據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)60%左右的礦井事故與地下水相關(guān),煤礦重特大事故中,水害造成的傷亡人數(shù)位居第2位,僅次于瓦斯事故。隨著煤炭資源的開(kāi)采,淺部煤礦越來(lái)越少,深部煤礦越來(lái)越多,導(dǎo)致高承壓水、高地應(yīng)力威脅日趨嚴(yán)重,導(dǎo)致深部煤礦開(kāi)采中底板突水災(zāi)害控制成為重要研究課題。目前關(guān)于煤礦底板突水災(zāi)變機(jī)理、底板改造加固材料研發(fā)以及注漿材料的研發(fā)尚有諸多不足,成為了保證采煤安全進(jìn)行的關(guān)鍵科學(xué)難題之一。本文從突水影響因素和災(zāi)變條件的角度切入,系統(tǒng)探討了煤礦底板突水災(zāi)變特征;分析了不同階段底板裂隙受力狀態(tài),并建立了裂隙抗剪強(qiáng)度模型,進(jìn)而依據(jù)底板整體受力狀態(tài),提出煤層底板起劈判據(jù);以COMSOL為模擬平臺(tái),獲得煤層回采中多場(chǎng)信息演化規(guī)律,并以此提出煤層底板改造要求;基于過(guò)火煤矸石可有效提高膠凝活性的特點(diǎn),結(jié)合底板改造要求,研發(fā)以過(guò)火煤矸石為主、少量水泥及粘土為輔的新型注漿加固材料,并分析其各項(xiàng)物理力學(xué)性能,最終提出新型奧灰含水層注漿材料工業(yè)試生產(chǎn)技術(shù)和工藝實(shí)施方案,驗(yàn)證新型材料的工程適用性,取得了一系列具有實(shí)用價(jià)值的研究成果。（1）從含水層性質(zhì)、天然隔水層狀態(tài)、底板巖性、采動(dòng)礦壓、開(kāi)采方法等多角度展開(kāi)分析,闡述了突水... 

【文章來(lái)源】：山東大學(xué)山東省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：155 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖２－１未突階段地質(zhì)力學(xué)＿??Ｆｉｇ．?２－１?Ｇｅｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｍｏｄｅｌ?ｉｎ?ｕｎｃｏｎｃｌｕｄｅｄ?ｓｔａｇｅ??同時(shí)對(duì)此模型做了部分假設(shè)，首先，模型之中不考慮靜水壓力對(duì)隔水巖層的軟化??

?煤礦底板突水機(jī)制與新型注漿材料加固機(jī)理及工程應(yīng)用研究???第三章底板裂隙抗剪強(qiáng)度及突水機(jī)理??３．１底板損傷弱化因素??３．１．１裂隙粗糙度??根據(jù)裂隙的天然存在狀態(tài)，自宏觀角度上可將裂隙分為波紋狀、鋸齒狀、臺(tái)階狀??等多種形式（如圖３－１所示）。針對(duì)節(jié)理裂隙的受力分析模型，通常采用較為理想化、??規(guī)則化的幾何形狀，在此假定上，裂隙界面分析中往往缺乏高精度的界面形態(tài)，進(jìn)而??無(wú)法準(zhǔn)確描述節(jié)理細(xì)觀狀態(tài)下相鄰界面的三維形態(tài)和坡度信息，對(duì)理論研宄造成一定??的局限性。??目前，通過(guò)掃描電子顯微鏡等高精尖觀測(cè)手段，得出裂隙實(shí)際形貌并非完全符合??以上分類，且裂隙的粗糙度對(duì)節(jié)理抗剪強(qiáng)度具有明顯的影響，故在研究裂隙抗剪強(qiáng)度??時(shí)，應(yīng)考慮界面起伏程度、粗糙程度以及相應(yīng)的界面力學(xué)效應(yīng)。??ＡＡＡＡ／ＶＸＡＡ????鋸齒狀????，＾?＾??波紋狀Ｉ??波紋狀ｎ??臺(tái)階狀Ｉ??臺(tái)階狀ＩＩ??圖３－１界面宏觀狀態(tài)??Ｆｉｇ．?３－１?Ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ?ｓｔａｔｅ?ｏｆ?ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｐｌａｎｅ??３．１．２承壓水作用??地下承壓水不斷的侵蝕、軟化裂隙中的充填物，造成巖體強(qiáng)度逐漸降低，并導(dǎo)致??裂隙寬度逐漸增加，極大減弱了巖體的物理力學(xué)性質(zhì)。一方面表現(xiàn)為對(duì)軟弱巖石及結(jié)??構(gòu)面的物理化學(xué)作用，另一方面地下水作為一種外荷載，對(duì)巖體產(chǎn)生擠壓，致使裂隙??產(chǎn)生、擴(kuò)展，直到劈裂破壞。??地下工程中各種巖層內(nèi)的裂隙在地應(yīng)力作用下呈閉合狀態(tài)，未擾動(dòng)狀態(tài)下力的傳??遞主要通過(guò)裂隙兩側(cè)巖體的接觸部分。當(dāng)?shù)叵滤x存在裂隙中時(shí)，承壓水的流動(dòng)性、??滲透性、水壓等都因素都使地下水可以作為壓力傳遞的媒介，承擔(dān)巖體間

