带压开采煤层底板阻隔水性能的力学分析及应用

前言

1 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 研究目标

1.3 研究内容

1.4 研究思路

1.5 研究方法与技术路线

1.6 主要创新点

2 采场底板突水研究现状

2.1 采场底板突水的类型

2.2 国内外研究概况

2.2.1 底板突水的理论研究

2.2.2 底板突水的模拟研究

2.2.3 底板突水的预测预报研究

2.2.4 矿井突水防治理论研究

2.3 采场底板突水研究应解决的主要问题

3 采场底板隔水关键层模型及力学分析

3.1 承压水底板隔水关键层的力学模型

3.1.1 底板隔水岩层的组合特征

3.1.2 底板隔水关键层的力学模型

3.2 承压水底板隔水关键层的力学特性分析

3.2.1 隔水关键层的正应力

3.2.2 隔水关键层的剪应力

3.2.3 隔水关键层的变形

3.3 底板隔水关键层破断特征

3.3.1 岩石的强度准则

3.3.2 采动破坏深度的确定

3.3.3 底板采动破坏深度的计算

3.3.4 底板采动破坏深度的简化计算

3.4 底板隔水关键层的形成条件与判定

3.5 本章小结

4 承压水底板隔水关键层隔水性能的数值模拟

4.1 承压水底板隔水关键层的破坏特征

4.1.1 数值计算模型的建立

4.1.2 底板隔水关键层的应力分布特征

4.1.3 底板隔水关键层的变形特征

4.1.4 底板隔水关键层的塑性区分布特征

4.2 底板隔水关键层的裂隙分布及演化特征

4.2.1 数值计算模型的建立

4.2.2 底板隔水层裂隙发育及贯通过程

4.2.3 底板应力分布特征

4.2.4 底板变形特征

4.2.5 水流矢量分布特征

4.3 不同岩层组合对底板隔水关键层隔水性能的影响

4.3.1 数值计算模型及计算方案

4.3.2 对底板隔水层裂隙分布的影响

4.3.3 对底板隔水层应力分布的影响

4.3.4 对底板隔水层变形的影响

4.3.5 对底板隔水层水流矢量分布的影响

4.4 承压水水头对底板隔水关键层隔水性能的影响

4.4.1 对底板隔水层裂隙分布的影响

4.4.2 对底板隔水层应力分布的影响

4.4.3 对底板隔水层变形的影响

4.4.4 对底板隔水层水流矢量分布的影响

4.5 底板隔水关键层的阻隔水性能综合分析

4.5.1 工作面推进距离对底板阻隔水性能的影响

4.5.2 岩层组合方式对底板隔水关键层隔水性能的影响

4.5.3 承压水水头对底板关键层隔水性能的影响

4.6 本章小结

5 采场底板突水的物理模拟研究

5.1 物理模拟地质条件

5.2 相似材料模型及试验系统

5.2.1 相似原理与相似比

5.2.2 模型及加载系统设计

5.3 试验方案与试验过程

5.3.1 试验方案

5.3.2 试验过程

5.4 试验结果分析

5.4.1 采场围岩的变形及破坏特征

5.4.2 底板隔水层裂隙产生、扩展贯通特征

5.4.3 不同组合情况下隔水关键层阻隔水特性比较

5.5 本章小结

6 水力劈裂作用对隔水关键层的隔水性能的影响

6.1 水力劈裂的涵义及应用

6.2 裂隙岩体中的水力劈裂作用

6.3 复杂应力状态下岩体水力劈裂作用

6.3.1 压剪状态下水力劈裂作用

6.3.2 拉剪状态下水力劈裂作用

6.4 水力劈裂对底板隔水关键层的作用分析

6.4.1 承压水对底板隔水关键层裂隙的水楔作用

6.4.2 承压水导升带范围的确定

6.5 承压水对底板隔水关键层隔水效应影响分析

6.6 本章小结

7 采场底板突水危险性评价及防治实践

7.1 徐州龙固矿某工作面开采地质条件

7.2 工作面底板隔水关键层组成特征

7.3 工作面底板隔水关键层隔水性能分析

7.3.1 数值计算模型及计算方案

7.3.2 底板隔水关键层破断特征

7.3.3 底板隔水关键层的渗流特征

7.3.4 底板隔水关键层的隔水性能评价

7.4 采场底板突水防治原理及措施

7.4.1 底板隔水关键层强度对隔水性能的影响

7.4.2 底板隔水关键层的注浆加固措施

7.4.3 应用效果分析

7.5 本章小结

8 主要结论

参考文献

带压开采面临的关键技术问题是如何预测和防治采场底板突水事故的发生，实现安全开采，而对煤层底板阻隔水性能的正确评价是预测和防治底板突水的主要依据。《带压开采煤层底板阻隔水性能的力学分析及应用》基于岩层控制的关键层理论，针对采场底板隔水岩层的构造及物理力学特征，综合应用理论分析、数值模拟、物理模拟等方法与手段，系统地研究了采场底板隔水岩层的隔水性能及突水机理，研究成果可为承压水上煤层的安全开采提供理论参考。
　　《带压开采煤层底板阻隔水性能的力学分析及应用》作者一直从事力学与岩土工程交叉学科的科学研究工作，主要研究方向为岩石力学及工程、渗流力学，在岩石断裂理论、岩体结构力学行为及破坏过程的仿真分析、煤矿水害发生机理及防治、多物理场耦合问题的数值模拟等方面取得较好的研究进展。