【摘 要】
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随着开采深度的增加,煤层底板下伏高承压含水层引起的底板突水事故是制约煤炭资源开采的一大问题,且底板突水的发生大多与断层构造带有直接关系。本文以兖州矿区杨村煤矿十采区开采的太原组下组煤16上煤层为研究背景,以巷道揭露的典型逆断层10605F5为主要研究对象,通过微观测试分析、原位压渗测试、室内模型试验和数值模拟计算等方法对断层裂隙带在压力水流作用下的渗流特性进行了研究,主要研究成果如下:（1）通过统
【基金项目】
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江苏省研究生培养创新工程研究生科研与实践创新计划：下组煤采动破坏特征及底板突水危险性研究（KYCX21＿2315）； 中国矿业大学研究生创新计划项目（2021WLJCRCZL005）；
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随着开采深度的增加,煤层底板下伏高承压含水层引起的底板突水事故是制约煤炭资源开采的一大问题,且底板突水的发生大多与断层构造带有直接关系。本文以兖州矿区杨村煤矿十采区开采的太原组下组煤16上煤层为研究背景,以巷道揭露的典型逆断层10605F5为主要研究对象,通过微观测试分析、原位压渗测试、室内模型试验和数值模拟计算等方法对断层裂隙带在压力水流作用下的渗流特性进行了研究,主要研究成果如下:（1）通过统计分析井田内十三-十四灰和奥灰的钻孔抽水试验结果、水文孔观测数据和采掘揭露资料,确定了影响杨村煤矿16上煤层带压开采底板主要充水含水层为十三-十四灰和奥灰两个含水层。分析了近三年这两个含水层的水动态变化特征,并依据钻孔资料绘制了矿井和十采区范围内两个含水层实测的水压等值线图。（2）通过对断层裂隙带原位压渗试验获得了不同压渗条件下起始导渗水压和稳态渗流水压的量化参数,将原位压渗试验过程分为未导渗阶段、裂隙渗流扩展阶段和稳态渗流三个阶段。多次的重复压渗导致了测试段岩体明显的渗透破坏,使其渗透性能进一步增强,经过多次重复压渗后渗透系数值最大增长10.1倍;基于水力压裂的技术原理,对测试段岩体阻渗强度进行量化,在10603工作面和10605工作面内获取临界抗渗强度平均值分别为0.148 MPa/m和0.335 MPa/m。结合安全带压系数法判定,认为该煤层回采不受底板奥陶系灰岩含水层的威胁。（3）对现场试验时获取的断层带岩样磨制铸体薄片进行镜下观察分析,发现断层破碎带内主要以黏土类矿物为主,且断层带岩体内部的原生裂隙较断层带上下两盘岩体内的裂隙相比发育明显,数量和宽度均较大。制备了三种断层相似材料进行渗透性试验,三种断层裂隙带相似材料在高水压条件下表现出了不同的渗流特征,粗骨料占比最大的3号相似材料表现出的阻渗性能最差,其水砂突出物质量与粗骨料占比最小的1号相似材料相比相差了4倍。在模拟断层裂隙带中发现了优势渗流通道,相似材料中的细颗粒被高压水流带走,孔隙率明显增大。（4）依据钻孔资料划分了16上煤顶底板地层的工程地质岩组类型,建立了1:1尺度的数值仿真计算模型,研究了三种不同断层带胶结情况下模拟煤层回采对断层带渗透特征的影响。在断层胶结程度差的工况3条件下,在煤层采空区距离断层＜60 m时,近断层的一侧顶底板塑性破坏范围较远断层一侧明显增大,并越过断层向断层上盘延伸,且断层胶结程度对塑性区范围的影响较大;通过岩样分析认为10605F5逆断层的条件与断层胶结情况好的工况1条件相符,仿真模拟结果表明靠近断层的采煤工作面停采线处底板破坏深度为22 m,较远离断层的采煤工作面开切眼处正常地层的底板破坏深度14 m增大了1.6倍。采动引起的塑性破坏使得断层中裂隙扩展,底板承压含水层沿断层构造导升,断层胶结程度越差,导升高度越大,同一高度处的水压力也越大。该论文有图60幅,表14个,参考文献128篇。
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