礦井采動覆巖涌水潰砂致災機理及防治

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究意義 1
1.2 采動覆巖變形破壞及裂隙發(fā)育特征 3
1.2.1 采動覆巖變形破壞特征 3
1.2.2 采動覆巖裂隙發(fā)育特征 5
1.3 采動覆巖涌水潰砂機理及安全開采 6
1.3.1 采動覆巖涌水潰砂機理 6
1.3.2 受涌水潰砂威脅煤炭的安全開采 7
第2章 覆巖涌水潰砂災害的發(fā)生條件及力學機制 9
2.1 涌水潰砂災害的發(fā)生條件 9
2.1.1 涌水潰砂災害的物源 10
2.1.2 涌水潰砂災害的動力源 11
2.1.3 涌水潰砂災害的通道 14
2.1.4 涌水潰砂災害的容納空間 17
2.2 采場覆巖垮裂力學模型 17
2.3 涌水潰砂發(fā)生條件分析 20
2.3.1 潰砂發(fā)生條件分析 20
2.3.2 涌水潰砂發(fā)生判據(jù) 22
第3章 破碎巖石承壓變形時間相關性試驗研究 25
3.1 不同含水狀態(tài)砂巖力學特性試驗研究 26
3.1.1 試驗設備和試件制備 26
3.1.2 砂巖吸水特征分析 28
3.1.3 不同含水狀態(tài)砂巖巴西劈裂試驗分析 30
3.1.4 不同含水狀態(tài)砂巖單軸壓縮試驗分析 32
3.2 破碎巖石承壓變形試驗設計 35
3.2.1 試驗設備及試驗方案 35
3.2.2 破碎砂巖粒徑級配設計 36
3.2.3 破碎巖石承壓變形應力分布特征 38
3.3 破碎巖石承壓變形試驗研究 41
3.3.1 自然狀態(tài)破碎巖石承壓變形試驗研究 41
3.3.2 飽水狀態(tài)破碎巖石承壓變形試驗研究 46
3.3.3 水對破碎巖石承壓變形特性影響分析 51
3.3.4 破碎巖石變形機制 54
第4章 水砂突涌試驗系統(tǒng)研制及試驗研究 57
4.1 水砂突涌試驗系統(tǒng)研制 57
4.1.1 試驗系統(tǒng)研制背景 57
4.1.2 試驗系統(tǒng)主體結構 57
4.1.3 試驗系統(tǒng)試驗艙 58
4.1.4 試驗系統(tǒng)承壓水艙 59
4.1.5 試驗系統(tǒng)試驗艙底座 60
4.1.6 試驗系統(tǒng)儲能罐 61
4.1.7 試驗控制系統(tǒng) 62
4.2 水砂突涌試驗方案設計 63
4.2.1 試驗步驟 63
4.2.2 試驗材料參數(shù)測定 64
4.3 水砂突涌試驗分析 65
4.3.1 5mm孔徑水砂通道 65
4.3.2 6mm孔徑水砂通道 70
4.3.3 7mm孔徑水砂通道 74
4.3.4 8mm孔徑水砂通道 78
第5章 采動覆巖涌水潰砂災害模擬試驗系統(tǒng)研制及試驗研究 80
5.1 采動覆巖涌水潰砂災害模擬試驗系統(tǒng)研制 80
5.1.1 試驗系統(tǒng)研制背景 80
5.1.2 試驗系統(tǒng)主體結構 80
5.1.3 試驗系統(tǒng)試驗艙 81
5.1.4 試驗系統(tǒng)承壓水艙 82
5.1.5 試驗系統(tǒng)模擬采煤裝置 84
5.1.6 試驗系統(tǒng)多元數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 85
5.2 低強度非親水相似材料配比試驗研究 86
5.2.1 試驗方案設計 86
5.2.2 試驗結果分析 90
5.3 采動覆巖垮裂空間展布形態(tài)探測方法 96
5.4 采動覆巖涌水潰砂災害模擬試驗研究 97
5.4.1 模擬試驗的理論基礎 97
5.4.2 工程背景 100
5.4.3 試驗模型的制作 105
5.4.4 涌水潰砂過程模擬及結果分析 107
5.4.5 涌水潰砂機理分析 112
第6章 采動覆巖涌水潰砂災害防治技術 114
6.1 采動覆巖破壞探測方法及技術 114
6.1.1 基于漏失量監(jiān)測的采動覆巖導水裂隙分布探測 114
6.1.2 基于應力監(jiān)測的采動覆巖導水裂隙帶高度探測 118
6.2 留設防水(砂)安全煤(巖)柱防治涌水潰砂災害 122
6.2.1 防水安全煤(巖)柱留設 122
6.2.2 防砂安全煤(巖)柱留設 123
6.3 條帶法開采防治涌水潰砂災害 124
6.3.1 條帶法開采導水裂隙發(fā)育特征數(shù)值模擬 124
6.3.2 條帶法開采導水裂隙帶發(fā)育特征相似材料模擬 127
6.4 充填法開采防治涌水潰砂災害 129
6.4.1 充填膏體力學性質試驗研究 130
6.4.2 膏體相似材料正交配比試驗研究 149
6.4.3 充填法開采導水裂隙發(fā)育特征數(shù)值模擬 160
6.4.4 充填法開采頂板結構穩(wěn)定性分析 163
6.5 疏水降壓防治涌水潰砂災害 167
6.5.1 疏水降壓技術條件 167
6.5.2 疏水降壓方式 168
6.5.3 疏水降壓工程 168
6.6 注漿防治涌水潰砂災害 169
6.6.1 注漿位置 169
6.6.2 松散含水砂層注漿漿液擴散形式 170
6.6.3 注漿系統(tǒng) 171
6.6.4 注漿孔施工工藝 173
6.6.5 注漿參數(shù)的確定 174
參考文獻 175