承压水开采底板应力与隔水层破坏机制研究

"承压水上采场底板应力场分布及隔水层破断机理" 在煤矿开采过程中，尤其是在承压水上开采时，确保矿井安全至关重要。本文以新集一矿作为研究对象，深入探讨了如何在承压水环境下进行安全开采。作者通过运用FLAC3D这一专业软件，对承压水上采场底板的应力分布进行了详细的数值模拟分析，旨在揭示底板应力的变化规律，以及隔水层的稳定性。 研究发现，隔水层的破裂通常发生在采场煤壁附近，这与应力集中效应有关。隔水层的承载能力与其自身的物理特性紧密关联：厚度增加、抗拉强度和抗剪强度提高都会增强其抵抗破坏的能力。然而，随着工作面倾斜长度的增加，隔水层的承载能力会降低，这增加了隔水层破裂的风险。 为了进一步理解隔水层的破坏机制，研究基于固支梁理论推导出了判断隔水层拉伸破断和剪切破断的力学判据。结果显示，当工作面底板隔水层承受的水压力超过1.78 MPa时，很可能发生剪切破断，导致承压水涌入采场，造成突水事故。 针对这些发现，文章提出了两种主要的突水防治措施。首先，强化煤壁附近的底板承载能力，可以通过加固底板或改善支护方式来实现，以抵御隔水层可能的破裂。其次，根据承压水的压力情况，合理设计工作面的倾斜长度，缩短倾斜长度可以减轻隔水层上的应力，降低破断的可能性。 这些研究结果不仅为新集一矿的安全开采提供了理论依据，也为其他面临类似问题的矿井提供了参考。通过科学合理的开采规划和防灾措施，可以有效预防因隔水层破断引发的突水事故，保障矿工的生命安全和矿井的正常生产。因此，深入研究承压水上开采中的底板应力分布和隔水层破断机理，对于整个煤炭行业的安全生产具有重要意义。