邢东矿采煤工作面底板突水规律研究
煤炭是中国经济和社会发展的重要能源基础。随着开采深度的增加和开采条件的劣化，采煤工作面底板突水问题愈加严重，因此研究底板突水的发生和发展规律具有重要意义。本文首先根据底板突水的工程实际，将底板完整岩层简化为弹塑性薄板并运用薄板弯曲的最小位能原理分析了煤层开采底板岩层应力分布特征，及完整底板突水破坏规律。以邢东矿某工作面为工程背景进行相似材料模拟试验，由地质资料分析结果确定实际岩层岩性参数;根据相似原理并结合试验台尺寸确定几何、时间和应力比尺并堆筑模型。自主设计底板加压装置模拟承压水作用，通过位移测点和压力盒的实时监测数据分析得出底板变形破坏和采场压力变化规律。采用数值模拟方法研究煤层开采过程中底板的垂向位移、应力以及塑性区分布特征，并与力学模型分析和相似材料模拟的研究结果比较，得出采煤工作面底板突水规律并据此提出具体的突水防治措施。本文主要取得了如下成果: (1)将底板完整岩层简化为四边固支的矩形薄板，分析得出薄板固支边的中点处弯矩最大，也就是底板岩层最容易在工作面中部破断，并通过弹性理论得出底板岩层能承受的极限水压力，且其与隔水带的厚度、工作面的尺寸及岩层的抗剪强度、泊松比等物理力学性质有关; (2)煤层开采后煤壁前方出现应力集中，应力集中程度随底板深度增加而减小。采空区发生底臌，底臌变形曲线随着深度增加由“高瘦型”向“矮胖型”转化，同时底板产生离层; (3)底板岩层变形在水平方向上可分为采前压缩段、卸压底臌段和压缩稳定段。底板应力经历“原岩应力—应力集中—应力释放—逐渐压实—恢复原岩应力”的变化过程; (4)煤壁两侧底板岩层易发生剪切破坏而使有效隔水层厚度减小。煤层开采初期最大底臌、底板最大弯矩和竖向裂纹均出现在采空区中央区域，随着开采距离的增加逐渐向采空区中央偏后方向移动，此处为底板突水危险区; (5)结合研究结果针对该工作面实际情况提出了采用条带充填开采方法防治底板突水，并通过理论分析和数值模拟验证了该措施的可行性。
采煤工作面;底板突水;变形破坏;压力变化
辽宁工程技术大学
硕士
工程力学
邰英楼;海龙
2017
中文
TD742.1
75
2018-12-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）