【摘 要】
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矿井底板突水,轻则影响生产,重则形成灾害,是危害煤矿安全经济高效生产的重大隐患。随着开采深度的不断增大和下部煤层的高强度开采,我国煤矿水害威胁越来越频繁越来越严重,所以底板突水灾害防治已成为迫切需要解决的重大技术理论课题。长壁采场底板岩体采动损伤突水控制机理研究关系到煤炭生产安全和整体经济效益,关系到煤炭资源的生产利用和矿区生态环境的保护,关系到我国煤炭工业的持续发展和转型升级。在带压开采前对采煤
【基金项目】
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内蒙古自治区自然科学基金项目(2019MS05042); 高等学校科学技术研究项目(NJZY18151);
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矿井底板突水,轻则影响生产,重则形成灾害,是危害煤矿安全经济高效生产的重大隐患。随着开采深度的不断增大和下部煤层的高强度开采,我国煤矿水害威胁越来越频繁越来越严重,所以底板突水灾害防治已成为迫切需要解决的重大技术理论课题。长壁采场底板岩体采动损伤突水控制机理研究关系到煤炭生产安全和整体经济效益,关系到煤炭资源的生产利用和矿区生态环境的保护,关系到我国煤炭工业的持续发展和转型升级。在带压开采前对采煤工作面底板突水可能性做出评价,制定相应的防治措施能够实现在富含承压水的岩层上安全带压开采,而研究底板采动损伤破坏规律是其核心关键内容。本文结合前人对带压开采底板破坏规律的研究,以陕北某煤矿为研究对象,结合煤层的地质条件,采用理论分析、数值分析相结合的方法对采场底板突水控制机理进行研究,取得了以下主要研究成果:(1)突水影响因素分析。结合煤矿的水文、地质资料,对煤层底板突水影响因素进行分析,得到推进步距、底板厚度、底板完整性、底板破坏深度为底板突水的主要影响因素。(2)底板破坏规律研究。研究煤层开采时底板岩体的压力分布特征和传播规律。采煤工作面底板在应力损伤条件下的破坏应力分析。推导采煤工作面底板在应力损伤条件下的破坏深度理论计算公式,基于结构面效应的底板破坏深度公式。(3)损伤数值模拟研究。考虑水压、采高、底板厚度、底板完整性以及在采动作用下岩体的变化特征,数值模拟研究应力-损伤条件下采场底板岩体应力及位移的变化趋势,研究应力-损伤条件下采场底板岩体塑性区分布。采煤工作面推进步距越大、底板完整性越差、底板厚度越薄,采场底板应力及位移变化越大,塑性区破坏范围越大。(4)底板突水防治技术。结合数值模拟研究注浆改造防治底板突水技术,对注浆改造底板防治底板突水问题进行可行性分析,底板注浆改造有效增大了岩体密度和内摩擦角,降低了采空区底鼓量及支承压力峰值,有效保证隔水层完整性来实现安全带压开采。(5)底板损伤分度研究。结合现场实测数据研究采场底板损伤分度的影响因素,灰色关联分析煤层底板倾角、斜长、采厚、采深、底板损伤分度与底板破坏的关联度。对底板破坏的影响程度排序依次为:倾角>斜长>底板损伤分度>采厚>采深。
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