采动煤层底板岩体阻水能力的结构效应研究

合理评价采动底板岩体阻水能力是底板水害防治的基础和关键，采动底板阻水能力受岩体结构控制和影响，但相关研究尚未见系统的成果报道。本研究从基础地质出发，以岩体工程地质力学和岩体结构力学为理论指导，系统分析研究矿区煤系赋存特征、底板岩层组合条件以及底板突水案例的基础上，建立底板工程地质模型；通过原位测试和相似材料试验研究煤层底板采动效应的岩层组合结构和地质构造控制特征。在现有三维流固耦合模拟系统的基础上，二次开发渗流-应力-损伤耦合模拟系统，建立不同结构类型煤层底板流固耦合模型，通过模拟煤层开采诱发的底板突水过程，系统研究不同岩体结构对底板采动效应的影响机理及规律，总结提出底板采动效应的岩体结构控制作用，揭示底板采动变形破坏的分带性特征。据此，提出底板岩体阻水能力评价指标和充分考虑底板岩体结构特征、采动效应和反映水岩耦合作用特点的评价新方法，为煤矿带压开采及底板突水防治提供科学依据。

本研究在充分收集淮北矿区及皖北矿区勘探资料基础上，建立了多种煤层底板工程地质模型。充分发挥数值模拟技术的优势，采用FLAC3D、COMSOL、RFPA等系统对煤层开采诱发的底板突水过程进行了系统研究，系统分析不同岩体结构对底板采动效应的影响机理及规律，揭示底板采动变形破坏的分带性特征，得出以下结论：.地应力在采后发生了变化，由采前的直线型分布变化为采后的曲线特征；工作面的宽度对底板的破坏有明显的影响，但并不是随工作面的增加而无限地增加；底板厚度无疑对底板的阻水能力有明显的影响；底板水压力对底板的破坏有一定的影响，随着水压力的增高，底板破坏深度也随之加大； .工作面的推进对底板的破坏也是一个重要影响因素，随工作面的推进底板破坏深度逐渐增加。但当周期来压后，底板的破坏就不再发生明显的变化；具有断层切割的底板，受采动效应影响，底板的破坏深度较正常地段大。通过煤层底板阻水原理分析，根据水压致裂原理，提出了新的指标：阻水强度。为煤矿突水预测与防治提供了一种新的途径。通过在选取采区不同岩体结构底板地段进行了现场阻水强度试验，得出了不同区段不同岩层的平均阻水强度，为底板岩层阻水能力评价提供了可靠参数。对矿区三水平六煤底板岩层的阻水能力进行了综合评价，预测该区无突水危险性，可以进行带压开采。采区正在安全回采，说明本次研究所采用的方法是有可行的，所得的参数和预测是可靠的。.由于底板突水机理复杂，影响因素较多，具体应用上述参数评价时，应根据实际条件进行。建议加强工作面底板构造探测，做到有疑必探，先探后掘，以防为主，防治结合，并在煤炭回采过程中加强对底板的实时监测，做到防患于未然，确保煤炭开采的安全性。