煤炭科学技术

作者：李 博, 刘子捷,

关键词：溶洞, 突水, 力学模型, 突水判据, 控制因素, 底板承压水,

西南地区是我国南方重要的煤炭生产基地，由于喀斯特地貌分布广泛，岩溶发育强烈，该地区主采的二叠系煤层底板茅口组灰岩中常见充水性溶洞，煤矿开采过程中一旦遇到隐伏富水承压溶洞，在采动和承压水双重作用下，极易导致煤层底板隔水岩体失稳破坏产生突水灾害，对煤矿的安全开采造成严重威胁。为研究煤层底板富水承压溶洞突水灾害发生时的地质控制因素及隔水岩体失稳破坏的力学行为，有效保障煤矿安全开采，基于西南岩溶地区溶洞的形态特点、隔水岩体的受力特征，将溶洞顶板简化为圆形断面，将溶洞与煤层之间的隔水岩体简化为由无数积分薄圆板构成的圆锥台体，建立了煤层底板富水承压溶洞突水力学模型。运用突变理论中的尖点突变模型对力学模型进行解析，结合弹性力学理论，得出了系统变形失稳的标准势函数表达式，进而研究了系统的临界稳定状态，推导了煤层底板富水承压溶洞突水的力学判据。研究表明：隔水岩体失稳破坏进而引发富水承压溶洞突水的地质因素主要由隔水岩体的厚度、弹性模量、泊松比及溶洞的尺寸和水压等控制，且当隔水岩体厚度、弹性模量和泊松比越小，溶洞尺寸和水压越大时，越容易发生突水灾害。研究成果可以为煤层底板溶洞突水现象的解释和防治提供科学依据。

来源：2022年第5期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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