煤层底板陷落柱突水模拟及机理分析.pdf

第 2 3卷第 l 5期 2 0 0 4年 8月 岩石力学与工程学报 C h i n e s e J o u r n a l o f R o c k Me c h a n i c s a n d E n g i n e e r i n g 2 3 1 5 2 5 5 l --2 5 5 6 Au g ． ，2 0 0 4 煤层底板陷落柱突水模拟及机理分析木 尹尚先 。 华北科技学院安全科学技术研究所北京 武 强 1 0 0 0 8 3 中国矿业大学资源系北京 1 0 0 0 8 3 摘要岩溶陷落柱是中国北方型石炭二迭系煤田的一种特殊塌陷，广泛分布于 2 O个煤田 4 5个煤矿区，其导致的 突水具有隐蔽性 、突发性且与岩溶水有天然联系 等特点 ，对煤矿 安全生产危害极大 。为研究煤层底 板陷落柱破坏 特征及突水机理，采用 F L AC 。模拟分析了陷落柱影响下采面推进过程的不同阶段。数值模拟及实验显示，由于 陷落柱的面积有限，矿压和水压力联合作用下使其发生弯曲并形成拉张破坏的可能性较小，一般产生剪切破坏， 虽然升、降错动产生的剪应力、上凸弯曲产生的拉应力和压应力的三重作用导致煤层底板岩层失稳破坏，但以剪 应 力作用 为主同时 ，陷落 柱的存在改变 了煤层底板的地质环境和岩体 结构 ，底板有 效隔水层厚度减小 ，岩 体强 度降低，应力． 应变分布不均，局部应力集中系数增大，使关键层的最小主应力进一步降低，一旦承压水压力大于 关键 层的最小主应 力，承 压水的渗水软化和压裂扩容即起作用 ，使底 板岩层破 坏裂隙沿最薄弱方 向进一步扩 展 ， 导致裂隙贯通，最终形成管涌，发生突水。特别是，陷落柱的边壁、工作面底板压缩区与膨胀区的分界线重合在 一 条线上时，是底板岩层发生剪切破坏的最佳状态，最容易发生底臌突水。 关键词采矿工程，突水机理，F L A C m模拟，陷落柱，岩石破坏，煤层底板 分类号T D 8 2 文献标识码A 文章编号1 0 0 0 ． 6 9 1 5 2 0 0 4 1 5 - 2 5 5 1 - 0 6 S I M ULATI oN AND M ECHANI S M ANALYSI S OF W ATER I NRUSH FRoM KARS TI C CoLLAPS E CoLUM NS I N CoAL FLooR Yi n S h a n g x i a n ，Wu Q i a n g ’ F a c i l i t y o f S a f e S c i e n c e s a n d T e c h n o l o g y，No r t h C h i n a I n s t i t u t e of S c i e n c e s a n d T e c h n o l o gy ， B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 C h i n a 2 De p t ．o fR e s ． E x p l ， E n g ． ，C h i n a U n i v , ofMi n i n g a n d T e c h ． ， B e U i n g 1 0 0 0 8 3 C h i n a Ab s t r a c t Ka r s t i c c o i l a ps e c ol u mns a r e a ki nd o f v e r t i c a l s t r u c t u r e s t y pi c a l l y f o u nd i n Car b o ni f e r ou s - Pe r mi a n c o a l fi e l d s i n n o r t h Ch i n a ， an d are wi d e l y d i s t rib u t e d i n 4 5 c o a l mi n e are a s O f 2 O c o a l fi e l d s ． Be c a u s e o f i t s h i d d e n c h ara c t e ris t i c s o f t h e o u t b u r s t an d n a t u r a l r e l a t i o n s h i p wi t h k ars t i c g r o u n d wa t e r ，t h e wa t e r i n r u s h c a u s e d b y k ars t i c c o l l a p s e c o l u mn s i S mo r e h a r mf u l