煤層為主含水層的巷道圍巖變形-滲流耦合系統(tǒng)響應分析.pdf

1、煤層為主含水層的煤系地層十分罕見，在榆橫礦區(qū)小紀汗煤礦是我國西部首次發(fā)現(xiàn)，由于煤層中含有豐富的水量，極易發(fā)生礦井水災。如何預測含水煤層巷道涌水量，成為巷道掘進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)動力學響應分析是迫切需要解決的關鍵科學問題之一。本文在對煤層為主含水層煤系地層形成機理分析的基礎上，綜合運用試驗、實測、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：
　?。?）在地質構造運動分析的基

2、礎上，研究了小紀汗礦區(qū)淺埋松散沙層-厚基巖-煤層的含水結構特征，運用地質學理論揭示了小紀汗礦區(qū)煤層為主含水層的形成機理。
　?。?）通過含水煤層強度和滲透性試驗，得到小紀汗礦煤系地層的抗拉強度、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，進一步揭示了煤層為主含水層的力學特征。
　?。?）討論含水煤層的破壞形式和破壞條件，基于D-

3、P準則建立了剪切屈服后的流動法則；利用應變矢量與應變張量的關系，構造塑性勢，并基于Lagrange準則建立了拉伸破壞后的流動法則；給出了破壞狀態(tài)轉化的條件。
　?。?）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)動力學模型，基于Lagrange快速分析法設計了系統(tǒng)響應計算方法，利用Fortran語言編制了響應計算程序。通過算例驗證了算法的收斂性和數(shù)值穩(wěn)定性。
　　（5）通過小紀汗礦區(qū)11203試采工作