承压水煤层底板突水的数值试验分析.pdfVIP

东北大学硕士论文 摘要 承压水煤层底板突水的数值试验研究 摘要 煤层采掘工程中的突水过程是一个复杂的非平衡、非线性的演化过程。底 板突水过程实际上是高应力场中，水压驱动下岩层裂纹萌生、扩展、贯通，直 到最后断裂导致失稳破裂的过程。由于岩石材料的非均匀性、地质条件的复杂 性、旋工过程的不确定性，理论上很难对突水过程作出准确的描述。目前更多 的工作停留在应力状态和底板破坏判据的研究上，对突水过程的理论研究工作 并不多见。而且，多年的实践证明，底板突水不是单纯的水文学问题、也不是 单纯的岩体力学问题，而是在人为采掘活动的诱发下，围岩岩性、结构(断层 和裂隙)和地质环境(区域构造场、渗流场、温度场等)综合作用的结果； 另外，由于试验设备、测试手段的局限性，还不能对底板岩层破裂过程细观层 次结构变化进行全场测量，特别是不能对高应力下岩体破裂过程、流体渗流路 径进行精确观测。因此。本文着重从岩石的细观力学角度，充分考虑流固耦合 效应，利用数值试验方法，同时结合工程实践，对采掘工程的突水过程进行数 值模拟分析，研究突水过程中岩体破裂过程机制。 本文主要开展了如下几个方面的工作： 1，在已有工作基础上，对岩石破裂过程分析(RFPA)系统进行了系统功 能完善。改进了渗流计算中模型的边界条件、破坏单元处理方法，使系 统能够根据具体计算情况实行自适应调整。 2．为揭示孔隙压力在岩体裂纹萌生、扩展过程中的作用效果，对Bridgman 相应的理论分析。 3．作为基础理论研究，进行数值试验对孔隙压力梯度对岩石破坏过程的影 响机制进行了模拟分析，并且数值试验结果与物理实验结果表现出了较 好的一致性。 4．根据突水过程的特点，将开挖工程岩体介质概化为具有开挖孔洞的分层 有相似力学性质的各向异性的非线性空间体，并且考虑了岩石的非线性 特征，建立了采掘过程突水的数值模型。利用RFPA20系统模拟了采掘 一II 东北大学硕士论文 摘要 下底板突水的动态发展过程，分析了底板突水的机理，对底板的易发生 突水部位进行了预测。突水部位和实际观测到的结果基本吻合。根据数 值模拟结果，分析了随着采动工作面的推进，底板岩层的破断过程与特 征，上、下岩层的来压特点，采场空间的渗透特性变化，通过和工程实 例分析结果比较，RFPA”系统模拟特别直观地了采掘过程中底板岩层 裂隙发展、贯通破坏以及整个底板突水的动态发展过程。 关键词 底板突水 岩层破坏 数值试验 非均匀-眭 破裂过程 孔隙压力 RFP矿系统 应力分布 ——Ill 东北大学硕士论文 ABSTRACT TestandResearchFailureProcessofCoal Numericai on FloorinConfined Aquifer Abstract floor Inthe ofcoal waterinrushin isa and projects mining，the complexnonequilibrium evolution water infloorisa nonlinear