t o mi n i n g s a f e t y ． I n o r d e r t o s tud y t h e f a i l u r e c h ara c t e ri s t i c s o f s u r r o u n d i n g r o c k mass e s an d me c h an i s m o f Wa t e r i n r u s h c a u s e d b y k ars t i c c o l l a p s e c o l u mn s i n c o a l s e a m fl o o r ，s e v e r a l s i tua t i o n s o f mov e me n t s o f mi n i ng wo r k f a c e ar e s i mul a t e d wi t h FLAC wh e n a c o l l a ps e c ol umn e xi s t s i n t he c oa l floo r ． Nu me r i c a l s i mu l a t i o n s an d e x p e ri me n t s s h o w t h a t t h e r o c k f a i l u r e me c h an i s m u n d e r h y d r a u l i c p r e s s u r e i S o f a s h e ar- t e ns i o n ． p r e s s u r e c o mpl e x wi t h s h e ar as t h e C O n t r o l f a c t o r ．Be c a u s e o f t he k a r s t i c c o l l a os e c o l u mn， t h e g e o l o g i c a l e n v i r o n me n t an d r o c k s t r u c tur e i n t h e c o a l fl o o r wi l l c h an g e ，an d t h e e f f e c t i v e t h i c k n e s s o f t h e p r o t e c t i v e 1 a y e r s as we l l as t h e s t r e n g t h o f r o c k ma s s wi l l b e r e d u c e d ． I n a d d i t i o n ， t h e s tre s s an d s tr a i n d i s t r i b u t i o n s are asy mme t ri c a l ，an d l O C a l s tre s s c o n c e n tr a t i o n c o e mc i e n t s b e c o me 1 arg e r 。S O t h a t mi n o r p r i n c i p a l s tre s s e s o f k e y s tra tum d e c r e ase f u r t h e r ．、 e n h y d r a u l i c p r e s s u r e i S l a r g e r t h an t h a t o f t h e mi n o r p ri n c i p a l s tre s s o f t h e k e y s tra tum ，m i ni ng p r e s s u r e an d s e e p a g e as wel l as di l a t i o n wi l l c a u s e f r a c tur e s t o e x pan d a l o ng t h e we a ke r d i r e c t i o n s ． Fr a c tu r e s e ve n tu a l l y t r an s fix an d wa t e r i n r u s h t a k e s pl a c e ．、 ， } 1 e n t he b o r d e r c l i f r O f t h e c ol l a p s e c ol umn an d 2 0 0 3年 1月 2 0日收到初稿 ，2 0 0 3年 3月 3日收到修改稿 。 中国博士后基金 2 0 0 3 0 3 3 2 0 4 资助项 目。 作者 尹尚先 简介男，3 8岁，博士后 ，主要从事地质资源与地质工程等方面的教学与研究工作。