岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (2): 624-634.doi: 10.16285/j.rsm.2019.0581

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

承压水上开采倾斜底板破坏特征 与突水危险性分析

宋文成1, 2，梁正召1, 2   

  1. 1. 大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁 大连 116024；2. 大连理工大学 岩石破裂与失稳研究中心，辽宁 大连 116024
  • 收稿日期:2019-03-27 修回日期:2019-05-17 出版日期:2020-02-11 发布日期:2020-02-12
  • 通讯作者: 梁正召，男，1977年生，博士，教授，主要从事岩石破裂力学模拟方面的研究。E-mail：LiangZZ@dlut.edu.cn E-mail:dgswc@mail.dlut.edu.cn
  • 作者简介:宋文成，男，1990年生，博士研究生，主要从事矿井防治水方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金（No. 51779031）；国家重点研发计划（No. 2016YFB0201000）。

Investigation on failure characteristics and water inrush risk of inclined floor mining above confined aquifer

SONG Wen-cheng1, 2, LIANG Zheng-zhao1, 2   

  1. 1. State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning 116024, China; 2. Center of Rock Instability and Seismicity Research, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning 116024, China
  • Received:2019-03-27 Revised:2019-05-17 Online:2020-02-11 Published:2020-02-12
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51779031) and the National Key R&D Program of China (2016YFB0201000).

PDF (Chinese)

203

摘要： 我国煤炭资源的开采受水害威胁严重。为了研究承压水上煤层开采倾斜底板破坏特征，分析底板突水危险性，基于FLAC3D软件模拟研究倾斜底板开采破坏形态和突水通道形成过程，利用双端封堵测漏装置进行底板深度破坏特征原位测试，并建立倾斜底板隔水关键层理论力学模型，探讨采空区岩石垮落、重新压实和非均匀分布承压水等协同作用对倾斜隔水关键层稳定性的影响。研究表明：（1）采后倾斜底板形成明显的三带破坏特征，塑性破坏区的分布非对称性特征明显，沿工作面走向底板近似勺形破坏形态，沿工作面倾向具有上小下大的倒马鞍形剪切破坏特征，且数值模拟的最大破坏深度为16.71 m，与现场实测倾斜底板法向的破坏深度15.49 m大致相当；（2）理论计算倾斜底板隔水关键层的预先破坏并不是发生在其边界中部，而是分别从经过最大挠度点的曲线与右侧边界、下端部边界的法向相交处起裂，并沿边界相互贯通，逐渐扩展至整个隔水层内部区域；（3）计算得到倾斜隔水关键层的易突水部位分别为A、B和C且突水危险性R(B)＞R(A)＞R(C)，这与模拟得到的倾斜底板突水通道的形成部位和数量、形成顺序及突水危险程度均较吻合。该研究成果可为带压开采下倾斜底板突水的评价及安全治理提供一定的理论指导和参考。

关键词: 采矿工程, 倾斜底板, 破坏特征, 突水危险性, 理论分析

Abstract: The exploitation of coal resources in China is seriously threatened by water hazards. A coupled hydromechanical modeling of mining above a confined aquifer with FLAC3D was carried out to numerically investigate the fractured behavior of inclined floor and water outburst risk. Based on the double-end plugging leak detection device, the in-situ testing of mining-induced damage depth was implemented. Furthermore, the mechanical model of inclined water-resisting key strata was constructed to theoretically calculate the stability of inclined floor under the synergistic action of the roof caving rock mass, floor mining-disturbed rock mass and non-uniformly distributed confined aquifer. Results show that obvious three-zone failure characteristics in an asymmetric state are formed in the inclined floor after excavation. The mining failure zones along the strike and inclination are approximately spoon-shaped and upper small and lower large inverted saddle-shaped, respectively, and the maximum failure depth of numerical simulation with 16.71 m is approximately equivalent to the measured result of 15.49 m. The theoretical calculation shows that the pre-failures of inclined water-resisting key strata are not located in the middle of its boundary, but occur near the normal intersection points between the curves passing through the maximum deflection position and the right or lower boundary. The pre-failure areas may intersect with each other along the boundary, and gradually extend to the whole inner region of the aquifer. The water inrush location and risk of inclined water-resisting key strata calculated by the theoretical model are in good agreement with that of numerical simulation. The research results in this paper can provide some theoretical guidance and reference for the evaluation and safety control of floor water inrush under mining with pressure.

