【摘 要】
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目前,矿井突水灾害作为严重影响煤矿安全高效生产与开采的重大灾害之一,造成的人员伤亡和直接经济损失位居各类地质灾害前列。为研究导水裂隙带内破碎岩体渗流致灾机理,本文
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目前,矿井突水灾害作为严重影响煤矿安全高效生产与开采的重大灾害之一,造成的人员伤亡和直接经济损失位居各类地质灾害前列。为研究导水裂隙带内破碎岩体渗流致灾机理,本文以彬长矿区文家坡煤矿为研究区,从导水裂隙带内破碎岩体的发育特征研究入手,运用相似材料模拟实验、破碎岩体的渗流试验和破碎岩体数值分析模拟等技术手段,对导水裂隙带内的变质量破碎岩体非线性渗透特征进行了系统的研究和分析,取得了如下成果:(1)基于文家坡煤矿地质调查的基础资料,通过相似材料模拟实验装置,建立了文家坡煤矿4103工作面地层岩性模型,模拟了导水裂隙带及带内破碎岩体随着工作面开采时的发育特征,得到了导水裂隙带最终的发育高度为150m、导水裂隙带内破碎岩体发育形态呈现近似等腰梯形以及带内所波及岩层岩性为细粒砂岩、泥岩以及粗粒砂岩。(2)依据对导水裂隙带内破碎岩体岩性的概化结果制备了导水裂隙带内破碎岩体的试样,采用DDL-600电子万能试验机及渗透系统开展了导水裂隙带内破碎岩体渗流试验,得到了导水裂隙带内破碎岩体的孔隙率、渗透率、渗流速度、孔压梯度、非Darcy流β因子等破碎岩体渗透参数的变化规律,得到了孔压梯度与渗流速度之间服从于Forchheimer非线性关系。(3)借助COMSOL Multiphysics和PFC3D数值模拟分析软件,从宏观和微观两个方面对导水裂隙带内破碎岩体渗流特征进行了深入研究。依据其孔隙率和质量流失时变规律可将导水裂隙带内破碎岩体渗流阶段划分为渗流初始阶段、渗流快速增大阶段和渗流趋于稳定阶段。采用破碎岩体流失质量系数C值来判定其渗流阶段的起止,渗透压力与渗流快速增大阶段时长之间呈现正相关关系。本论文有图160幅,表12个,参考文献57篇。
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