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随着我国浅部煤炭资源的日趋枯竭,深部煤层开采势在必行。而随着矿井采掘深度不断加大,其直接面临的“三高”问题,即高水压、高瓦斯、高地应力问题日益突显。怎样安全有效地把深部煤炭资源从高承压水威胁中解放出来是深部煤炭资源安全开采的关键。突水系数法一直是用来评价煤层带水压开采可行性的一种传统且有效的方法,也是多年来研究的热点问题。但是,从突水系数演化过程来看,其研究工作主要集中于对煤层底板隔水层本身结构和力学性质上,而对底板水压力作用机理研究较少。实际上,煤层底板高承压含水层水沿隔水底板岩层向上导升过程中,存在一定的沿程水头损失和劈裂岩体裂隙的能量损耗,下伏含水层高压水在底板隔水层下部劈裂导升一定的高度后,在导升段的能量消耗很大,这时作用于有效隔水层段下部的实际水压已远远小于含水层中的观测水压,真正作用在有效隔水层上的水压为残余水压P_c,对底板有效隔水层起破坏作用的有效水压力亦应为残余水压。因此,研究煤层底板隔水层中残余水压的发展、形成以及分布规律对深部煤层的带压开采条件评价具有重要意义,这也是本论文研究的关键科学问题。 本论文主要以煤层底板岩层水岩作用理论、岩体中水流能量损耗理论为基础,论述了承压水沿煤层底板隔水层侵入导升过程中存在着沿程水头损失以及裂隙扩展中的能量损耗,提出了残余水压概念,并分析了残余水压形成机理。通过对煤层底板隔水岩层阻水性能模拟实验,研究了承压水在煤层底板隔水层导升过程中水头压力损耗变化规律、分布特征及其与水压、隔水层水文地质与工程地质性质之间的关系,提出了新的突水系数计算方法。 通过理论分析和实验研究,本文得出以下结论:高承压水在沿煤层底板隔水层导升过程中存在着明显的压力水头损失;同一地层条件下,煤层底板承压水水头压力越大其导升过程中的水头压力损耗就越大;同一水头压力条件下,地层的渗透性越差其阻水能力越强,水流导升过程中的水头压力损耗也越大;在同一介质中,当初始水头压力不同时,水流在导升过程中水头压力的衰减不同,在同一隔水介质中底板含水层水头压力越大其沿隔水层导升过程中的水头损耗也就越大,水头损耗随底板隔水层水头压力增加而呈递增趋势,另外它们相应的水头衰减速率也呈递增趋势,煤层底板隔