动态应力场与渗透性耦合环境下煤层底板隐伏陷落柱滞后突水机理与应用研究

以分析隐伏陷落柱为切入点，通过对预测区地应力的测量，研究采动条件下地应力随采矿活动的变化规律以及动态条件下应力场与渗透性的耦合关系，通过陷落柱物质流变试验与底板岩石三轴伺服渗透性试验，研究底板岩层的变形破坏规律以及岩层渗透性的变化规律，分析采动条件下突水通道的形成与力学机制、断裂地质力学作用过程、变形破坏特征、岩层破坏过程与破坏方式及其与突水的时间关系，确定陷落柱滞后突水的时间效应，结合工程实例进行变参数正反演数值仿真模拟，建立和完善陷落柱滞后突水理论，提出底板隐伏陷落柱滞后突水评价指标，形成我国高地应力条件下受隐伏陷落柱影响的深部矿井开采以及老矿区向深部挖潜的安全开采新模式。

为了解决煤层底板岩溶陷落柱滞后突水机理和评价预测难题，从岩溶陷落柱内部结构及岩溶陷落柱分类入手，提出了典型岩溶陷落柱内部结构主要由堆石段、泥石浆段、岩块碎屑段和柱壁裂隙段等4部分组成的概化模型；根据采掘工程与岩溶陷落柱的空间位置关系，构建了弹性岩梁（板）、组合岩梁、层状煤岩体、岩墙和小断层导通5类岩样陷落柱突水模式，并研究了不同模式的突水工程判据；针对岩溶陷落柱滞后突水现场几乎无法实测的特点，应用室内相似材料物理模拟原理，以冀中能源集团东庞矿X7陷落柱发生突水事故的2903工作面为原型，建立了有针对性的大型相似材料地质力学物理模拟试验模型；在此基础上，应用流固耦合数值仿真模拟理论与方法，揭示了采掘扰动条件下应力场与渗流场共同作用下陷落柱滞后突水机理和采掘工作面的应力、位移分布规律以及承压水的导升规律；最后，运用模糊综合评价法，对岩溶陷落柱突水危险性进行了评价。