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第1章 绪论 1

1.1 研究目的与意义 1

1.2 国内外研究进展 2

1.3 本书研究的内容和方法 5

1.3.1 主要研究内容 5

1.3.2 主要研究方法 6

参考文献 8

第2章 矿井水文地质条件 11

2.1 引言 11

2.2 矿井涌水基本条件 11

2.2.1 矿井水的来源 11

2.2.2 矿井涌水的通道 14

2.2.3 矿井水文地质类型划分 17

2.3 研究区水文地质条件 18

2.3.1 区域地质背景 18

2.3.2 开滦范各庄井田水文地质条件 21

参考文献 29

第3章 煤层顶底板岩石力学条件 30

3.1 引言 30

3.2 煤层顶底板岩石力学性质 30

3.3 岩石全应力-应变-渗透规律 33

3.4 水对岩石力学性质的控制 36

3.4.1 含水量对岩石变形与强度的影响 36

3.4.2 不同含水量下的岩石变形破坏机制 38

3.5 沉积结构面及其对岩体力学性质的影响 40

3.5.1 引言 40

3.5.2 沉积结构面的成因类型 41

3.5.3 沉积结构面对岩体力学性质的影响 42

3.6 断层带附近煤岩体物理力学性质 45

3.7 岩石破坏的工业CT分析 47

3.7.1 工业CT分析 47

3.7.2 岩石破坏的基本形式 48

3.7.3 煤层顶底板岩石微观破坏机理 51

3.8 煤层顶底板岩石破坏准则 51

3.8.1 莫尔-库仑（Mohr-Columb）准则 51

3.8.2 格里菲斯（Griffith）准则 53

参考文献 54

第4章 地应力条件及其对矿井突水的控制 56

4.1 引言 56

4.2 岩体中地应力场构成 56

4.3 开滦矿区地应力场特征 58

4.3.1 开滦矿区原岩应力测量 58

4.3.2 地应力随深度的变化 59

4.3.3 垂直应力与水平应力之间的关系 60

4.4 地应力对煤层底板压裂破坏的影响 62

4.4.1 煤层底板水压破坏突水机理 62

4.4.2 煤层底板水压破裂与最小主应力的关系 63

4.4.3 基于地应力的煤层底板采动破坏突水机理 64

4.5 裂隙岩体渗透特性与应力耦合关系 65

4.6 基于地应力的煤层底板突水危险性评价应用 70

参考文献 74

第5章 煤层顶底板突水危险性地质评价理论与方法 75

5.1 引言 75

5.2 矿井突水类型及典型案例 75

5.2.1 矿井突水类型 76

5.2.2 开滦范各庄矿典型突水案例 78

5.3 煤层底板突水危险性地质评价 81

5.3.1 煤层底板隔水介质条件 81

5.3.2 水压与隔水层厚度比 83

5.3.3 煤层底板突水危险性评价分类 84

5.3.4 煤层底板突水危险性评价方法 85

5.4 煤层顶板突水危险性地质评价 86

5.4.1 导水裂隙带高度 86

5.4.2 第四系冲积含水层的突水危险性 90

5.4.3 煤层顶板砂岩裂隙含水层的突水危险性 91

参考文献 91

第6章 开滦范各庄井田煤层顶底板突水危险性评价 93

6.1 引言 93

6.2 井田突水特征 93

6.3 煤层底板突水危险性地质评价 95

6.3.1 12煤层底板突水地质条件分析 95

6.3.2 研究区12＃煤层底板突水危险性评价 101

6.4 煤层顶板突水危险性评价 104

6.4.1 5＃煤层顶板突水地质条件分析 104

参考文献 113

第7章 煤层底板突水的复合板力学模型及数值模拟分析 114

7.1 引言 114

7.2 多层厚板力学模型及计算方法 114

7.2.1 多层厚板力学模型 115

7.2.2 多层厚板状态方程的解 116

7.2.3 多层厚板理论解计算程序框图 117

7.2.4 突水危险性分析 117

7.3 煤层底板突水的复合薄板力学理论 119

7.3.1 三层薄板力学模型 119

7.3.2 中性面距离e的重新定位 120

7.3.3 弯曲等效导出抗弯刚度和弯曲折算模量 122

7.3.4 伽辽金法应用于薄板的小挠度弯曲问题 123

7.3.5 煤层底板力学特性对复合岩层变形的影响 124

7.4 复合薄板理论的数值模拟分析 129

7.4.1 计算模型 129

7.4.2 复合岩层力学参数的计算 130

7.4.3 数值模拟结果分析 131

7.5 煤层底板突水危险评价力学模型 133

7.5.1 煤层底板突水危险的理论判据 133

7.5.2 煤层底板复合岩层的极限水压力分析 133

参考文献 135

