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煤层底板富水承压溶洞突水力学模型构建及突水判据研究

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煤炭科学技术 2022年第5期50卷 232-237页

作者：李博刘子捷贵州大学喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室贵州贵阳550025 贵州大学资源与环境工程学院贵州贵阳550025

西南地区是我国南方重要的煤炭生产基地,由于喀斯特地貌分布广泛,岩溶发育强烈,该地区主采的二叠系煤层底板茅口组灰岩中常见充水性溶洞,煤矿开采过程中一旦遇到隐伏富水承压溶洞,在采动和承压水双重作用下,极易导致煤层底板隔水岩体失... 详细信息

西南地区是我国南方重要的煤炭生产基地,由于喀斯特地貌分布广泛,岩溶发育强烈,该地区主采的二叠系煤层底板茅口组灰岩中常见充水性溶洞,煤矿开采过程中一旦遇到隐伏富水承压溶洞,在采动和承压水双重作用下,极易导致煤层底板隔水岩体失稳破坏产生突水灾害,对煤矿的安全开采造成严重威胁。为研究煤层底板富水承压溶洞突水灾害发生时的地质控制因素及隔水岩体失稳破坏的力学行为,有效保障煤矿安全开采,基于西南岩溶地区溶洞的形态特点、隔水岩体的受力特征,将溶洞顶板简化为圆形断面,将溶洞与煤层之间的隔水岩体简化为由无数积分薄圆板构成的圆锥台体,建立了煤层底板富水承压溶洞突水力学模型。运用突变理论中的尖点突变模型对力学模型进行解析,结合弹性力学理论,得出了系统变形失稳的标准势函数表达式,进而研究了系统的临界稳定状态,推导了煤层底板富水承压溶洞突水的力学判据。研究表明:隔水岩体失稳破坏进而引发富水承压溶洞突水的地质因素主要由隔水岩体的厚度、弹性模量、泊松比及溶洞的尺寸和水压等控制,且当隔水岩体厚度、弹性模量和泊松比越小,溶洞尺寸和水压越大时,越容易发生突水灾害。研究成果可以为煤层底板溶洞突水现象的解释和防治提供科学依据。

关键词：溶洞突水力学模型突水判据控制因素底板承压水

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2种屈服准则下的底板突水判据安全性比较

中国安全科学学报 2013年第8期23卷 90-95页

作者：孙建安徽理工大学能源与安全学院安徽淮南232001 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116

为预测煤层底板突水情况,将采动底板剩余完整岩层带内强度较高的单一薄岩层(或相距较近含软弱夹层的2层薄坚硬岩层构成的复合岩层)简化为四边固支的矩形薄板,建立煤层底板隔水关键层力学模型。分别基于Tresca屈服准则和Mohr-Coulomb屈... 详细信息

为预测煤层底板突水情况,将采动底板剩余完整岩层带内强度较高的单一薄岩层(或相距较近含软弱夹层的2层薄坚硬岩层构成的复合岩层)简化为四边固支的矩形薄板,建立煤层底板隔水关键层力学模型。分别基于Tresca屈服准则和Mohr-Coulomb屈服准则,推导出2种屈服准则下的底板突水力学判据。依据现场底板突水的预测结果,对突水判据的安全性进行比较分析。结果表明:Mohr-Coulomb屈服准则更趋于实际矿山岩体工程性质,基于Mohr-Coulomb屈服准则推导的底板突水判据预测煤矿底板突水更安全可靠。

关键词：煤层底板突水预测关键层屈服准则突水判据

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采煤工作面底板突水判据的建立及应用

陕西煤炭 2004年第2期23卷 19-21页

作者：张少春张西民陕西省煤炭科学研究所陕西西安710001 煤炭科学研究总院西安分院陕西西安710054

根据近几年奥灰岩溶水防治的研究成果和大量的实际调查资料,认为底板突水预测预报的关键是建立突水判据,并依据带压开采中煤层底板承压水渗流场、采动应力场的耦合效应,模拟采动条件下煤层底板破坏状态以及破坏区域的演化规律,建立了底... 详细信息

