傾斜煤層底板突水流固耦合作用過(guò)程及數(shù)值仿真技術(shù).pdf

1、承壓水上開采，底板采動(dòng)巖體裂隙在流固耦合作用下發(fā)育、擴(kuò)展貫通，最終誘發(fā)底板突水，嚴(yán)重威脅著礦井的安全生產(chǎn)。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)水平及近水平煤層底板采動(dòng)破壞特征及突水機(jī)理開展了大量的研究工作，取得了豐碩的理論成果，雖然對(duì)礦井水害的預(yù)測(cè)及防治發(fā)揮了重要作用，但對(duì)傾斜煤層底板的變形破壞特征及滲流特性的研究還不夠完善。因此，本文采用理論分析、數(shù)值模擬以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)相結(jié)合的方法，對(duì)傾斜煤層底板采動(dòng)破壞特征以及礦井底板突水的危險(xiǎn)性進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，并

2、取得如下創(chuàng)新性成果：
　?。?）基于半無(wú)限體理論及莫爾-庫(kù)倫破壞準(zhǔn)則，考慮了底板承壓水壓以及煤層傾角對(duì)采動(dòng)底板的影響效應(yīng)，結(jié)合傾斜煤層走向長(zhǎng)壁開采時(shí)煤層采動(dòng)底板支承壓力分布規(guī)律，分別建立了傾斜煤層底板采動(dòng)應(yīng)力和破壞深度求解力學(xué)模型，推導(dǎo)計(jì)算了傾斜煤層采動(dòng)底板內(nèi)任一點(diǎn)處的水平應(yīng)力、剪應(yīng)力大小以及采動(dòng)底板最大破壞深度。
　　（2）按照正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，對(duì)傾斜煤層工作面底板破壞深度進(jìn)行FLAC3D數(shù)值模擬，對(duì)模擬結(jié)果分別進(jìn)行矩陣分

3、析和方差分析，確定了各主控因素對(duì)底板破壞深度的敏感性大小，給出了正交模擬試驗(yàn)的最優(yōu)方案，即按照此方案實(shí)施后底板破壞深度最小，有效降低了礦井底板突水的危險(xiǎn)性。
　?。?）根據(jù)薄板理論，建立了傾斜煤層底板隔水關(guān)鍵層撓度求解力學(xué)模型，計(jì)算了傾斜煤層底板隔水關(guān)鍵層的撓度值，結(jié)合彈性力學(xué)中的莫爾-庫(kù)倫破壞準(zhǔn)則，求得了傾斜煤層底板隔水關(guān)鍵層任一點(diǎn)處的突水力學(xué)判據(jù)表達(dá)式。
　?。?）對(duì)底板突水主控因素分別進(jìn)行了主成分logistic回歸分

4、析和logistic回歸分析?；貧w分析結(jié)果表明，主成分logistic回歸分析的平均正確率較logistic回歸分析的平均正確率高10％左右?；谥鞒煞謑ogistic回歸分析，建立的底板突水回歸模型的平均正確率較高，結(jié)合礦井實(shí)際開采地質(zhì)參數(shù)，在一定程度上可以對(duì)傾斜煤層底板突水情況進(jìn)行定性預(yù)測(cè)。
　　（5）基于FLAC3D數(shù)值仿真軟件，建立了承壓水上傾斜煤層底板流固耦合數(shù)值計(jì)算模型，模擬分析了工作面回采過(guò)程中，傾斜煤層底板孔隙水壓