矿井采动覆岩涌水溃砂致灾机理及防治

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作者:
出版社: 科学出版社
2020-06
版次: 31
ISBN: 9787030629616
定价: 118.00
装帧: 其他
字数: 260千字
分类: 工程技术
  • 《矿井采动覆岩涌水溃砂致灾机理及防治》系统介绍了作者在矿井采动覆岩涌水溃砂致灾机理及防治方面的成果。在全面深入调研采动覆岩变形破坏及裂隙发育特征、涌水溃砂机理及安全开采现状的基础上,分析了涌水溃砂灾害的发生条件,构建了采场覆岩垮裂力学模型,建立了考虑水砂耦合作用的涌水溃砂发生的判据;通过自主研发的系列试验系统,分别对大粒径破碎岩石承压变形特性、采动覆岩裂隙水砂运移和突涌特征、采动覆岩涌水溃砂灾害演化特征进行了研究;从减小采动覆岩破坏程度和降低含水砂层初始水头压力两方面,对采动覆岩涌水溃砂灾害防治技术进行了介绍。 目录

    前言

    第1章 绪论 1

    1.1 研究意义 1

    1.2 采动覆岩变形破坏及裂隙发育特征 3

    1.2.1 采动覆岩变形破坏特征 3

    1.2.2 采动覆岩裂隙发育特征 5

    1.3 采动覆岩涌水溃砂机理及安全开采 6

    1.3.1 采动覆岩涌水溃砂机理 6

    1.3.2 受涌水溃砂威胁煤炭的安全开采 7

    第2章 覆岩涌水溃砂灾害的发生条件及力学机制 9

    2.1 涌水溃砂灾害的发生条件 9

    2.1.1 涌水溃砂灾害的物源 10

    2.1.2 涌水溃砂灾害的动力源 11

    2.1.3 涌水溃砂灾害的通道 14

    2.1.4 涌水溃砂灾害的容纳空间 17

    2.2 采场覆岩垮裂力学模型 17

    2.3 涌水溃砂发生条件分析 20

    2.3.1 溃砂发生条件分析 20

    2.3.2 涌水溃砂发生判据 22

    第3章 破碎岩石承压变形时间相关性试验研究 25

    3.1 不同含水状态砂岩力学特性试验研究 26

    3.1.1 试验设备和试件制备 26

    3.1.2 砂岩吸水特征分析 28

    3.1.3 不同含水状态砂岩巴西劈裂试验分析 30

    3.1.4 不同含水状态砂岩单轴压缩试验分析 32

    3.2 破碎岩石承压变形试验设计 35

    3.2.1 试验设备及试验方案 35

    3.2.2 破碎砂岩粒径级配设计 36

    3.2.3 破碎岩石承压变形应力分布特征 38

    3.3 破碎岩石承压变形试验研究 41

    3.3.1 自然状态破碎岩石承压变形试验研究 41

    3.3.2 饱水状态破碎岩石承压变形试验研究 46

    3.3.3 水对破碎岩石承压变形特性影响分析 51

    3.3.4 破碎岩石变形机制 54

    第4章 水砂突涌试验系统研制及试验研究 57

    4.1 水砂突涌试验系统研制 57

    4.1.1 试验系统研制背景 57

    4.1.2 试验系统主体结构 57

    4.1.3 试验系统试验舱 58

    4.1.4 试验系统承压水舱 59

    4.1.5 试验系统试验舱底座 60

    4.1.6 试验系统储能罐 61

    4.1.7 试验控制系统 62

    4.2 水砂突涌试验方案设计 63

    4.2.1 试验步骤 63

    4.2.2 试验材料参数测定 64

    4.3 水砂突涌试验分析 65

