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1、米礦前沿結課論文姓名：班級采礦1101班學號1111104007指導老師：李海洲礦井突水與數(shù)字礦山研究與進展摘要：礦山行業(yè)在數(shù)字化方面的發(fā)展不容樂觀，信息化建設的總體水平不高，沒有形成企業(yè)信息化決策和礦業(yè)信息產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的規(guī)模優(yōu)勢，信息基礎設施落后,可共享的信息量少，信息流向單一而無序，嚴重地影響了礦山企業(yè)的市場競爭與可持續(xù)發(fā)展能力。關鍵詞：釆礦技術突水數(shù)字正文：隨著礦山開采的規(guī)模不斷擴大，深度不斷增加，岀現(xiàn)的技術難題越來越多，而礦山突水又是礦山事故屮比較常見的，對礦山人員安全以及礦井內(nèi)材料設備產(chǎn)生很大的危險
2、。對于國內(nèi)的突水研究，已經(jīng)取得了一定的進展。數(shù)字礦山是一個相對較為新興的礦山方面研究，但正在越來越被重視起來。其實數(shù)字礦山就是一個礦山范圍內(nèi)的以三維坐標信息及其相互關系為基礎而組成的信息框架，并在該框架內(nèi)嵌入我們所獲得的信息的總稱。下面分別進行論述：一、目前頂板突水及水災害防治研究存在的問題1、頂板突水機理地下開采后巖層和土層的隔水性可能受到影響。隔水層位于垮落帶內(nèi)時，其隔水性將完全被破壞；隔水層位于裂隙帶內(nèi)時，其隔水性也被破壞，破壞的程度由裂隙帶的下部向上部逐漸減弱，隔水層位于覆巖彎曲帶下部時，其隔水性可
3、能受到微小影響；隔水層位于覆巖彎曲帶中部或上部時，其隔水性不受采動影響。從巖層破壞稈度來講，垮落帶和裂縫帶可統(tǒng)稱破裂帶或破壞影響帶，彎曲帶稱為非破壞影響帶。在煤礦水文地質學上，將采動破壞的頂板垮落帶、裂隙帶統(tǒng)稱為導水裂隙帶或滲透性增強帶，而彎曲帶稱為滲透性微小變化帶。采礦活動對上覆水體的影響有兩方面：一是上覆巖層的移動和破壞，形成了充水通道，使水體中的水滲透和潰入井下，影響礦井的安全生產(chǎn)；二是地表的移動、變形與破壞，使地表水體的附屬建筑物受到影響，如堤壩下沉量很大或斷裂時，河湖中的水就要出槽漫流。水體下采煤
4、的重點之一就是要分析開采后覆巖冒落帶和導水裂隙帶對水體的影響，通常所說的“兩帶高度”即是垮落帶和裂隙帶的高度。下面將重點介紹一下導水裂隙帶高度的確定方法：(1)經(jīng)驗公式在《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》中，根據(jù)煤層的傾角和煤層覆巖巖性分別列出了兩種計算公式。經(jīng)驗公式法概念明確，簡單易求，但每個礦區(qū)的具體地質條件、采礦條件、采煤方法皆不同，所以一般這個經(jīng)驗公式得出的結果只能作為參考數(shù)據(jù)，需結合其它方法來綜合判定。(1)物理模擬可以模擬開采煤層開采時的覆巖破壞過程，覆巖破壞特征和規(guī)律，并且
5、重點模擬在不同覆巖特性、不同開采煤厚、斷層活化時情況下的覆巖破壞規(guī)律和高度,得到導水裂隙帶發(fā)育高度及其計算方法，與上述經(jīng)驗公式得到的結果對比，修止模型。(2)數(shù)值模擬數(shù)值模擬法主要包括有限元法和離散元法，其中有限元法是迄今為止在應力和變形方面最為成熟的方法之一。劉紅元等在研究采動影響下覆巖垮落的動態(tài)發(fā)展過程中，應用自行開發(fā)的巖層破斷過程分析系統(tǒng)(RFPA)，模擬了開挖后巖梁懸露在重力作用下發(fā)生離層、彎曲、沉降、端部和屮部開裂直至冒落的全過程，再現(xiàn)了采動影響下覆巖破壞的動態(tài)發(fā)展過程。并且為了驗證數(shù)值模擬的正確
6、性，也做了相似材料模擬，兩種方法相比較，結果相似。近年來發(fā)展起來的快速拉格朗FI分析(FLAC)法已被程序化、實用化，其基本原理類同于離散單元法。美國Itasca公司開發(fā)的FLAC-2D軟件，能夠進行土質、巖石和其它材料的三維結構受力特性模擬和塑性流動分析，對于煤層開采時的頂板應力分布狀態(tài)能直觀的反映出來，能很好的揭示頂板破壞過程及開采臨近斷層時對斷層的擾動情況，從而對斷層煤柱的合理留設起到重要的指導意義。新集礦將此法應用于導水裂隙帶高度預測中，也取得了較為滿意的效果。(3)現(xiàn)場實測現(xiàn)場實測是確定導水裂隙帶
7、的主要途徑，其他的方法都是輔助手段。為了驗證現(xiàn)場實測的結果，可以結合物理模擬或者數(shù)值模擬的結果相比較，減少誤差。現(xiàn)場實測法主要有注水試驗法、高密度電阻率法、超聲成像法、聲波CT層析成像法等?，F(xiàn)行的各種計算公式是在總結了大量的實際資料的基礎上，歸納出的經(jīng)驗公式，具有一定的代表性，但是如何利用計算結果來判斷頂板是否突水，不能單從導水裂隙帶是否溝通了含水層來判斷，應結合煤層上覆巖層的具體地質條件加以分析。2、頂板突水的影響因素煤層頂板突水是應力場與滲流場共同作用導致圍巖破壞的結果，因此在分析其突水條件時，應從含水
8、層特性、頂板巖體特性及原巖與采動應力場特征三個方面進行分析和研究。(1)基本因素分析含水層的特性包括巖層的儲水性能，導水性能和壓力水頭。壓力水頭的大小決定了水對頂板巖體破壞的程度。壓力水可以使巖層中原生裂隙擴展、張開，并沖刷裂隙中的充填物，弱化裂隙的粘結力，而含水層的儲水性能與導水能力的大小乂直接決定了壓力水穿透上覆巖層的補給狀況。若含水層導水性能與儲水性能良好，則壓力水的補給速度高，一旦發(fā)生突水，其突水量與危害
