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矿井突水灾害预测与防治一直是我国煤矿安全生产的重大研究课题,底板断层突水是煤矿突水事故的主要形式,采动引起底板断层活化、进而与采场底板采动裂隙形成导水通道,是引发矿井突水事故的重要原因。尤其进入深部开采,此类问题严重影响着煤炭的安全生产。本文针对深部岩体所处的高地应力和高承压水的复杂环境,通过理论分析、室内试验研究、数值仿真模拟等方法对深部开采断层活化突水及时空过程进行了基础试验研究。 本文介绍了断层充填体的力学特征,并理论分析了在水压和矿压作用下裂隙起裂的力学机理,研究了煤层开挖后底板岩体中的应力状态变化过程,导致断层破坏活化形成导水通道的客观条件;研制并测试了满足固体变形和渗透性相似的用以模拟深部开采煤层底板和断层的固流耦合相似材料,掌握了相似模拟材料各成分在不同配比情况下对材料基本力学性能的控制作用;通过室内试验研究了深部开采断层活化突水及裂隙扩展时空演化过程,提出采空区下部隐伏断层突水遵循滞后突水的“最小阻力突水原则”;数值模拟显示深部开采断层活化至突水经历了应力集中—卸载活化—裂隙扩展—突水通道形成的阶段,研究证明深部开采底板断层突水的发生具有滞后性,突水发生的时刻为断层形变量的最大值而非集聚的最大应力值的时刻。