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煤田底板水害威胁十分严峻,由裂隙岩体充水破坏而引发的矿井底板突水事什已经造成生命和财产的巨大损失,并仍是今后煤矿安全生产的重大隐患,据统计,60%的矿井事故与地下水的作用有关系。矿井底板裂隙岩体突水风险性受控于底板岩体裂隙展布、规模及底板水的特征等。所以,针对矿井底板的裂隙岩体进行一些工作,对于煤矿的安全生产来说,是有很大意义的。岩体中存在的裂隙,使得岩石的力学特性和渗流特性都不同于一般的均匀介质。运用传统渗流理论很难正确反映出岩石裂隙在承压状态下裂隙的发育发展和压力的耦合关系。所以,需要找到新的方法来研究岩石裂隙与应力应变的耦合关系。
本文从岩石裂隙的研究入手,结合了岩石力学、渗流力学、流体力学、水文地质学等学科,采用理论分析、现场调研、试验研究、数值模拟、耦合分析等方法,系统分析评价了矿井底板裂隙岩体渗流与压力的耦合情况。首先,在采样矿区进行了广泛的地质资料的收集工作,取得本地区水文地质条件的第一手资料。同时在研究区域,取得地表以下500m---10OOm不等深度的大量的岩石样本,并针对裂隙发育状况、填充物等情况,对岩石样品进行了描述和分类。然后,针对取回样品的特点,设计不同的渗透实验,测试岩样在不同围压、水压情况下,渗透率的变化,并对这些变化规律进行总结研究。而且,还进行了一般的力学实验,掌握岩样的抗拉、抗压、抗剪等物理性质,为下一步的FLAC3D模拟工作提供基础数据。第三,研究各种模拟方法,鉴于 FLAC3D(Fast Lagrangian Analysis of Continua)模拟软件在分析岩体三维结构受力特性方面的突出表现,最终使用了FLAC3D模拟软件,对岩样在渗透实验中的变化进行模拟。并在前期对岩样进行一般力学实验,以保证FLAC3D软件进行模拟所需要的各种物理力学参数。最后,用模拟结果与实际的实验结果进行比对,模拟的结果与实验结果基本吻合,应力一应变的变化情况基本一致。能够体现出煤田底板岩石裂隙与应力变化之间的相互关系。