煤層為主含水層的巷道圍巖變形-滲流耦合系統(tǒng)響應(yīng)分析.pdf

1、煤層為主含水層的煤系地層十分罕見，在榆橫礦區(qū)小紀(jì)汗煤礦是我國(guó)西部首次發(fā)現(xiàn)，由于煤層中含有豐富的水量，極易發(fā)生礦井水災(zāi)。如何預(yù)測(cè)含水煤層巷道涌水量，成為巷道掘進(jìn)和煤層開采的重大難題，圍巖變形-非飽和水滲流耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)分析是迫切需要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題之一。本文在對(duì)煤層為主含水層煤系地層形成機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用試驗(yàn)、實(shí)測(cè)、理論分析、數(shù)值模擬等方法深入研究巷道的涌水規(guī)律，取得如下創(chuàng)新研究成果：
　?。?）在地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)分析的基

2、礎(chǔ)上，研究了小紀(jì)汗礦區(qū)淺埋松散沙層-厚基巖-煤層的含水結(jié)構(gòu)特征，運(yùn)用地質(zhì)學(xué)理論揭示了小紀(jì)汗礦區(qū)煤層為主含水層的形成機(jī)理。
　?。?）通過含水煤層強(qiáng)度和滲透性試驗(yàn)，得到小紀(jì)汗礦煤系地層的抗拉強(qiáng)度、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、彈性模量、Poisson比、滲透率、非Darcy流β因子、加速度系數(shù)等，并通過煤層的孔隙度、滲透性參量和內(nèi)摩擦角的量值分析，進(jìn)一步揭示了煤層為主含水層的力學(xué)特征。
　　（3）討論含水煤層的破壞形式和破壞條件，基于D-

3、P準(zhǔn)則建立了剪切屈服后的流動(dòng)法則；利用應(yīng)變矢量與應(yīng)變張量的關(guān)系，構(gòu)造塑性勢(shì)，并基于Lagrange準(zhǔn)則建立了拉伸破壞后的流動(dòng)法則；給出了破壞狀態(tài)轉(zhuǎn)化的條件。
　?。?）建立了巷道圍巖（含水煤層、隔水層、潛水層）變形-非飽和水滲流耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，基于Lagrange快速分析法設(shè)計(jì)了系統(tǒng)響應(yīng)計(jì)算方法，利用Fortran語言編制了響應(yīng)計(jì)算程序。通過算例驗(yàn)證了算法的收斂性和數(shù)值穩(wěn)定性。
　　（5）通過小紀(jì)汗礦區(qū)11203試采工作