?山東大學(xué)博士學(xué)位論文???由于裂隙中的承壓水賦存水量很小，因此主要考慮其水壓承載的能力。在這里借鑒土??力學(xué)中有效應(yīng)力原理進(jìn)行考慮，土體與裂隙巖體中的有效應(yīng)力示意圖見(jiàn)圖３－２。土力??學(xué)中，砂土介質(zhì)內(nèi)顆粒間要充分考慮空隙的影響，因此顆粒間的接觸面積可近似忽略??不計(jì)。但是對(duì)于裂隙巖體來(lái)講，裂隙兩側(cè)巖體的接觸面積較大，因而不可忽略。??（ａ）?土體?（ｂ）裂隙巖體??圖３－２?土體與裂隙巖體中的有效應(yīng)力示意圖??Ｆｉｇ．?３－２?Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ?ｓｔｒｅｓｓ?ｉｎ?ｓｏｉｌ?ａｎｄ?ｊｏｉｎｔｅｄ?ｒｏｃｋ??３．１．３界面力學(xué)參數(shù)分析??針對(duì)裂隙巖體的界面力學(xué)性質(zhì)，學(xué)者們建立了不同的模型描述其荷載與變形的關(guān)??系，如?Ｇｏｏｄｍａｎ?模型、Ｃｏｕｌｏｍｂ?模型、Ｂａｒｔｏｎ－Ｂａｎｄｉｓ?模型、Ｐａｔｔｏｎ?模型以及?Ｋｕｌａｔｉｌａｋｅ??模型。Ｇｏｏｄｍａｎ模型主要從力學(xué)方面開(kāi)展研宄，它將裂隙兩側(cè)巖體的接觸點(diǎn)等效為一??系列線彈性體。Ｂａｒｔｏｎ－Ｂａｎｄｉｓ模型和Ｋｕｌａｔｉｌａｋｅ模型主要是通過(guò)數(shù)學(xué)手段進(jìn)行曲線擬??合，這兩種模型可相對(duì)準(zhǔn)確的表述裂隙變形過(guò)程。但是這些模型都存在一些缺陷，??Ｇｏｏｄｍａｎ模型所得到的理論結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)定值仍有較大誤差，另外從尺度上講，室內(nèi)??試驗(yàn)中試樣的邊界也是有限確定的，難以模擬出延伸至較遠(yuǎn)距離甚至于尖滅于巖體中??裂隙，不符合工程中的實(shí)際情況。而Ｂａｒｔｏｎ－Ｂａｎｄｉｓ模型和Ｋｕｌａｔｉｌａｋｅ模型并未探究相??應(yīng)的力學(xué)機(jī)制。??（１）?Ｃｏｕｌｏｍｂ?模型??對(duì)于兩個(gè)粗糙界面的力學(xué)性能，由于法向應(yīng)力的作用，將對(duì)界面的抗剪強(qiáng)度造成??影響，Ｃｏｕｌｏｍｂ提

【參考文獻(xiàn)】：
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