采动底板突水前兆信息演化特征与预测技术研究

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煤层开采后,底板岩体应力重新分布,岩体裂隙发生损伤-萌生-扩展-贯通-断裂,底板岩体位移及孔隙水压力也不断演化。因此,本文以底板岩体应力、位移、裂隙和孔隙水压力为研究对象,综合采用室内试验、理论分析和数值仿真模拟等方法,探究煤层底板突水过程中前兆信息演化特征规律及突水预测方法,取得了以下研究成果:  (1)基于矿山压力理论和弹性力学理论,建立工作面走向、倾向力学模型,解得底板岩体中任一点处的应力分量并得出应力演化规律;结合Mohr-Coulomb准则和数值仿真技术,得出底板岩体破坏特征及其空间分布形态。  (2)基于断裂力学理论,分别建立拉剪、压剪状态下的裂隙岩体力学模型,求得裂隙岩体的断裂强度。基于RFPA-Flow软件,模拟裂隙岩体不同受力状态下、不同围压、不同孔隙水压力作用下裂隙岩体的裂纹演化规律及失稳破坏模式。  (3)基于FLAC3D和COMSOL Multiphysics多物理场软件,分别建立煤层底板突水数值仿真模型,并计算煤层开采过程中承压水导升高度和孔隙水压力演化规律。此外,基于断裂力学,探究了承压水导升高度理论解。  (4)通过大量试验的研究与分析,选用河砂、碳酸钙、滑石粉、白水泥、凡士林、液压油以及适量自来水的混合材料作为隔水层相似材料。基于正交试验设计,得出隔水层相似材料的最优配比。建立采动底板突水相似模拟模型,随工作面的不断推进,监测并深入分析探究底板岩体应力、位移、裂隙扩展等突水前兆信息特征的演化规律。  (5)为了更全面评价底板突水的安全性,采用薄板理论和岩体极限平衡理论预测底板突水的危险性,丰富煤层底板突水预测理论,对煤层底板突水评价具有重要的理论和实践意义。
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