傾斜煤層底板突水流固耦合作用過程及數(shù)值仿真技術(shù).pdf

1、承壓水上開采，底板采動巖體裂隙在流固耦合作用下發(fā)育、擴展貫通，最終誘發(fā)底板突水，嚴重威脅著礦井的安全生產(chǎn)。長期以來，國內(nèi)學(xué)者對水平及近水平煤層底板采動破壞特征及突水機理開展了大量的研究工作，取得了豐碩的理論成果，雖然對礦井水害的預(yù)測及防治發(fā)揮了重要作用，但對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)場實測相結(jié)合的方法，對傾斜煤層底板采動破壞特征以及礦井底板突水的危險性進行了系統(tǒng)性研究，并

2、取得如下創(chuàng)新性成果：
　　（1）基于半無限體理論及莫爾-庫倫破壞準則，考慮了底板承壓水壓以及煤層傾角對采動底板的影響效應(yīng)，結(jié)合傾斜煤層走向長壁開采時煤層采動底板支承壓力分布規(guī)律，分別建立了傾斜煤層底板采動應(yīng)力和破壞深度求解力學(xué)模型，推導(dǎo)計算了傾斜煤層采動底板內(nèi)任一點處的水平應(yīng)力、剪應(yīng)力大小以及采動底板最大破壞深度。
　　（2）按照正交試驗設(shè)計方案，對傾斜煤層工作面底板破壞深度進行FLAC3D數(shù)值模擬，對模擬結(jié)果分別進行矩陣分

3、析和方差分析，確定了各主控因素對底板破壞深度的敏感性大小，給出了正交模擬試驗的最優(yōu)方案，即按照此方案實施后底板破壞深度最小，有效降低了礦井底板突水的危險性。
　?。?）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-庫倫破壞準則，求得了傾斜煤層底板隔水關(guān)鍵層任一點處的突水力學(xué)判據(jù)表達式。
　　（4）對底板突水主控因素分別進行了主成分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。基于主成分logistic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)合礦井實際開采地質(zhì)參數(shù)，在一定程度上可以對傾斜煤層底板突水情況進行定性預(yù)測。
　　（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)值計算模型，模擬分析了工作面回采過程中，傾斜煤層底板孔隙水壓