采場(chǎng)底板破壞特征及穩(wěn)定性理論分析與試驗(yàn)研究

摘要：為了研究承壓水體上煤層開(kāi)采后底板巖體的破斷特征和突水危險(xiǎn)性,基于彈性力學(xué)理論,分別構(gòu)建周期來(lái)壓時(shí)采場(chǎng)底板力學(xué)計(jì)算模型和隔水關(guān)鍵層穩(wěn)定性分析模型,理論計(jì)算采后底板縱向破壞形態(tài)和橫向突水危險(xiǎn)區(qū)域;采用有限差分流–固耦合模擬方法驗(yàn)證承壓水上開(kāi)采底板損傷范圍及滲流趨勢(shì);開(kāi)展底板突水相似模擬試驗(yàn)揭示底板巖體破裂和滲流變化特征。研究表明:(1)理論計(jì)算采后底板沿著工作面走向和傾向分別呈"勺形"和"倒馬鞍形"破壞形態(tài),在采空區(qū)與煤體交界附近底板的破壞深度最大,與模擬得到的底板破壞范圍大致相當(dāng)。(2)底板隔水層的理論突水部位分別位于靠近工作面煤壁側(cè)的區(qū)域A、煤壁后方采空區(qū)50m處的區(qū)域(B)及采空區(qū)傾向兩邊界區(qū)域(C),(D),但在靠近煤壁側(cè)的區(qū)域(A)的中心位置的突水風(fēng)險(xiǎn)最高,這與試驗(yàn)觀察到的"孔隙水主要經(jīng)工作面煤壁斜下方底板滲透入采空區(qū)底部裂隙巖體"及模擬的"承壓水沿采空區(qū)邊界兩側(cè)的底板巖體涌入"等現(xiàn)象均較為吻合。(3)試驗(yàn)觀察到在工作面和開(kāi)切眼附近的淺部底板中剪切、豎向裂隙較發(fā)育,而采空區(qū)下方巖體出現(xiàn)層向裂隙,且最大損傷深度為12.8 m,略小于理論計(jì)算和數(shù)值模擬結(jié)果13和15.875 m。研究結(jié)果揭示了采場(chǎng)底板易發(fā)突水部位及突水風(fēng)險(xiǎn),可為礦井底板突水治理提供一定的理論依據(jù)和參考價(jià)值。