    4.3.1 5mm孔径水砂通道 65

    4.3.2 6mm孔径水砂通道 70

    4.3.3 7mm孔径水砂通道 74

    4.3.4 8mm孔径水砂通道 78

    第5章 采动覆岩涌水溃砂灾害模拟试验系统研制及试验研究 80

    5.1 采动覆岩涌水溃砂灾害模拟试验系统研制 80

    5.1.1 试验系统研制背景 80

    5.1.2 试验系统主体结构 80

    5.1.3 试验系统试验舱 81

    5.1.4 试验系统承压水舱 82

    5.1.5 试验系统模拟采煤装置 84

    5.1.6 试验系统多元数据采集系统 85

    5.2 低强度非亲水相似材料配比试验研究 86

    5.2.1 试验方案设计 86

    5.2.2 试验结果分析 90

    5.3 采动覆岩垮裂空间展布形态探测方法 96

    5.4 采动覆岩涌水溃砂灾害模拟试验研究 97

    5.4.1 模拟试验的理论基础 97

    5.4.2 工程背景 100

    5.4.3 试验模型的制作 105

    5.4.4 涌水溃砂过程模拟及结果分析 107

    5.4.5 涌水溃砂机理分析 112

    第6章 采动覆岩涌水溃砂灾害防治技术 114

    6.1 采动覆岩破坏探测方法及技术 114

    6.1.1 基于漏失量监测的采动覆岩导水裂隙分布探测 114

    6.1.2 基于应力监测的采动覆岩导水裂隙带高度探测 118

    6.2 留设防水(砂)安全煤(岩)柱防治涌水溃砂灾害 122

    6.2.1 防水安全煤(岩)柱留设 122

    6.2.2 防砂安全煤(岩)柱留设 123

    6.3 条带法开采防治涌水溃砂灾害 124

    6.3.1 条带法开采导水裂隙发育特征数值模拟 124

    6.3.2 条带法开采导水裂隙带发育特征相似材料模拟 127

    6.4 充填法开采防治涌水溃砂灾害 129

    6.4.1 充填膏体力学性质试验研究 130

    6.4.2 膏体相似材料正交配比试验研究 149

    6.4.3 充填法开采导水裂隙发育特征数值模拟 160

    6.4.4 充填法开采顶板结构稳定性分析 163

    6.5 疏水降压防治涌水溃砂灾害 167

    6.5.1 疏水降压技术条件 167

    6.5.2 疏水降压方式 168

    6.5.3 疏水降压工程 168

    6.6 注浆防治涌水溃砂灾害 169

    6.6.1 注浆位置 169

    6.6.2 松散含水砂层注浆浆液扩散形式 170

    6.6.3 注浆系统 171

    6.6.4 注浆孔施工工艺 173

    6.6.5 注浆参数的确定 174

    参考文献 175
  • 内容简介:
    《矿井采动覆岩涌水溃砂致灾机理及防治》系统介绍了作者在矿井采动覆岩涌水溃砂致灾机理及防治方面的成果。在全面深入调研采动覆岩变形破坏及裂隙发育特征、涌水溃砂机理及安全开采现状的基础上,分析了涌水溃砂灾害的发生条件,构建了采场覆岩垮裂力学模型,建立了考虑水砂耦合作用的涌水溃砂发生的判据;通过自主研发的系列试验系统,分别对大粒径破碎岩石承压变形特性、采动覆岩裂隙水砂运移和突涌特征、采动覆岩涌水溃砂灾害演化特征进行了研究;从减小采动覆岩破坏程度和降低含水砂层初始水头压力两方面,对采动覆岩涌水溃砂灾害防治技术进行了介绍。
  • 目录:
    目录

