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本文围绕采动裂隙岩体应力恢复规律及其对裂隙岩体渗透性演化作用机理这一科学问题展开研究。通过模型试验、理论分析对采动裂隙岩体的应力恢复规律进行了研究,指出采空区应力恢复的复杂性及不均性特征、推导了应力恢复范围计算公式;归纳分析了采动裂隙岩体的断裂破坏特征,结合模型试验与已有实测结果得出采动断裂带内裂隙率(或体积碎胀系数)服从对数函数分布规律,建立了采动断裂岩体的简化裂隙模型;现场对采动裂隙后期演化进行观测,对其演化机理进行了理论分析;设计研制了一套侧向约束轴向加载的裂隙试块渗透系统,该系统可测试应力恢复作用下裂隙试块的渗流量变化;最后结合太平煤矿突水实例,对应力恢复作用下采动突水过程中涌水量变化规律进行分析。主要成果如下:(1)推导了采空区应力恢复规律计算模型。根据开采煤壁周围应力分布特征,由超前支承应力增量对采空区应力恢复距离反演计算,结合开采实例计算得出,煤壁前方支承应力弹性区范围的计算方法不合理造成应力恢复距离偏小。(2)采空区内部结构不均,导致应力恢复不均一。模型试验研究表明,各测点应力恢复系数不均一,说明采空区存在内部结构特征,增大采厚将加剧垮落岩体破碎程度、降低采空区内应力恢复的不均匀性。(3)采动裂隙岩体断裂带体积碎胀系数(或裂隙率)符合负对数分布规律。采动裂隙岩体随距煤层距离的增加扰动破坏程度降低,实测及模型试验结果表明,采动裂隙岩体断裂带体积碎胀系数随距煤层距离的增加呈负对数函数关系减小。(4)建立了采动裂隙岩体裂隙介质模型。基于采动裂隙岩体断裂带体积碎胀系数对数函数分布规律,首先根据Blake-Kozeny方程式建立了渗透性等价的孔隙介质模型,并通过渗流量对等关系将其转换为简化的裂隙介质模型。(5)采空应力增大(即应力恢复)对采动裂隙岩体渗透性有显著降低作用,采动裂隙岩体上部开度较小的裂隙在应力恢复作用下失去导水性能。采用现场彩色钻孔电视、取芯RQD、泥浆液漏失量等方法观测煤层开采15年后裂隙岩体的演化,结果表明采动裂隙岩体的导水裂缝带最大高度较开采初期降低约40%;模型试验研究表明在应力恢复过程中,采动断裂带内的面裂隙率降低近40%;采用裂隙介质模型对应力恢复过程中裂隙闭合规律研究发现,应力完全恢复后采动裂隙带内导水裂隙最大高度降低约10%,表明应力恢复对采动裂隙导水裂缝带高度有着抑制降低的作用,后期裂隙岩体的遇水软化、长期蠕变等会促进裂隙岩体的进一步闭合。(6)修正采动裂隙岩体下煤层开采(或残煤复采)再次扰动破坏高度计算公式。考虑到应力恢复对采动裂隙岩体导水裂缝带高度有减小的作用,对采动裂隙岩体再次扰动破坏高度进行修正,为合理的留设下分层的开采防水(砂)煤柱提供科学依据。(7)设计研制了侧向约束轴向加载立方体裂隙试块渗透系统。为了进一步分析裂隙开度、倾角对应力恢复裂隙闭合过程的影响,设计研制了一套侧向约束轴向加载大流量、高渗透压差渗透系统。渗透系统可提供最高0.62MPa的渗透压差、渗透量最大可达1000ml/s,轴向荷载最大可达1000kN。不同开度、倾角的裂隙试块在侧向约束轴向加载过程中渗透结果表明:高渗透压差作用下,开度较大的裂隙处于紊流流态,渗流流量可采用洛米捷紊流公式计算,该阶段渗流流量与轴向荷载的关系不符合负指数函数关系,而呈2次多项式关系;当轴压加载到一定程度,裂隙开度逐渐减小到一定程度裂隙流由紊流转变为层流流态,渗流流量与轴向荷载呈较好的指数关系;开度越小、与加载方向夹角越小的裂隙在轴向加载过程中越容易闭合。(8)应力恢复对采动裂隙突水涌水量有显著减小作用。结合太平煤矿六采区南03工作面突水实例,基于上述断裂带的裂隙介质模型,对突水位置及应力恢复过程中突水位置裂隙岩体的渗透系数变化规律进行了分析。应力恢复过程中突水区域的计算涌水量与实测涌水量一致。实际验证了采空区裂隙岩体的应力恢复对其裂隙有闭合和减小导水裂缝带高度的作用。