第8章 采场底板变形破坏规律及其预测 137

8.1 引言 137

8.2 煤层开采底板岩体变形破坏特征及渗透规律 137

8.3 煤层底板三带厚度的确定 139

8.3.1 煤层底板采动破坏深度的确定 139

8.3.2 有效隔水层保护带厚度的确定 140

8.4 采场底板破坏深度观测方法 141

8.4.1 底板破坏深度的影响因素分析 141

8.4.2 采场底板破坏深度观测方法 141

8.4.3 底板破坏深度观测实例 142

8.5 煤层底板突水影响因素及底板突水优势面理论 144

8.5.1 煤层底板突水影响因素 144

8.5.2 煤层底板突水优势面理论 145

8.6 开采因素对煤层底板变形破坏影响数值模拟分析 146

8.6.1 计算模型 146

8.6.2 煤层底板垂直应力分布 147

8.6.3 煤层底板岩体的变形破坏规律 149

8.6.4 开采深度的影响 153

参考文献 155

第9章 煤层底板突水危险性评价专家系统 156

9.1 引言 156

9.2 煤层底板突水危险性评价专家系统 156

9.2.1 系统设计目标及原则 156

9.2.2 专家系统的开发步骤 157

9.2.3 专家系统开发工具的选择 158

9.3 煤层底板突水危险性评价专家系统的结构与功能 160

9.3.1 底板突水危险性评价专家系统的结构体系 160

9.3.2 底板突水危险性评价专家系统的功能 161

9.3.3 底板突水危险性评价专家系统的特点 161

9.4 煤层底板突水危险性评价专家系统的结构 162

9.4.1 底板突水的主要影响因素 162

9.4.2 系统的参数选取及其量化分析 162

9.4.3 底板突水危险性评价专家系统的人机交互界面 163

9.5 煤层底板突水危险性评价专家系统的知识库 167

9.5.1 系统的知识库结构 167

9.5.2 系统的知识表达方式 168

9.5.3 典型突水案例知识库 169

9.6 底板突水危险性评价推理途径 174

9.6.1 专家系统的推理方法 174

9.6.2 底板突水危险性评价专家系统的推理途径 176

9.6.3 基于突水系数的底板突水危险性评价推理途径 177

9.6.4 基于突水优势面的底板突水危险性评价推理途径 180

参考文献 186

第10章 采场覆岩变形破坏规律及导水裂隙带高度确定方法 188

10.1 引言 188

10.2 采场覆岩变形破坏规律及垂直分带特征 188

10.3 覆岩导水裂隙与层向拉伸率的关系 190

10.3.1 覆岩破坏状态与导水裂隙带的发育 190

10.3.2 岩层弯曲下沉曲线形态与岩层拉伸率计算方法 191

10.3.3 裂采比、岩层层向临界拉伸率与岩性的关系 193

10.4 采场覆岩离层发育规律分析 194

10.4.1 层面的弱黏结特性及其离层方式 194

10.4.2 离层的三种采动状态 195

10.5 覆岩导水裂隙带高度观测方法 196

10.5.1 导水裂隙带高度的钻孔冲洗液漏失量观测方法 196

10.5.2 井下仰斜钻孔导高观测方法 199

10.6 巨厚松散层防水煤岩柱高度确定方法 201

10.6.1 防水安全煤岩柱的地层结构力学模型 201

10.6.2 松散层厚度与防水安全煤岩柱高度的关系分析 202

10.6.3 厚松散层条件下的防水安全煤岩柱留设方法 202

10.7 覆岩导水裂隙带高度观测应用实例分析 204

10.7.1 龙口矿区北皂煤矿海域导水裂隙带高度观测研究 204

10.7.2 开滦钱家营煤矿七煤层开采覆岩导高观测 207

参考文献 211

第11章 含水层（水体）下安全开采上限确定工程实例 212

11.1 引言 212

11.2 开滦钱家营矿巨厚含水冲积层下安全开采上限研究 212

11.2.1 钱家营矿六采区的地质开采条件 213

11.2.2 钱家营矿六采区覆岩结构分析 216

11.2.3 8＃、9＃和12＃煤层开采上限的确定 222

11.3 林南仓矿含水冲积层下安全开采上限研究 230

11.3.1 林南仓矿地质开采条件 230

11.3.2 林南仓矿西四采区煤层厚度及覆岩结构分析 232

11.3.3 林南仓矿西二采区导高观测与提高开采上限现状 237

11.3.4 林南仓矿西四采区煤层开采上限的确定 242

11.4 七台河铁麒煤矿桃山水库下煤层安全开采上限研究 246

11.4.1 铁麒煤矿地质条件 247

11.4.2 桃山水库下压煤开采可行性论证 248

11.4.3 桃山水库压煤区开采上限的确定 251

参考文献 260