E - ma i l y i n s h x 2 1 c n ． t o m。 维普资讯 2 5 5 2 岩石力学与工程学报 2 0 0 4 焦 d i v i s i o n l i n e o f c o mp r e s s i v e a n d e x p an s i v e s e c t i o n o f c o a l flo o r a r e c o i n c i d e n t o n t h e s a me l i n e，t h e s h e a r y i e l d an d wa t e r i n r u s h f r o m c o a l flo o r are mo s t l i k e l y t o t a k e p l a c e ． Ke y wo r d s mi n i n g e n g i n e e r i n g ， me c h an i s m o f wa t e r i n r u s h，F L AC3 D s i mu l a t i o n ， k a r s t i c c o l l a p s e c o l u mn s ， r o c k f a i l u r e ， c o a l fl o o r 1 引 言 岩溶陷落柱是中国北方 型石炭二迭系煤 田的一 种特殊岩溶塌 陷，广泛分布于我国北方 山西高原、 太行 山、吕梁山以及晋 陕蒙、冀 、鲁、豫、苏、皖 等地近 2 0个煤 田 4 5个煤矿区，总数超过 3 0 0 0个 L i J i n k a i 等 1 9 8 8年统计为 2 8 7 5个 ，其 中，尤 以 山西太原西 山及汾河沿岸煤 田、太行 山中段更为普 遍 。岩溶陷落柱属 于隐伏垂向构造，其导致 的突水 具 有隐蔽性 、突 发性 且与岩溶 水有天然联 系等特 点【 l 】 ，对煤矿安全生产及当地人民生活危害极大。 1 9 8 4年 6月 2日， 开滦 范各庄矿 2 1 7 1 综采工作面 发生世界采矿史上罕见的岩溶陷落柱透水灾害，最 大涌水量达 2 0 5 3 m ／ mi n ，该矿及 3个临近矿井被 淹 ，直接经济损 失数亿元【 2 】 ；徐州张集煤矿和青 山 泉一号井、安阳铜冶一矿、皖北任楼矿等也发生过 较 大陷落柱突水事故 ，均造成巨大经济损失和不 良 后果。随着开采深度和强度 的增加 ，开采环境 日趋 复杂，水压 、地应力和瓦斯不断增大 ，水害问题更 加突出。 国 内外学者对突水机理这一难题进行 了大量研 究 ，原苏联学者 A． A． B OP HC O B最早采用相似材 料立体模型研究 了采空区底板岩层 的变形 ；文[ 3 ] 从 岩石力学的角度研究底板破坏机理 文【 4 ～6 】 则采 用数值模拟研究突水 问题。我 国 2 0世纪 5 0年代煤 矿突水研究开始起步，文【 7 】 在国内率先提 出煤层采 空区岩层破坏的 “ 三带”理论其他学者则对矿山 压力【 8 】 、突水机理【 l 进行了大量研究文[ 1 0 】 提出了 底板岩层中起关键阻水作用 的关键层理论 。上述研 究深刻揭示了突水规律及机制 ，但其着眼点集中在 底板为完整岩层或存在断裂构造的情形上 。本文运 用数值模拟方法 ，分析陷落柱存在时煤层底板 围岩 应力． 应变及其破坏特征 ，并总结底板突水机理。 2 模型及计算结果分析 开滦范各庄矿一采面概化数值模型如图 1所 示，其长 ， 方向 宽 方向 高 z 方向 分别为 2 4 0 0 ， 1 1 2 0 ，3 5 0 m。 其中， 设计采面总长度 8 0 0 m，宽度 分别为 8 0 ，1 0 0 ，1 2 0 ，1 4 0 ，1 6 0 m，开切眼处剖 分单元密度较大。主采煤层高 3 ． 5 m 图 1网格密集 黑色条1 ，一次采全高 。存 在陷落柱 时 ，其顶面距 煤层底板 5 0 m 图 1 b ， 陷落 柱横截 面 为 2 0 m 2 0 m 的正方 形， 用 F L AC 如 模拟 了采面推 进过程 ， 计算采用莫尔一 库仑材料本构模型 ，求解过程参见 文[ 1 1 ，1 2 】 。 a 立体剖分图 b 剖面图O5 7 0m 图 1 数值模型 F i g ． 1 A n u me r i c a l mo d e l 2 ． 1 初始边界条件和岩层力学参数 岩层近似水平 。模型顶部施加上覆岩层 自重应 力 ，底部边界延伸到奥灰顶面下 2 0 m，设计垂 向变 形 为零 的简支边界 ，奥灰岩 溶水位 高于煤层 底板 6 0 4 m，即岩层受 6 ． 0 4V [ P a孔隙水压力。