    前言

    第1章 绪论 1

    1.1 研究意义 1

    1.2 采动覆岩变形破坏及裂隙发育特征 3

    1.2.1 采动覆岩变形破坏特征 3

    1.2.2 采动覆岩裂隙发育特征 5

    1.3 采动覆岩涌水溃砂机理及安全开采 6

    1.3.1 采动覆岩涌水溃砂机理 6

    1.3.2 受涌水溃砂威胁煤炭的安全开采 7

    第2章 覆岩涌水溃砂灾害的发生条件及力学机制 9

    2.1 涌水溃砂灾害的发生条件 9

    2.1.1 涌水溃砂灾害的物源 10

    2.1.2 涌水溃砂灾害的动力源 11

    2.1.3 涌水溃砂灾害的通道 14

    2.1.4 涌水溃砂灾害的容纳空间 17

    2.2 采场覆岩垮裂力学模型 17

    2.3 涌水溃砂发生条件分析 20

    2.3.1 溃砂发生条件分析 20

    2.3.2 涌水溃砂发生判据 22

    第3章 破碎岩石承压变形时间相关性试验研究 25

    3.1 不同含水状态砂岩力学特性试验研究 26

    3.1.1 试验设备和试件制备 26

    3.1.2 砂岩吸水特征分析 28

    3.1.3 不同含水状态砂岩巴西劈裂试验分析 30

    3.1.4 不同含水状态砂岩单轴压缩试验分析 32

    3.2 破碎岩石承压变形试验设计 35

    3.2.1 试验设备及试验方案 35

    3.2.2 破碎砂岩粒径级配设计 36

    3.2.3 破碎岩石承压变形应力分布特征 38

    3.3 破碎岩石承压变形试验研究 41

    3.3.1 自然状态破碎岩石承压变形试验研究 41

    3.3.2 饱水状态破碎岩石承压变形试验研究 46

    3.3.3 水对破碎岩石承压变形特性影响分析 51

    3.3.4 破碎岩石变形机制 54

    第4章 水砂突涌试验系统研制及试验研究 57

    4.1 水砂突涌试验系统研制 57

    4.1.1 试验系统研制背景 57

    4.1.2 试验系统主体结构 57

    4.1.3 试验系统试验舱 58

    4.1.4 试验系统承压水舱 59

    4.1.5 试验系统试验舱底座 60

    4.1.6 试验系统储能罐 61

    4.1.7 试验控制系统 62

    4.2 水砂突涌试验方案设计 63

    4.2.1 试验步骤 63

    4.2.2 试验材料参数测定 64

    4.3 水砂突涌试验分析 65

    4.3.1 5mm孔径水砂通道 65

    4.3.2 6mm孔径水砂通道 70

    4.3.3 7mm孔径水砂通道 74

    4.3.4 8mm孔径水砂通道 78

    第5章 采动覆岩涌水溃砂灾害模拟试验系统研制及试验研究 80

    5.1 采动覆岩涌水溃砂灾害模拟试验系统研制 80

    5.1.1 试验系统研制背景 80

    5.1.2 试验系统主体结构 80

    5.1.3 试验系统试验舱 81

    5.1.4 试验系统承压水舱 82

    5.1.5 试验系统模拟采煤装置 84

    5.1.6 试验系统多元数据采集系统 85

    5.2 低强度非亲水相似材料配比试验研究 86

    5.2.1 试验方案设计 86

    5.2.2 试验结果分析 90

    5.3 采动覆岩垮裂空间展布形态探测方法 96

    5.4 采动覆岩涌水溃砂灾害模拟试验研究 97

    5.4.1 模拟试验的理论基础 97

    5.4.2 工程背景 100

    5.4.3 试验模型的制作 105

    5.4.4 涌水溃砂过程模拟及结果分析 107

    5.4.5 涌水溃砂机理分析 112

    第6章 采动覆岩涌水溃砂灾害防治技术 114

    6.1 采动覆岩破坏探测方法及技术 114

    6.1.1 基于漏失量监测的采动覆岩导水裂隙分布探测 114

    6.1.2 基于应力监测的采动覆岩导水裂隙带高度探测 118

    6.2 留设防水(砂)安全煤(岩)柱防治涌水溃砂灾害 122

    6.2.1 防水安全煤(岩)柱留设 122

    6.2.2 防砂安全煤(岩)柱留设 123

    6.3 条带法开采防治涌水溃砂灾害 124

    6.3.1 条带法开采导水裂隙发育特征数值模拟 124

    6.3.2 条带法开采导水裂隙带发育特征相似材料模拟 127

    6.4 充填法开采防治涌水溃砂灾害 129

    6.4.1 充填膏体力学性质试验研究 130

    6.4.2 膏体相似材料正交配比试验研究 149

    6.4.3 充填法开采导水裂隙发育特征数值模拟 160

    6.4.4 充填法开采顶板结构稳定性分析 163

    6.5 疏水降压防治涌水溃砂灾害 167

    6.5.1 疏水降压技术条件 167

    6.5.2 疏水降压方式 168

    6.5.3 疏水降压工程 168

    6.6 注浆防治涌水溃砂灾害 169

    6.6.1 注浆位置 169

    6.6.2 松散含水砂层注浆浆液扩散形式 170

    6.6.3 注浆系统 171

    6.6.4 注浆孔施工工艺 173

    6.6.5 注浆参数的确定 174

    参考文献 175
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