【摘要】：西部生態(tài)脆弱礦區(qū)自然環(huán)境、生態(tài)環(huán)境及工程地質(zhì)環(huán)境具有其特殊性,煤炭資源的高強(qiáng)度、大規(guī)模開采必然對(duì)其環(huán)境條件產(chǎn)生不同程度的擾動(dòng)影響。當(dāng)煤炭開采帶來的影響超過環(huán)境的承載能力時(shí),將破壞或改變區(qū)域平衡的環(huán)境條件。其中,煤層頂板覆巖結(jié)構(gòu)的破壞導(dǎo)致地下水賦存與補(bǔ)給、循環(huán)模式發(fā)生改變,地下水位下降,致使含水層以層間徑流向垂向徑流為主的新水循環(huán)模式轉(zhuǎn)變,從而使得大部分頂板砂巖弱含水層及第四系潛水含水層地下水滲(潰)入礦井采空區(qū),形成新的含水層(地下水庫)。其中,在覆巖壓力、水巖作用下煤柱壩體強(qiáng)度弱化特征是影響地下水庫安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。本文通過對(duì)大柳塔5-2煤進(jìn)行取樣,運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方式,研究了含水率時(shí)空演化規(guī)律、破壞前后裂隙演化規(guī)律及煤礦地下水庫煤柱壩體破壞機(jī)理。首先,通過自然吸水性試驗(yàn)和核磁共振試驗(yàn),獲得含水煤樣含水率時(shí)空演化規(guī)律(含反復(fù)浸水):隨含水率增加,煤樣吸水過程分為加速吸水、緩慢吸水和吸水穩(wěn)定階段,含水率與浸水時(shí)間、反復(fù)浸水次數(shù)之間呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系增加,含水率沿煤樣高度方向分布不均勻,空間水分布由不均勻性向均勻性轉(zhuǎn)變。然后,通過NMR測(cè)試、三維CT掃描和單軸壓縮試驗(yàn),獲得破壞前后裂隙時(shí)空演化規(guī)律:加載前,飽水煤樣反復(fù)浸水后微結(jié)構(gòu)損傷發(fā)育,導(dǎo)致裂隙再發(fā)育,浸水2次比浸水1次原生結(jié)構(gòu)發(fā)育了26.07%,浸水3次比浸水2次原生結(jié)構(gòu)發(fā)育了2.40%。加載后,低含水率煤樣內(nèi)部孔隙、裂隙發(fā)育嚴(yán)重,破化程度劇烈;高含水率煤樣呈現(xiàn)貫穿裂隙,微結(jié)構(gòu)發(fā)育較少,破壞程度較緩和。通過對(duì)煤樣宏觀和微觀破壞形式及聲發(fā)射特征進(jìn)行分析,得到了煤樣破壞類型:隨煤樣含水率逐漸升高,煤樣破壞形式由張拉破壞向剪切破壞轉(zhuǎn)變,破壞程度依此呈現(xiàn)出大塊崩落-局部脫落-貫穿裂紋的變化特點(diǎn)。通過研究煤樣破壞前含水率分布、聲發(fā)射定位及高幅值信號(hào)提取,獲得了載荷作用下含水煤樣內(nèi)部裂隙時(shí)空演化規(guī)律:聲發(fā)射定位事件與其宏觀破壞形式相符合。最后,利用FLAC~(3D)數(shù)值模擬研究地下水庫壩體損傷演化特征。分析了反復(fù)浸水過程中煤柱壩體受力環(huán)境,位移及塑性區(qū)的發(fā)展變化,提出了煤柱“X”形及底部塑性區(qū)發(fā)育及破壞特征。
【圖文】：

應(yīng)用型碩士學(xué)位論文井水，但礦井水的利用率僅為 25%[6,7]。在我國西部生是降水量的 6 倍，外排地表的礦井水不能被有效儲(chǔ)存主要原因[8]。顧大釗等根據(jù)神東礦區(qū)煤炭開采的實(shí)際區(qū)建立地下水庫儲(chǔ)水的技術(shù)思路并展開了工程實(shí)踐研儲(chǔ)水結(jié)構(gòu)，將煤礦采空區(qū)內(nèi)煤柱通過人工壩體連接，東礦區(qū)已經(jīng)成功建設(shè)煤礦地下水庫 35 座，提供了礦效緩解了西部礦區(qū)煤炭開采與水資源保護(hù)的矛盾[6,8]圖 1-2 所示。

1 緒論（2）通過高分辨三維 X 射線顯微成像系統(tǒng)（3D－XRM）對(duì)煤樣原生結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損檢測(cè)，探測(cè)在不同含水率下試樣破壞前后的裂隙場(chǎng)演化規(guī)律，研究含水率分布空間特征與裂隙場(chǎng)之間關(guān)系；（3）通過聲發(fā)射檢測(cè)的單軸壓縮試驗(yàn)，，研究含水煤樣強(qiáng)度弱化規(guī)律及聲發(fā)射特征變化規(guī)律。同時(shí)，研究聲發(fā)射特征與試樣破壞前后裂隙場(chǎng)演化之間的映射關(guān)系。根據(jù)以上研究?jī)?nèi)容，采用數(shù)值模擬，對(duì)大柳塔煤礦地下水庫煤柱壩體進(jìn)行研究，并模擬其破壞機(jī)理。1.3.2 技術(shù)路線根據(jù)論文的研究?jī)?nèi)容與研究方法，擬采用的技術(shù)路線如圖 1-3 所示。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD823.83;TV623

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2683279