煤矿掘进巷道顶板赋存砂岩含水层突水作用过程研究

作     者：王超 

作者单位：西安科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谷拴成;叶根飞

授予年度：2019年

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

主      题：煤矿掘进巷道 突水类型 极限破坏高度 理论分析 数值模拟分析 

摘      要：矿井水害是煤矿五大灾害之一,麦垛山煤矿回风巷道顶板覆存砂岩含水层,距离为8m～28m,在掘进过程中,多次发生突水事故,其发生突水的原因是由于巷道顶板的导水通道沟通了地下水或地表水,或者直接揭露含水层而导致突水。因此,认识掘进巷道顶板稳定性与突水的关系,对有效预防矿井突水灾害具有重要意义。本文以麦垛山煤矿掘进回风巷道突水实例作为工程背景,通过理论和数值模拟方法,分析了煤矿掘进巷道工作面突水原因,论文主要研究成果如下:(1)从充水水源性质、含水层性质、含水层介质特征、突水位置以及突水通道的产生性质对煤矿掘进巷道突水类型进行分析与总结,并结合理论研究,得出煤矿掘进巷道工作面的破坏形式。(2)基于极限分析法,建立二维机动场模型,同时采用极限分析上限定理,得出极限破坏平衡关系式,推导出煤矿掘进巷道工作面机动场的极限破坏高度表达式,表明其主要影响因素包括围岩强度参数、上覆含水层、巷道掘进高度以及巷道埋深,并且得出以上影响因素对极限破坏高度的影响规律:极限破坏高度与围岩强度成反比;与巷道掘进高度、巷道埋深成正比;当顶板赋存砂岩含水层时,其极限破坏高度增大,同时考虑掘进巷道突水的危险。(3)依托麦垛山煤矿掘进回风巷道突水实例,采用FLAC3D对麦垛山煤矿掘进巷道进行数值模拟计算,并将理论值与数值模拟结果进行了对比分析。结果表明:数值模拟结果得出的塑性区分布形式与假设失稳滑动破坏形式相符;极限破坏高度值与数值模拟得出的塑性区高度值比较相近,从而验证了理论计算结果的合理性。(4)针对煤矿掘进巷道工作面极限破坏高度表达式,具有一定的工程意义:煤矿掘进巷道顶板一定距离存在砂岩含水层时,利用极限破坏高度表达式判别对煤矿掘进巷道突水进行预测,同时为解释麦垛山煤矿掘进巷道突水原因提供理论依据。