原岩初始 应力采用该区一 4 9 0 m六石 门实测数据【 2 】 。 1 4煤层～奥灰含水层可划分为厚度 、岩性和力 学性质不同的 2 9层并测定了岩石力学参数 。为了简 化网格剖分 的工作量，同时，充分体现各层之间的 力学性质的差异，将岩性 、力学性质和分布厚度相 近或相 同的岩层划归为一个层组 ，合并后为 5个层 组，其力学参数见表 1 。 大量岩石力学实验证实 ，岩石破坏后强度有所 降低 ，产生弱 化 ，故本 文对岩 石和煤 采用 Ho c k ． B r o wn强度准则，即 ． 1 。 3 no “c 3 1 维普资讯 第 2 3 卷第 J 5期 尹尚先篆 煤层底板陷落柱突水模拟及机理分折 2 5 5 3 裹 1 南四背斜艟部层组力学参数寰 T a b l e l Ro c k me c b a n i t p a r a me t e r s a t Ns． n s l a n t i c l i n e 式中 ． 为岩石峰值强度时的最大主应力 为 最小主应力；m， s为材料常数 ，取决于岩石性质和 原始破裂状况 为岩石单轴抗压强度。 此外，当 拉应力超过材料的抗拉强度时，材料将发生拉破 坏。陷落柱的参数取岩石参数的 1 0 ％。 2 ． 2 模拟结果分析 1 工作面宽 8 0 1 6 0 m．采面推进 2 0 m左右． 无论陷落桂存在与否。底板位移较小．底板的上鼓 量不到 】 o m，顶底板还没有破坏。 2 有陷落柱时，采面推进 4 0 m左右．底鼓位 移 1 c m达到底板下 6 0 m，位移 2 c m达底板下 2 8 m；无陷落柱，采面推进 4 0 m左右．此时顶板 初次夸落， 项底扳都有破坏． 底板 2 2 m处的位移达 到 2 c m。由图 2 ．3可以看出．陷落柱显著影响底 板破坏深度，而工作面长度变化对其影响较小 3 无陷落柱时，随着工作面的推进，顶底板 的移近量不断加大．当推进到3 0 0 m以后趋于稳定 表 2 ； 不同工作面长度的初次垮落距不同， 但相差 a ] 有陷落桂 b j 巳 陷藩柱 圈2 工作面长 1 6 0 m．顶扳初次跨落。有、无陷落柱时位移 F 1 8 ． 2 i s p 】 e x e me ut w i o r w i t h o u t a c o l Ia p s c c o l u a t f i r 窖 【 r o o f c o l l a p s i n g wi t h wo r k i n g f a c e l e n | 啦 o f 1 6 0m 蕊 ∽ 有路藩l主 b 无陷落柱 图 3 工作面长 1 6 0m，采面推进 1 6 0m，有，无陷落柱 时位移 F i g3 z - d ／ s p l a c e m t wi t h 0 ’ i tho t ac o l l a p ． c o l u n m a t fi r s t r o o f ol l e p s i n g wi t h wo r k i n g f a c e l e n g t h o f l 6 0m a n da d v a n c eo fl 6 0m 囊 2 无陷藩拄时雇板不同深度位移 T e b l e 2 Db p l a c e me ut 8． n d i b d e p t h wi t h o u t c o l l a p s e c o l u mni nfl n o r 不多，约 4 0 1 3 3 。 采面推进模拟【 l 1显示，在陷落柱附近位移变化 明显．远离陷落柱．其影响逐渐减小，2 o o m后基‘ 本无影响，同时，有、无陷落柱对底板岩层的破坏 状态影响较小 圈 4 。 4 以工作面长 1 6 0 m为例 表 2 ，无陷落柱不 同推进长度，采面底板下5 m处岩石破坏状教 图4 显示推进4 o m，底板破坏深度为5 m左右，且为 剪切破坏；推进8 0 r l l ，破坏深度扩展至底板2 2 m 处，顶底板靠近工作面中心处为剪切、拉伸破坏， 四周为剪切破坏 这与实验或其他模拟技术所得的 结论相同 {推进 1 6 0 m ，走向方向破坏箍围继续发 展．垂直方向没有明显的增加，但剪切、拉伸破坏 维普资讯 岩石力学与工程学报 2 0 0 4 芷 啜 a 有陷落柱 【 b 无陷落挂 图 4 工作面长 1 6 0m．采面推进 1 6 0m．有、无路落柱时 煤层底面下 5 m破坏状态 F 4 Yi e l d s t a t e m 5 m d e p t h wi t h o r wi t h o u t a c o l l a p s e c o l u mnwi t hwo r k i n gf a c el e n g t h o f1 6 0m a n d a d v a n c eo f1 6 0m 的范围向顶底板深部发展 推进 2 0 0 m．