根据近几年奥灰岩溶水防治的研究成果和大量的实际调查资料,认为底板突水预测预报的关键是建立突水判据,并依据带压开采中煤层底板承压水渗流场、采动应力场的耦合效应,模拟采动条件下煤层底板破坏状态以及破坏区域的演化规律,建立了底板突水判别式。并以韩城矿务局马沟渠煤矿1108工作面带压开采为例予以说明。

关键词：采煤工作面底板突水判据耦合分析

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采煤工作面底板突水判据的建立及应用

采煤工作面底板突水判据的建立及应用

作者：张少春张西民陕西省煤炭科学研究所煤炭科学研究总院西安分院

关键词：底板突水突水判据耦合分析

来源： cnki会议评论

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老空水突水模式机理及判据研究

煤炭科技 2017年第A01期38卷 122-124页

作者：段晓平徐州矿务集团有限公司张双楼煤矿江苏徐州221616

为了探讨不同条件下,煤矿老空水的突水机理,将老空水划分为三种突水模式,即:顶板老空水突水模式,侧壁老空水突水模式以及底板老空水突水模式.分析不同突水模式突水机理以及突水判据.将突水模式,突水的机理总体归结为两类,即厚壁裂隙导... 详细信息

为了探讨不同条件下,煤矿老空水的突水机理,将老空水划分为三种突水模式,即:顶板老空水突水模式,侧壁老空水突水模式以及底板老空水突水模式.分析不同突水模式突水机理以及突水判据.将突水模式,突水的机理总体归结为两类,即厚壁裂隙导水突水模式和薄壁整体破断突水模式.

关键词：煤矿老空水突水模式突水机理突水判据

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深部开采底板突水灾变模式及试验应用

煤炭学报 2018年第1期43卷 219-227页

作者：郭惟嘉张士川孙文斌陈军涛山东科技大学矿业与安全工程学院山东青岛266590 山东科技大学矿山灾害预防控制教育部重点试验室山东青岛266590

深部采场高地应力、高岩溶水压和强开采扰动条件使得底板突水相比浅部采场形成特定构造、水-岩-应力及采掘工程相互作用影响下的复杂岩体水力学问题。基于不同地质构造受采动影响特征及其诱发煤层底板突水机理,将深部开采底板突水灾变... 详细信息

深部采场高地应力、高岩溶水压和强开采扰动条件使得底板突水相比浅部采场形成特定构造、水-岩-应力及采掘工程相互作用影响下的复杂岩体水力学问题。基于不同地质构造受采动影响特征及其诱发煤层底板突水机理,将深部开采底板突水灾变模式划分为完整底板裂隙扩展型、原生通道导通型和隐伏构造滑剪型3种类型,并分析了对应的突水判据。研究认为完整底板裂隙扩展型归结于承压水影响下裂隙扩张造成彼此贯通引发承压水导升高度大于有效隔水层厚度,原生通道导通型归结于构造活化引发局部位移扩展与保护煤柱底板压缩区连通裂隙发生沟通,隐伏构造滑剪型归结于构造上方断面岩层失稳发生剪切破坏造成承压水以最短距离涌入采空区。利用深部采动高水压底板突水相似模拟试验系统探寻了3种突水灾变模式下突水通道的时空演变过程,验证了突水判据的准确性。

关键词：深部开采底板突水灾变模式突水判据

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高风险岩溶隧道掌子面突水机制研究

岩土力学 2011年第4期32卷 1175-1180页

作者：孙谋刘维宁北京交通大学土木工程与建筑学院北京100044

在我国西部强岩溶地区,越来越多的长大深埋隧道潜在突水、突泥的风险,由于隐伏岩溶水体位置、规模以及体量的不确定性,突水模式与类型异常复杂,隧道掌子面的突水风险系数极高。对于隧道开挖后围岩结构完整性较好的掌子面,在特大体量隐... 详细信息

