發(fā)布時間：2020-04-25 01:34

【摘要】：離層水突水問題是頂板突水的一種特殊的情況,與常見頂板突水的區(qū)別主要是其水源賦存于覆巖中的離層空間。本文針對紅柳煤礦1121首采工作面的突水情況進行分析,以實際工作面上方覆巖結構和水文結構為原型,開展對離層水突水災害演化規(guī)律的研究。近些年國內(nèi)離層水突水事件在多地發(fā)生,不同的地質(zhì)背景下均可能發(fā)生離層水突水。離層水突水具有征兆不明顯,瞬時突水量大的特征,加之其成因復雜多樣難以把握,所以可研究的科學內(nèi)容既豐富又有其現(xiàn)實意義。文章選取了鴛鴦湖礦區(qū)紅柳煤礦作為離層水突水的案例背景,其地質(zhì)特征可歸納為砂巖-泥巖組成的近水平沉積地層,煤層較厚,無火成巖,無復雜構造,水文地質(zhì)結構由多個含水層與隔水層相間組成。本文所研究的離層水突水規(guī)律以此地質(zhì)特征為背景。為探究離層水突水的孕災規(guī)律,建立了基于地質(zhì)原型的二維物理模型和數(shù)值模型。選取水源、通道、采動作為離層水突水的致災因素(危險源),探究煤層開采引起的致災因素隨采長和開采時間的動態(tài)變化規(guī)律。導水裂隙帶、離層和離層水是研究的主要對象,其時空演化規(guī)律與突水事件關系緊密。文章中應用理論方法確定了工作面頂板特殊的覆巖結構形成離層的必然性,基于彈性巖梁法計算了理論離層量、離層空間、影響面積的動態(tài)發(fā)育規(guī)律。物理模型討論了不同配方的相似材料模擬軟硬巖層相間的可行性,觀察實驗結果總結了導水裂隙帶和離層裂隙的動態(tài)發(fā)育規(guī)律。數(shù)值模型討論了位移場、應力場、孔壓場、滲流場的隨開采的動態(tài)變化,在FLAC3D中可以用應變增量和飽和度反映離層與離層水情況。將理論及模擬分析的孕災規(guī)律進行動態(tài)評價,建立了離層水突水的模糊綜合評價模型,與實際突水情況相結合,討論了模糊綜合評價模型的可行性。文章的主要結論為:紅柳煤礦離層水突水水源為下直羅組上分層粗砂巖含水層,離層形成于其與下伏泥巖層之間,開采至180m時導水裂隙溝通至離層后發(fā)生離層突水;覆巖應力場、位移場、流場均會因煤層開采變化,突水災害的演化可由場的變化規(guī)律反映;綜合考慮水源、通道、采動因素所建立的離層水突水的模糊數(shù)學模型具有動態(tài)評價功能。本文的研究結論與已有研究成果相一致,與實際采煤工作面情況相符合。在此基礎上豐富了對離層水突水動態(tài)演化規(guī)律的探究,關注了更多的細節(jié)問題,以期為離層水突水的相關研究提供一些借鑒意義。
【圖文】：

圖 1-1 采后覆巖四帶結構示意圖Figure 1-1 Structure diagram of four overburden belts after mining鍵層理論與砌體梁模型理論與砌體梁模型是錢鳴高院士提出的一種覆巖結構力在多層硬巖層時，，對巖體活動全部起控制作用的巖層稱的局部起控制作用的成為亞關鍵層，總之關鍵層為在采動載主體。復合關鍵層是指兩相鄰關鍵層不僅會產(chǎn)生復合。關鍵層理論認為采場上覆巖層的變形、破斷、離層等一層中的關鍵層控制，其主要的研究內(nèi)容包括關鍵層載荷初次破斷距和周期破斷距），關鍵層的判別方法（理論法條件（剛度條件和強度條件）以及非連續(xù)變形不整合離的支撐下，已得出了關于離層位置，大小，發(fā)育特征的出現(xiàn)在各關鍵層下，離層量和離層區(qū)長度在初次破斷后僅離層的最大發(fā)育高度止于覆巖主關鍵層，采動區(qū)四周離層型圈[9]。判斷關鍵層的方法可以首先將大致確定可能形