走向方 向 破坏范围继续发展 ．垂直方 向没有明显的增加 。工 作面底板由原先的剪切破坏变为剪切、拉伸破坏； 推进 2 3 0 m，走向方向破坏范围继续发展，垂直方 向底板破坏区局部扩展至底板 3 4 m处；推进 2 6 6 m， 底板破坏深度由局部逐步发展扩大；推进 3 0 0 i n ， 底板破坏深度进一步发展 推进 5 0 0 m8 0 0 m，底 板破坏深度基本趋于稳定，但顶板破坏继续发展。 可以看出，底板的破坏深度在工作面推进到 5 0 0 m 以后，就趋 于稳定，不再发展了。 工作面采宽由 8 0 1 6 0 m变化时，在顶板初次 跨落情况下，其顶底板破坏的状态和深度没有 明显 区别．仅在采宽为 1 0 0 m时顶板拉伸与剪切同时出 现 ，其他都是由剪切导致岩石破坏．且破坏深度太 体相同。这一点是 ‘ 底板破坏以剪切为主’结论的 基础；当采空区的面积较小时，底板的破坏形式为 剪切破坏，只有当采面推进较长即采空区面积较大 时，才同时出现张拉和剪切并存的破坏形式，但保 持采面中心地带为剪切、拉伸破坏而四周为剪切破 坏形式不变。所以，数值分析也有力地支持了 ‘ 采 掘工程 底板岩层破坏拉剪 复合 以剪为主 的力学机 理 这一结论 1 4 1 o 5 不同采面宽度走向垂直应力 ＆和水平应力 分布图 图 5 ～7 说明，随着采厩的加长，在顶板 初次夸落时， ＆和 有逐步增大的趋势； 陷落柱存 在对应力集中有一定影晌，工作面长度越大，有陷 落柱 的应力集 中系数变 化越 大；陷落柱存在导致 其周 围应力场紊乱、应力分布极不均匀。 6 数值模拟结果表明无陷落柱水平集中应 力和采面宽度的关系不是很明显；而随着采宽的增 大， ＆有先变大后又变小的趋势。其中。当采面为 1 0 0 m时，应力集中最大；而应力集中的中心距采 场边界随采宽增大而减小，并趋于稳定。有陷落柱 的不同工作面长度垂直应力 ＆ 集中统计数据 表 3 说明．应力集中明显随推进距离增加而增大。 t a 有陷落柱 圈 b 】无稿暮柱 图 5 采面长 8 0 m ，顶板初次跨落，有、无陷落柱时的 应 力 是 Fi ＆5 Vc c fi c a l s t r e s swit ho r wi tho u t a c ol l a p c o l o mnm fi r s t r o o f c o l l a p s in g wi th wo r k i n g f a c e l e n g t h o f8 0 n l 伽 Ⅲ S a 有陆薄桂 C o 无陷摹柱 图6 采面长8 0 m，顶板初次跨落，有、无陷落柱时的 应力 F i g ． 6 Ho r i z o n t a l K lr c wi th o r wi tho u ta c o l l a p s e c o l u ．mn a i fi r s t r o o f c o l l a p s i n g wi th wo r k i n g f a c e l e a g o f8 0∞ 维普资讯 第 2 3卷第 l 5期 尹 尚先等．煤层底扳陷落柱突水模拟及机理分析 _ ■一 ∞ 有倍暮挂 曩 一 b 无陷落柱 圈7 工作面长 I 6 0 m．推进 8 0 m时．有、无陷落柱时 应 力是 Fi g ． 7 V e r t i c a l s t r e s s wi t h o r wi t h o u t a c o l l a p s e c o l u mn w甜L wo r k i n gf a c ek峙 c ho f1 6 0f lg L a n da d v a r e O f 8 Om 囊 3 垂直应力＆ 集中统计 T a b l e3 Ve r t i l s n‘e ∞ wi t h i n flu e n c eo f_c o l l a p s e c ol umn 3 围岩应力． 应变及破坏特征 通过数值模拟分析．结合前人在相似材料模拟 实验【9 】 、软材料光弹模拟实验㈣ 、薄板理论 和数 值分析 q 等方面的部分实验数据和结论，总结围岩 应力- 应变及破坏 图8 有如下特征 【 1 陷落柱扰乱了底板原岩应力． 应变的均匀分 布，采动过程中，其围岩位移梯度明显大于正常岩 层地段，变形与周围不协调．容易产生局部剪切变 形；采面扩大、水压增大、柱体内岩层强度变小等 都将加强应力． 应变的不均匀程度。 2 虽然陷落柱的存在对底板应力． 应变分布有 一 图8 陷落柱影响及采动破坏示意国 F i g ． 