)力場和位移場變化特征以及裂隙演化形成導(dǎo)水通道的動(dòng)態(tài)過程。采用鉆孔注水法對(duì)埠村煤礦9212工作面的底板破壞情況進(jìn)行了現(xiàn)場探測，結(jié)合華豐煤礦41303工作面和趙各莊煤礦1237工作面的底板破壞