Key words: mining engineering, inclined floor strata, fractured characteristics, risk of water outburst, theoretical analysis

中图分类号: 

  • TD 32
[1] 杨括宇, 陈从新, 夏开宗, 宋许根, 张伟, 张褚强, 王田龙. 崩落法开采金属矿巷道围岩破坏机制的断层效应[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 279-289.
[2] 卞康, 陈彦安, 刘建, 崔德山, 李一冉, 梁文迪, 韩啸. 不同吸水时间下页岩卸荷破坏特征的 颗粒离散元研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 355-367.
[3] 吝曼卿, 张兰, 刘夕奇, 夏元友, 张电吉, 彭亚利, . 梯度应力作用下模型试件的岩爆破坏细观分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(9): 2984-2992.
[4] 毛家骅, 袁大军, 杨将晓, 张兵, . 砂土地层泥水盾构开挖面孔隙变化特征理论研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2283-2292.
[5] 王飞飞, 任青阳, 邹平, 虎万杰, 马增, 刘正宇, 陈斌, . 查干敖包铁锌矿地表塌陷形成机制 与发展机制研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(11): 3757-3768.
[6] 郑坤, 孟庆山, 汪稔, 余克服, . 珊瑚骨架灰岩三轴压缩声发射特性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 205-213.
[7] 张传庆, 刘振江, 张春生, 周辉, 高阳, 侯靖, . 隐晶质玄武岩破裂演化及破坏特征试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2487-2496.
[8] 王 岗, 潘一山, 肖晓春, . 单轴加载煤体破坏特征与电荷规律研究及应用[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1823-1831.
[9] 朱斯陶, 姜福兴, 朱海洲, 张俊杰, 连鸿全, 韩国庆, . 高应力区掘进工作面冲击地压事故发生机制研究[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 337-343.
[10] 马 凯，尹立明，陈军涛，陈 明，王自起，崔博强,. 深部开采底板隔水关键层受局部高承压水作用破坏理论分析[J]. , 2018, 39(9): 3213-3222.
[11] 黄琪嵩，程久龙, . 软硬互层岩体采场底板的应力分布及破坏特征研究[J]. , 2017, 38(S1): 36-42.
[12] 周立朵，孔纲强，彭怀风，顾红伟，朱 希，. 倾斜荷载下群桩承载特性理论分析[J]. , 2017, 38(9): 2647-2654.
[13] 张东明，郑彬彬，张先萌，齐消寒，白 鑫, . 含瓦斯砂岩卸围压变形特征与渗透规律试验研究[J]. , 2017, 38(12): 3475-3483.
[14] 宋磊博，江 权，李元辉，杨成祥，刘 畅，杨 冰，李邵军，. 软-硬自然节理的改进JRC-JCS剪切强度公式[J]. , 2017, 38(10): 2789-2798.
[15] 夏开宗，陈从新，刘秀敏，宋许根，蒋玄苇，周意超, . 石膏矿矿柱-护顶层支撑体系的流变力学模型分析[J]. , 2017, 38(10): 2923-2930.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
[1] 李秀珍，王成华，邓宏艳. DDA法和Fisher判别法在潜在滑坡判识中的应用比较[J]. , 2011, 32(1): 186 -192 .
[2] 孔祥兴，夏才初，仇玉良，张丽英，龚建伍. 平行小净距盾构与CRD法黄土地铁隧道施工力学研究[J]. , 2011, 32(2): 516 -524 .
[3] 王振红，朱岳明，武圈怀，张宇惠. 混凝土热学参数试验与反分析研究[J]. , 2009, 30(6): 1821 -1825 .
[4] 江学良 ，杨 慧 ，曹 平. 基于SURPAC模型的采空区与露采边坡相互影响的FLAC3D分析[J]. , 2011, 32(4): 1234 -1240 .
[5] 陈力华 ，林 志 ，李星平. 公路隧道中系统锚杆的功效研究[J]. , 2011, 32(6): 1843 -1848 .
[6] 郑 刚 张立明 刁 钰. 开挖条件下坑底工程桩工作性状及沉降计算分析[J]. , 2011, 32(10): 3089 -3096 .
[7] 赵明华，雷 勇，张 锐. 岩溶区桩基冲切破坏模式及安全厚度研究[J]. , 2012, 33(2): 524 -530 .
[8] 王 宇 ，贾志刚 ，李 晓 ，汪 灿 ，余宏明 . 边坡模糊随机可靠性分析的模糊点估计法[J]. , 2012, 33(6): 1795 -1800 .
[9] 谭忠盛 ，李 健 ，卓 越 ，张 鹏 . 无纺布对海底隧道衬砌防水作用的试验研究[J]. , 2012, 33(7): 1927 -1932 .
[10] 魏 纲 ，洪 杰 ，魏新江 . 双圆盾构隧道施工对平行既有隧道的影响分析[J]. , 2012, 33(S2): 98 -104 .
版权所有 © 《岩土力学》编辑部
地址：湖北武汉武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所(430071)　邮编：200042　电话：027-87198484, 87199252, 87199253, 87198752　E-mail: ytlx@whrsm.ac.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发