基于主应力状态转换的采场底板突水机理分析

作者

董书宁柳昭星王皓
单位

中煤科工西安研究院（集团）有限公司陕西省煤矿水害防治技术重点实验室
摘要

为揭示采场底板突水过程中主应力状态转换与水压共同作用机理，笔者采用理论分析、室内试验和数值计算等手段，研究了煤层底板采动应力扰动突水判据、饱和岩层损伤试验特征、主应力转换特征。结果表明：基于采动底板岩层扰动程度判别指标、底板起裂压力阈值判别指标和底板含水层失稳判别指标得到的采动底板突水判据阈值为1;底板灰岩试样损伤在卸压后存在明显的延迟效应，而在失稳时产生应力跌落现象；采空区前后底板最大主应力由水平应力转换为垂直应力。底板卸荷后，最大主应力又从垂直应力转换为水平应力。采动底板最大与最小主应力差值在不同深度呈现不同分布特征，但总体均增大，且集中在采空区前后煤壁附近。
关键词

底板突水采动应力状态应力路径突水判据
基金项目(Foundation)

国家重点研发计划项目(2017YFC0804100)；国家自然科学基金项目(52104240)；陕西省自然科学基础研究计划青年项目(2022JQ-320)；
文章目录

1 底板岩层采动应力扰动强度判据
1.1 基于莫尔应力圆的采动底板岩层扰动程度判别指标
1.2 基于水压作用的采动底板起裂压力阈值判别指标
1.3 采动底板含水层失稳判别指标
1.4 煤层底板采动应力扰动突水判据
2 底板岩样加载—卸荷应力路径下的损伤特征
2.1 岩样采集和加工
2.2 试验方案
2.3 结果与分析
1) 不同孔隙水压下灰岩常规三轴试验
2) 不同孔隙水压下灰岩加载—卸荷三轴试验
3 底板采动应力时空演化特征
3.1 数值计算模型和方案
3.2 采动底板主应力方向演化特征
3.3 采动底板应力状态演化特征
4 采动应力状态转换下煤层底板突水分析
5 结论
引用格式

董书宁,柳昭星,王皓.基于主应力状态转换的采场底板突水机理分析[J].采矿与安全工程学报,2023,40(04):691-703.DOI:10.13545/j.cnki.jmse.2022.0524.