深部開采底板破裂與裂隙擴展演化基礎試驗研究.pdf

1、深部礦井的高承壓水問題，嚴重影響著煤炭的安全生產(chǎn)。本文針對深部巖體所處的高地應力、強支承壓力和高承壓水的復雜環(huán)境，通過理論分析、室內(nèi)試驗研究、數(shù)值仿真模擬和現(xiàn)場探測等方法對深部底板破裂機理與裂隙擴展演化規(guī)律進行了深入的基礎試驗研究。
　　基于深部底板巖體的力學特性，分析了深部底板的應力和位移分布及變化規(guī)律;根據(jù)“內(nèi)應力場”、“外應力場”和“下三帶”理論，建立了深部底板巖體的受力模型，通過對隔水層巖體的力學分析，獲得了隔水層的三種破

2、裂模式及判斷準則，推導出不同破裂模式下合理的工作面開采長度。通過“下三帶”理論對底板破壞形態(tài)的描述，對底板巖體的裂隙按產(chǎn)生機理和存在狀態(tài)進行了分類，對不同類型底板巖體裂隙的起裂準則進行了分析，推導出壓剪和拉剪應力條件下裂隙擴展與主應力及水壓的關系;采用巖石破裂過程分析系統(tǒng)，研究了裂隙的幾何屬性（裂隙長度、裂隙寬度、裂隙傾角、巖橋長度、巖橋傾角）對大尺寸巖樣單、雙裂隙擴展演化及貫通模式的影響規(guī)律，揭示了大尺寸巖樣的破裂突發(fā)性特征;從裂隙擴

3、展的角度分析了深部斷層發(fā)生活化的力學機理。利用聲發(fā)射事件的定位原理，通過分別制備完整類巖石和含單、雙裂隙的類巖石試樣，研究了雙軸加載下預制單裂隙和雙裂隙的大尺寸試樣在不同加載速率下的裂隙演化規(guī)律，揭示了試樣破裂過程中產(chǎn)生的聲發(fā)射行為特征，加深了對底板巖體破壞機制的認識，為預防和控制底板的變形破壞提供了新的思路。通過大量的試驗配比與分析，選取出以石蠟、凡士林、砂、碳酸鈣和液壓油為隔水層相似材料的最優(yōu)配比，建立了深部含斷層底板裂隙擴展演化及

4、導水通道形成的模型，通過對底板和斷層附近應力及位移變化規(guī)律的分析，得出了底板及斷層裂隙的分布及擴展演化特征。利用有限元數(shù)值模擬軟件，分析了高承壓水作用下煤層埋深、斷層產(chǎn)狀要素以及底板巖性組合對底板采動裂隙擴展演化的影響規(guī)律，揭示了不同因素組合下的底板應力場和位移場變化特征以及裂隙演化形成導水通道的動態(tài)過程。采用鉆孔注水法對埠村煤礦9212工作面的底板破壞情況進行了現(xiàn)場探測，結合華豐煤礦41303工作面和趙各莊煤礦1237工作面的底板破壞