煤层底板陷落柱突水模拟及机理分析

作     者：尹尚先 武强 

作者机构：华北科技学院安全科学技术研究所北京100083 中国矿业大学资源系北京100083 

出 版 物：《岩石力学与工程学报》 (Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering)

年 卷 期：2004年第23卷第15期

页      面：2551-2556页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：中国博士后基金(2003033204)资助项目 

主　　题：采矿工程 突水机理 陷落柱 煤层底板 岩溶水 煤矿安全 

摘      要：岩溶陷落柱是中国北方型石炭二迭系煤田的一种特殊塌陷,广泛分布于20个煤田45个煤矿区,其导致的突水具有隐蔽性、突发性且与岩溶水有天然联系等特点,对煤矿安全生产危害极大。为研究煤层底板陷落柱破坏特征及突水机理,采用FLAC3D模拟分析了陷落柱影响下采面推进过程的不同阶段。数值模拟及实验显示,由于陷落柱的面积有限,矿压和水压力联合作用下使其发生弯曲并形成拉张破坏的可能性较小,一般产生剪切破坏,虽然升、降错动产生的剪应力、上凸弯曲产生的拉应力和压应力的三重作用导致煤层底板岩层失稳破坏,但以剪应力作用为主;同时,陷落柱的存在改变了煤层底板的地质环境和岩体结构,底板有效隔水层厚度减小,岩体强度降低,应力-应变分布不均,局部应力集中系数增大,使关键层的最小主应力进一步降低,一旦承压水压力大于关键层的最小主应力,承压水的渗水软化和压裂扩容即起作用,使底板岩层破坏裂隙沿最薄弱方向进一步扩展,导致裂隙贯通,最终形成管涌,发生突水。特别是,陷落柱的边壁、工作面底板压缩区与膨胀区的分界线重合在一条线上时,是底板岩层发生剪切破坏的最佳状态,最容易发生底臌突水。