圖 1-2 采動覆巖平衡拱移動示意圖 圖 1-3 采動上覆巖層巖梁形態(tài)Figure 1-2 Balanced arch movement of mining-induced overburdenFigure 1-3 Shape of rock beam in overlying strata of mining郝延錦等提出巖梁斷裂時的長度可以由懸臂梁式垮落的拱形破壞力學結構模型描述如圖 3。圖中，L 為巖梁走向方向長度，Ф1 為采空區(qū)開切眼側巖層斷裂角一般 63°左右，Ф2 為停采線側的巖層斷裂角一般為 60°左右。首次離層位置應該出現(xiàn)在巖梁的中間，最大離層空間隨著工作面的推進和離層空間的填充周期性出現(xiàn)，即工作面每推進一個斷裂巖梁長度時，出現(xiàn)一次最大離層空間[25]。張建全等認為當離層發(fā)育到一定程度后，下位巖層的下部巖體可視為彈性地基梁，上位巖層可視為固支梁，而離層裂隙寬度可視為兩者撓度之差[26]。1.2.2 覆巖破壞及運動研究的模擬方法趙德深等通過相似材料物理模擬模型實驗研究，揭示了煤礦區(qū)采動覆巖中離層產(chǎn)生、發(fā)展與分布的時空規(guī)律；探討了離層發(fā)展高度與工作面推進距離的關系，單一離層從產(chǎn)生到最大值直至消失的時間效應等規(guī)律[27]。WeifengYang 等應用物[28]
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TD745

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 盧云清;楊全訓;;巷道周邊巖體的變形和破壞的預測[J];國外采礦技術快報;1988年04期

2 周飛飛;胡浩;;口孜東礦11-2煤頂板層間離層估算[J];安徽建筑;2015年02期

3 趙啟峰;張農(nóng);彭瑞;李桂臣;張科學;韓昌良;石建軍;;大斷面泥質(zhì)巷道頂板離層突變垮冒演化相似模擬實驗研究[J];采礦與安全工程學報;2018年06期

4 趙德深,范學理,劉文生,孫慶宏,王世平;地質(zhì)采礦因素對離層分布規(guī)律的影響分析[J];遼寧工程技術大學學報(自然科學版);1998年02期

5 呂利強;;門克慶煤礦離層及兩帶探查孔施工探討[J];西部探礦工程;2019年05期

6 曹海東;;老虎臺井田離層裂隙發(fā)育特征探討[J];煤炭技術;2017年12期

7 焦鶴;吳德義;;口孜東礦11-2煤頂板層間離層穩(wěn)定性判別[J];安徽建筑;2016年01期

8 謝興華,高延法,鄒德蘊;薄層單元在覆巖離層模擬中的應用[J];礦業(yè)研究與開發(fā);2002年03期

9 姜德義,蔣再文,劉新榮,任松,劉金平;覆巖離層注漿控制沉降技術及計算模型[J];重慶大學學報(自然科學版);2000年03期

10 楊文豐;李小琴;李文平;王啟慶;;厚硬火成巖下采動離層發(fā)育規(guī)律與判別方法[J];煤礦安全;2017年02期

相關會議論文 前10條

1 高延法;張慶松;牛學良;謝興華;;巖層離層規(guī)律的計算機仿真與多層位注漿減沉技術研究[A];新世紀巖石力學與工程的開拓和發(fā)展——中國巖石力學與工程學會第六次學術大會論文集[C];2000年

2 李娜;劉曉文;;無線通信離層監(jiān)測系統(tǒng)[A];第十三屆全國煤礦自動化學術年會、中國煤炭學會自動化專業(yè)委員會學術會議論文集[C];2003年

