断裂带影响范围内煤柱稳定性及突水机理研究

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本论文工程背景为平朔煤炭工业公司安家岭二号矿29213工作而,主采煤层为9#煤层,工作面受断层影响断层倾角75。,断层落差约为70m,延伸850米。由于存在较大断距,断层下盘奥陶系含水层上移,接近上盘煤层。当工作面推进时,受采动影响底板可能与断层贯通形成突水通道,严重威胁采场的安全生产。本文通过对安家岭二号井工矿29213工作面受断层影响工作面正常回采的情况下,采用室内试验、理论分析和数值模拟等方法,对沿断层走向工作面开采的矿压显现基本规律及突水情况进行预测和研究。收集矿区地质水文资料,通过室内的岩石渗透性试验,分析隔水层、含水层顶部岩体和断裂带岩石的渗透性和富水性。根据Mohr-Coulomb强度准则、SMP强度准则和Lade强度准则进行防水煤柱的理论分析,分别建立煤柱留设合理宽度的力学公式,确定安全隔水煤柱宽度范围为30-33m,该公式很好地验证了断层影响下工作面的稳定性。在留设一定宽度煤柱的条件下,采用FLAC-3D数值模拟软件,确立煤柱合理宽度为30米,分析应力场和位移场的变化规律,确定煤壁前方塑性破坏区宽度15米,断层活化位置与最大破坏深度还有15米的安全距离,很好的验证了30米煤柱的合理性。建立底板突水破坏的力学模型,当留设30m煤柱时,计算工作面靠近断层侧的底板破坏深度为18m,远小于高峰应力传播线交点与煤层的距离,所以底板裂隙带与断层还有一定距离,不会形成突水通道,与数值模拟分析结果一致。通过薄板模型分析工作面受采动影响下底板隔水层的极限水压力变化规律,通过理论计算可以求的煤层推进至600米,底板的抵抗极限抗水压力的变化规律,数值不断趋近与1.7MPa左右,根据煤炭工业太原设计研宄院的勘测数据,底板隔水层(本溪组底界)承受最大静水压力Pu,为1.329MPa,可见采场安全,为矿区安全生产提供理论依据。
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