8 S k e t c ho f i n fl u e n c eo f ak B 碰 cc ol l 印 s c c o l u mn ． 0 n y i e l d o f c o a l flo o r a t wo r k i n g f a c e 较大影响．但基本不影响采前应力 位移 升高 减 小 。采后应力 位移降低 增大 及恢复 3个阶段 的整体规律；而顶、底板岩层变形的相似性却遭到 破坏。 3 陷落柱与采面边缘线距离越小。岩层破坏 的危险性就越大；陷落柱的边壁、压缩区与膨胀区 的分界线重合在一条线上时 图 8 ，是剪切破坏的最 佳状态。最容易发生底嗷突水。 4 突水机理分析 在总结采场围岩应力- 应变及破坏特征的基础 上，分析突水机理 图s 如下 煤壁前方底板岩层在超前支承压力的作用下向 下移动，而在矿压和承压水压力作用下，工作面后 方采空区的底扳向上移动，在压缩区与膨胀区的交 界处，底板岩体容易受升、降错动产生的剪应力作 用，导致剪切变形而发生剪切破坏。同时，由于采 空区下部矿压及承压水向上施压。使底板岩层整体 向采空区一侧上凸，采空区下方岩层顶界面受上升 弯曲产生的拉应力作用而产生张裂隙。底界面受上 升弯曲产生的压应力作用而形成挤压裂隙。因此， 底板岩层在煤壁边缘线内外受升、降错动产生的剪 应力、上凸弯曲 产生的拉应力和压应力的三重作用， 并且以剪应力作用为主，当三重作用超过岩体强度 极限时岩体即破坏 。 除了采动在煤层底板形成直接破坏带外，由于 底板整体受到下部承压永的作用，在采空区底板以 下一定距离，由下向上出现若干垂直原位张裂隙。 维普资讯 2 5 5 6 岩石 力学与工程 学报 2 0 0 4笠 当陷落柱存在并将地下水导通到一定高度时，在水 压力 的作用下，渗 水软化作用降低岩体有效应力和 粘聚力 ， 根据水力压裂的力学原理，当裂缝形成后， 只 要 有足够 的压裂 液及 能使裂 缝张 开并延伸 的压 力，那么裂缝就会沿着阻力最小 的方向延伸，地下 水沿裂 隙软弱带总体 向上发展 。同时，在承压水 的 压裂扩容作用下小裂隙不断扩大 ，在主要裂隙周围 出现 翼状裂 隙，裂隙组数逐渐增 多，形成局部化剪 切裂隙带。在底板存在 陷落柱 的条件下，底板有效 隔水层厚度 减小，局部应力集中加强 ，关键层的最 小主应力进一步降低 ，这样的地质环境更有利于承 压水 的渗水软化和压裂扩容二者间相互作用 、互相 促进 ，使底板岩层破坏裂隙沿最薄弱方 向进一步扩 展 ，形成剪切面，一旦承压水压力大于关键层 的最 小主应力时 ，根据 Wa p r i n s k i - Cl a r k 1 9 8 2年 和文[ 1 7 】 的研 究，当外力 地下水压力 大于初始水压裂压 力 时 ，围岩发生水压裂现 象，而初始水压裂压力 取决于围岩最小主应力 i ，即 ≥P h f O m i 。这就 是在承压水作用下有 陷落柱存在 时底板破断导致突 水事故 的力学机理 。其力学机制 以剪应力为主的原 因如下 1 随着 工作面 向前推进 ，在煤壁下方，底板 岩层破坏沿深度方向斜向煤柱下方发展，这与最大 剪切应力方 向一致 ，剪应力起主导作用 。 2 采空面积有限或岩体强度较大时，岩层的 上凸弯 曲有限，相应拉应力和压应力也有限，不能 成为岩 体破坏 的主导应力。 综上所述 ，由于陷落柱 的面积有限，矿压和水 压力联合作用下发生弯曲并形成拉张破坏的可能性 较小 ，一般产生剪切破坏。因此 ，认为陷落柱突水 是岩层受剪、拉、压三重作用，并以剪切破坏为主 引起 的。 5 结论 1 数值模拟及实验显示， 在煤壁边缘线内外， 底板岩层受升、降错动产生的剪应力、上凸弯曲产 生的拉应力和压应力的三重作用，且以剪应力作用 为主，导致岩体失稳破坏。因此，剪、拉、压三重 作用 以剪切破坏为主是底板岩层破坏的力学机制 ； 2 数值模拟分析显示，采动形成的垂直原位 张裂隙带，陷落柱存在的底板有效隔水层厚度减小、 岩体强度降低和局部应力集中，是承压水的渗水软 化和压裂扩容起作用 的基础 ，也是底板岩层破坏 、 裂隙进一步扩展的最薄弱方 向，陷落柱 的边壁 、工 作面底板压缩区与膨胀 区的分界线重合在一条线上 时 ，是剪切破坏的最佳状态 ，最容 易发生底臌突水 。 剪切面形成后，承压水压力大于关键层 的最小主应 力才能最终发生突水。 参 考 文 献 l 尹尚先 ，武 强 ，王 尚旭．华 北煤矿区 岩溶陷落柱 特征及 成因 探讨【 J 】 ．岩石力学与工程学报 ，2 0 0 4 ，2 3 1 1 2 0 1 2 3 2 钟亚平． 