3 張華興;;離層注漿技術現(xiàn)狀及存在問題[A];第六屆全國礦山測量學術討論會論文集[C];2002年

4 王英;梁少劍;陳永光;史利燕;;煤礦離層水突水災害與頂板覆巖結構分析[A];陜西環(huán)境地質(zhì)研究——2014年陜西省地質(zhì)災害防治學術研討會論文集[C];2014年

5 朱偉;;覆巖離層注漿減沉技術的研究現(xiàn)狀[A];第七屆全國礦山測量學術會議論文集[C];2007年

6 張剛艷;許延春;;蔣莊煤礦條帶開采條件下導水裂縫帶特征[A];中國科協(xié)2004年學術年會第16分會場論文集[C];2004年

7 趙德深;陳雄;覃麗坤;徐濤;關萍;;采動覆巖離層的數(shù)值模擬研究[A];東北巖石力學與工程分會學術討論會論文集[C];2005年

8 呂廣羅;李文平;黃陽;張勇;田剛軍;呂品田;;采煤工作面頂板離層水體涌突特征及其水害防治技術[A];第一屆中國西部礦山地質(zhì)環(huán)境保護學術論壇論文摘要集[C];2017年

9 高延法;;煤礦開采覆巖離層注漿減沉技術研究與應用條件[A];全國控制地面沉降學術研討會論文集[C];2005年

10 李建民;;覆巖離層注漿減沉過程中注漿壓力變化規(guī)律的理論研究[A];中國科協(xié)2004年學術年會第16分會場論文集[C];2004年

相關重要報紙文章 前1條

1 李崗;冷封膠使用淺析[N];中國包裝報;2012年

相關博士學位論文 前7條

1 賀江輝;煤層開采過程中覆巖離層動態(tài)演化研究及離層水害評價[D];中國礦業(yè)大學;2018年

2 曹海東;煤層開采覆巖離層水體致災機理與防控技術研究[D];煤炭科學研究總院;2018年

3 李小琴;堅硬覆巖下重復采動離層水涌突機理研究[D];中國礦業(yè)大學;2011年

4 蘇仲杰;采動覆巖離層變形機理研究[D];遼寧工程技術大學;2002年

5 張自政;沿空留巷充填區(qū)域直接頂穩(wěn)定機理及控制技術研究[D];中國礦業(yè)大學;2016年

6 趙德深;煤礦區(qū)采動覆巖離層分布規(guī)律與地表沉陷控制研究[D];遼寧工程技術大學;2001年

7 丁瀟;巷道圍巖離層下錨桿荷載傳遞機理及支護設計研究[D];西安科技大學;2016年

相關碩士學位論文 前10條

1 張鑫全;采動覆巖離層水突水災害演化規(guī)律研究[D];中國礦業(yè)大學;2019年

2 張建鋒;基于在線監(jiān)測系統(tǒng)的巷道頂板離層預測技術研究[D];河南理工大學;2017年

3 王超;番茄無離層基因的分子標記研究及種質(zhì)資源的篩選[D];東北農(nóng)業(yè)大學;2010年

4 肖民;榆神礦區(qū)榆樹灣礦保水開采注漿離層參數(shù)研究[D];西安科技大學;2006年

5 周飛飛;口孜東礦11-2煤頂板離層實測及層間離層分離[D];安徽建筑大學;2015年

6 吳維權;采動覆巖離層注漿機理及工程實踐應用[D];遼寧工程技術大學;2002年

7 姚再峰;回采巷道層狀復合頂板的離層機理及其控制技術研究[D];河南理工大學;2012年

8 滿孝林;采動覆巖離層異速生長演化規(guī)律研究[D];青島理工大學;2014年

9 胡曉陽;基于異速生長理論的采動覆巖離層時空分布規(guī)律與沉陷模型研究[D];青島理工大學;2015年

10 于濤;覆巖離層注漿固化作用的數(shù)值模擬研究[D];遼寧工程技術大學;2007年

本文編號：2639629