本文關鍵詞： 深埋土巖界面 高壓直剪 下滲帶 導水裂隙帶 壓架突水　出處：《中國礦業(yè)大學》2014年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：我國東部一些礦區(qū)在臨近深厚松散層底部土與煤系古風化巖界面（簡稱深埋土巖界面）煤層開采時，，發(fā)生嚴重的頂板突水（突泥）事故，且常伴隨頂板壓力異常增大甚至壓死支架現(xiàn)象，采用傳統(tǒng)理論還難以合理解釋此類事故發(fā)生的機理。為解決這一重大煤礦工程地質問題，以安徽淮南潘謝礦區(qū)為代表，開展深埋土巖界面帶在高壓下水土巖相互作用工程地質性質基礎研究，并對深埋土巖界面下煤層開采覆巖破壞致災機理進行分析。 采用理論分析、現(xiàn)場試驗、室內實驗、數(shù)值模擬和工程應用檢驗等研究方法，以闡釋深埋土巖界面下煤層開采覆巖破壞致災機理為主旨，在分析深埋土巖界面賦存地質環(huán)境、高壓下土-巖相互作用力學特性等基礎上，圍繞“深埋土巖界面類型劃分→下滲帶的形成→導水裂隙帶的發(fā)育規(guī)律→工作面壓架突水機理”這一主線進行研究，取得了如下主要成果： （1）進行深埋土巖界面帶現(xiàn)場地質調查，采取巖土試樣，并利用礦區(qū)內各類鉆孔測井資料分析、巖芯鑒定等方法，鑒定土層與煤系古風化巖界面位置。綜合現(xiàn)場和室內測試資料，提出深埋土巖界面帶工程地質類型可劃分為四種類型，明確了我國東部發(fā)生嚴重的頂板突水事故的工作面位于深埋砂土-砂巖界面帶類型地質環(huán)境下。 （2）利用中國礦業(yè)大學深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室自行研制的DRS-1型高壓土直殘剪試驗機進行深埋砂土與煤系風化巖界面帶高壓直剪性能正交試驗，采用方差及極差分析法分析了各影響因素對界面力學特性的敏感性，試驗結果發(fā)現(xiàn)：法向壓力是界面力學特性的主要影響因素，而界面巖性和粗糙度為次要影響因素；界面的剪切應力-剪切位移（τ-ω）曲線之間整體呈雙曲線關系，無明顯的峰值應力，表現(xiàn)為剪縮特征；法向壓力為6MPa時，不同粗糙度界面的抗剪強度基本重合，法向壓力大于8MPa時，界面粗糙度越大，界面抗剪強度越大；界面的抗剪強度與法向壓力具有較好的線性關系，可用Mohr-Coulomb準則來描述。 （3）在調查分析淮南潘謝礦區(qū)留設足夠高防水煤巖柱，數(shù)個綜采工作面突水實際資料基礎上，提出下滲帶的概念，分析了下滲帶發(fā)育在深埋砂土-砂巖界面類型下、且應具備3個水文工程地質條件；采用極限平衡原理及水力劈裂準則推導得到了下滲帶發(fā)育深度的理論計算公式，給出了淮南潘謝礦區(qū)下滲帶發(fā)育深度范圍值。 （4）在系統(tǒng)分析深埋砂土-砂巖界面下高水壓裂隙巖體賦存地質環(huán)境的基礎上，采用關鍵層理論及礦山壓力控制理論等，討論了深埋土-巖界面下煤層開采導水裂隙帶的發(fā)育特征規(guī)律；基于導水裂隙帶高度實測值，采用主成分分析法研究了導水裂隙帶高度發(fā)育的主控因素；基于鉆孔簡易水文觀測資料，分析了巖性對導水裂隙帶高度發(fā)育的影響，明確了導水裂隙帶臨界面的確定方法，將導水裂隙帶實測資料進行深埋土巖界面帶分區(qū)，研究了煤層頂板類型及采厚對導水裂隙帶高度發(fā)育的影響；在此基礎上提出了近深埋土-巖界面下煤層開采改進的導水裂隙帶發(fā)育高度預計公式。 （5）在淮南潘謝礦區(qū)采煤工作面壓架突水特征分析的基礎上，提出了煤層采前下滲帶的存在，采后覆巖破壞異常發(fā)育的壓架突水機理，指出下滲帶的存在是發(fā)生壓架突水事故的最根本、最重要的原因，由此提出防治壓架突水的關鍵技術是：提高綜采支架工作阻力、加快工作面開采速度，對下滲帶進行注漿改造等。
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【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TD745

【參考文獻】

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本文編號：1477521