双柳煤矿陷落柱发育特征及突水机理研究
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摘要
陷落柱突水已经成为危害矿井安全的重大灾害之一,因此开展陷落柱发育特征和突水机理对于保证矿井安全生产、优化工作面设计、提高煤炭资源回收率具有重要意义。论文以水文地质条件分析、现场观测和测试、实验室试验、数值模拟为基础,采用材料力学、弹性力学和分形理论等方法,较全面的研究了双柳煤矿陷落柱发育特征和陷落柱突水机理。分析总结双柳煤矿陷落柱分布规律和出现的前兆信息,得出了陷落柱物探特征,采用钻孔窥视仪对陷落柱内部结构进行了观测、采用回弹仪和实验室试验对内部垮落物的物理力学参数进行了测试；研制了陷落柱突水试验平台,进行了陷落柱突水试验,得出了陷落柱突水的若干规律；建立了三维固流耦合数学模型,得出了不同水压条件下采动影响下陷落柱围岩渗流场、应力场和塑性破坏区的分布情况；建立了陷落柱顶端突水的尖点突变模型,得出了陷落柱顶端发生突水的充要条件表达式,并根据模型对陷落柱顶端突水的机理进行了分析,总结影响了陷落柱发生突水的主要因素；建立了双柳煤矿陷落柱突水防治综合技术。论文研究成果已经双柳煤矿进行了广发应用,取得了显著的经济效益。
Water inrush from Karst collapse column has been one of the big disasters that endanger the security of the mining production, so carry out research development characteristic of Karst collapse column and water inrush mechanism that has important significance in mine safety production, optimizing face designs and improving coal recovery rate. Based on the analysis of hydro geological conditions, field observation and test, laboratory experiment, numerical simulation, the thesis adopts theories of material mechanics, elastic mechanics, fractal theory and so on, applies these methods to study comprehensively development characteristic of Karst collapse column and water inrush mechanism in Shuangliu Mine. Analysis and summary are made regarding to precursory information and distribution law of Karst collapse column in Shuangliu Mine, which obtain geophysical characteristics of Karst collapse column, using borehole peeping instrument to observe internal structure of Karst collapse column, using rebound hammer and laboratory experiment to test physical and mechanical parameters of internal collapse materal. Through developing water inrush experiment platform of Karst collapse column, obtain some mechanisms by water inrush experiment. The thesis establishes mathematical model of3D solid-fluid coupling that obtain distribution of seepage field, stress field, plastic failure zone in different water pressure condition and mining influence. And it also establishes the cusp catastrophe model of apex water inrush that obtain expressions for necessary and sufficient condition. Furthermore, according to model mechanism about apex water inrush is analyzed, concluding the main factors influencing water inrush happen, then establish the integrated control techniques of water inrush from Karst collapse column in Shuangliu Mine. The research results was used in Shuangliu Mine, which has achieved remarkable economic benefit.
Water inrush from Karst collapse column has been one of the big disasters that endanger the security of the mining production, so carry out research development characteristic of Karst collapse column and water inrush mechanism that has important significance in mine safety production, optimizing face designs and improving coal recovery rate. Based on the analysis of hydro geological conditions, field observation and test, laboratory experiment, numerical simulation, the thesis adopts theories of material mechanics, elastic mechanics, fractal theory and so on, applies these methods to study comprehensively development characteristic of Karst collapse column and water inrush mechanism in Shuangliu Mine. Analysis and summary are made regarding to precursory information and distribution law of Karst collapse column in Shuangliu Mine, which obtain geophysical characteristics of Karst collapse column, using borehole peeping instrument to observe internal structure of Karst collapse column, using rebound hammer and laboratory experiment to test physical and mechanical parameters of internal collapse materal. Through developing water inrush experiment platform of Karst collapse column, obtain some mechanisms by water inrush experiment. The thesis establishes mathematical model of3D solid-fluid coupling that obtain distribution of seepage field, stress field, plastic failure zone in different water pressure condition and mining influence. And it also establishes the cusp catastrophe model of apex water inrush that obtain expressions for necessary and sufficient condition. Furthermore, according to model mechanism about apex water inrush is analyzed, concluding the main factors influencing water inrush happen, then establish the integrated control techniques of water inrush from Karst collapse column in Shuangliu Mine. The research results was used in Shuangliu Mine, which has achieved remarkable economic benefit.
引文
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