开滦煤矿防治水综合技术研究【 M】北京煤炭工业出版 社 ，2 0 0 1 3 F a r i a S a n t o s C， Bi e n i a v r s k i Z F l o o r d e s i g n i n u n d e r g r o u n d min e s [ J ] R o c k Me c h ani c s and R oc k E n g i n e e r i n g ， 1 9 8 9 ，2 2 4 2 2 6 2 4 9 4 Ar g fl e l l o J G，S t o n e C M ，L o r e n z J C．Gcomech an ic a l n u me r i c a l s i mu l a t i o n s o f c o m p l e x g e o l o g i c s t r u c t u r es[ A] ． I n Au b e r t i n M ， Ha s s a n i F ， e d ． R ock Mech a n i c s V o 1 ．2 [ c】 ． R o t t e r d a m A A B alk e ma ， l 9 9 6， l 8 4l ～ l 8 4 8 5 P a r i s e a u W G．Ap p l i ca t i o n s o f fin it e e l e me n t an a l y s i s t o m ini n g e n g i n eeri n g [ A] ．InHu d s o n J A e d ．C o mp r e h e n s i v e R ock E n g i - n eeri n g [ C ] ． O x f o r d P e r g a mo n P r ess ，1 9 9 3 ，4 9 1 ～5 2 2 6 J o r g e M ，J a v i e r S ，Ru b e n J ．Nu me ric a l mo de l ing o f t h e W a n s i e n t h y d r o g eo l o g i ca l r e s p o n s e p r od u c e d b y t u n n e l c o n s t r uc t i o n i n f r a c t u r e d bed r ock s [ J ] ． E n g ． G co1 ． ，2 0 0 2 ，6 4 4 3 6 9 3 8 6 7 张金才，张玉卓，刘 天泉．岩体渗流与煤层低板突水[ M】 ．北京 地质出版社，1 9 9 7 8 马念杰，侯朝炯 采 准巷道矿压理论及应用【 M】 ．北京煤炭工业 出版社，1 9 9 5 9 王作宇， 刘鸿泉． 承压水上采煤[ M】 ． 北京煤炭工业出版社，1 9 9 2 l 0 钱鸣高， 缪协兴，许家林． 岩层控制中的关键层理论 ． 煤炭学报 ， 1 9 9 6 ，2 1 3 2 2 5 2 3 0 1 1 l t a s ca C o n s u l t in g Gr o u p Inc ． F L AC Us e r ’ S Ma n u a l [ M] ． Mi n n eso ta S t a t e Un i v e r s it y o fM i n n e s o ta， US A， I 9 9 7 1 2 Ha t z o r Y H，Talesn i c k M，T s e mr s k y M． Co n ti n u o u s a n d d is c 0 n d r 舢 s tab i l i ty a n a l y s i s o f the be l l- s h a p e d c a v e r n s at Be t Gu v r i n， I s r a e l ． I n t ． J ． Rock Mech ． Mi n ． S c i ． ，2 0 0 2 ，3 9 7 8 6 7 8 8 6 1 3 尹尚先． 煤矿 区突 涌 水系统分析模拟及 应用【 博士学位论文】 【 D】 ． 北京 中国矿业大学 ，2 0 0 2 1 4 尹尚先 王 尚武，武强．陷落柱突水模式及理论判据 ．岩石力 学与工程学报 。2 0 0 4 ，2 3 6 9 64 9 6 8 l 5 邵爱军，刘唐生t邵太升等． 煤矿地下水与底板突水D ．北京 地震出版社，2 0 0 1 l 6 朱泽虎． 高承压含水层上采 煤突水机制及水害防治方法研究【 博士 学位论文】 【 D 】 ．北京煤炭科学研究总院，1 9 9 4 l 7 李抗 抗，王成绪 ．用于煤层底板 突水机理研 究的岩 体原位测试 技术 ． 煤 田地质与勘探，1 9 9 7 ，2 5 3 3 1 ～3 4 维普资讯