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随着煤矿开采深度及开采强度不断加大,采煤工作面底板受承压水威胁日益严重,突水类型变得更加复杂。大量的统计结果表明,矿井突水绝大多数与断层及陷落柱构造有着直接关系,而隐伏断层更是由于其未知性和难测性时刻威胁着工作面的安全开采。因此,对煤矿底板的富水性探测以及底板隐伏断层突水预测的研究具有非常重要的意义。 论文采用理论分析、数值模拟和物探技术相结合的方法对含隐伏断层底板的应力、破坏以及渗流特征进行了深入的研究,特别是对隐伏断层受采动影响后活化的过程进行了详细的分析,并对隐伏断层突水危险性进行预测。 从断层的特征入手,建立模型,从力学角度深度剖析了断层活化的充分条件和必要条件,揭示了断层突水机理。通过对渗流的基本概念的理解,对孔隙流体和煤岩体的相互作用及流固耦合基本方程的分析,总结出了流固耦合机理。根据“下三带”理论,分析含隐伏断层底板变形破坏与电阻率响应特征,为地球物理探测研究提供理论基础。 利用矿井瞬变电磁法对31112东工作面底板的富水性探测,通过数据处理提供拟二维电阻率剖面图和平面切片图,根据成果图对31112东工作面的富水性强弱进行了分区,并对水文地质条件进行综合评价,通过钻探的方式验证了瞬变电磁物探的准确性,为数值模拟提供依据。 根据富水性探测结果抽象出底板隐伏断层模型,考虑影响底板破坏的因素是多方面的,从水压大小、水压作用方式、富水区相对于工作面的位置及大小方面考虑,利用FLAC-3D软件对31112东工作面底板采动过程中的应力、破坏、渗流特征进行流固耦合数值模拟。通过对隐伏断层附近布置的观测点数据的分析研究,生动呈现了隐伏断层受采动影响后的活化过程。 通过经验公式计算和塑性理论确定了底板破坏深度,并与数值模拟结果进行对比,确定了底板最大破坏深度,通过计算突水系数预测其有突水的危险。针对本含水异常区的特点,采用底板注浆加固技术对底板含水层进行改造,并借助井下瞬变电磁和钻探方法对其效果进行检验,为工作面的顺利回采提供了保障。