在我国西部强岩溶地区,越来越多的长大深埋隧道潜在突水、突泥的风险,由于隐伏岩溶水体位置、规模以及体量的不确定性,突水模式与类型异常复杂,隧道掌子面的突水风险系数极高。对于隧道开挖后围岩结构完整性较好的掌子面,在特大体量隐伏岩溶水体作用下,当开挖面进入安全厚度内迅速发生破断突水,具备明显的突变特征。针对隧道掌子面发生破断突水的突变特征,采用数值手段探讨了施工条件对突水突变现象的影响。将隧道简化为圆形,建立了掌子面失稳的折叠突变模型,通过对系统势能函数的分析,推导了隧道掌子面发生破断的突水条件和最小安全厚度计算公式,基于系统势能突变控制参数灾变演化路径的分析,提出了掌子面突水的具体防治措施,并结合工程实例验证了其可行性。

关键词：岩溶隧道掌子面破断突水突变模型突水判据最小安全厚度

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基于主应力状态转换的采场底板突水机理分析

采矿与安全工程学报 2023年第4期40卷 691-703页

作者：董书宁柳昭星王皓中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710054 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室陕西西安710077

为揭示采场底板突水过程中主应力状态转换与水压共同作用机理,笔者采用理论分析、室内试验和数值计算等手段,研究了煤层底板采动应力扰动突水判据、饱和岩层损伤试验特征、主应力转换特征。结果表明:基于采动底板岩层扰动程度判别指标... 详细信息

为揭示采场底板突水过程中主应力状态转换与水压共同作用机理,笔者采用理论分析、室内试验和数值计算等手段,研究了煤层底板采动应力扰动突水判据、饱和岩层损伤试验特征、主应力转换特征。结果表明:基于采动底板岩层扰动程度判别指标、底板起裂压力阈值判别指标和底板含水层失稳判别指标得到的采动底板突水判据阈值为1;底板灰岩试样损伤在卸压后存在明显的延迟效应,而在失稳时产生应力跌落现象;采空区前后底板最大主应力由水平应力转换为垂直应力。底板卸荷后,最大主应力又从垂直应力转换为水平应力。采动底板最大与最小主应力差值在不同深度呈现不同分布特征,但总体均增大,且集中在采空区前后煤壁附近。

关键词：底板突水采动应力状态应力路径突水判据

侧部承压溶洞与深埋隧道间隔水岩体安全厚度研究

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长江科学院院报 2024年第5期41卷 162-170页

作者：乔栋磊李文杰安艳军梁斌河南科技大学土木建筑学院河南洛阳471000 中铁十五局集团第五工程有限公司天津300133

为保证深埋隧道安全通过侧部高压富水溶洞区段,在隧道突水发生机制分析与隔水岩体最小安全厚度划分的基础上,结合突变理论、鲁宾涅特方程及相关工程经验对隧道边墙岩体安全厚度进行研究,导出最小安全厚度计算公式,建立突水判据,分析相... 详细信息

为保证深埋隧道安全通过侧部高压富水溶洞区段,在隧道突水发生机制分析与隔水岩体最小安全厚度划分的基础上,结合突变理论、鲁宾涅特方程及相关工程经验对隧道边墙岩体安全厚度进行研究,导出最小安全厚度计算公式,建立突水判据,分析相关影响因素对隧道边墙隔水岩体最小安全厚度的影响规律。结果表明:隔水岩体最小安全厚度H_(min)与围岩力学参数弹性模量E、内摩擦角φ呈正相关,与溶洞水压力q_(w)、岩梁跨度L及隧道埋深h呈负相关;各因素对H_(min)影响程度由大到小依次为h、φ、E、L与q_(w),其中h与φ影响程度相近,E在超过3 GPa的情况下H_(min)变化趋于平缓,E的影响程度与L相近;结合有限元模拟结果和工程实例分析,验证了H_(min)理论计算公式及突水判据的准确性与可行性,对相关工程建设具有指导意义。

关键词：深埋岩溶隧道富水溶洞最小安全厚度突变理论突水判据