煤矿陷落柱突水的变形-渗流-冲蚀耦合模型及应用
姚邦华1
王连成2
魏建平1
李振华3
刘小杰4
1.河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454000;煤炭安全生产河南省协同创新中心,河南焦作4540002.河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作,4540003.煤炭安全生产河南省协同创新中心,河南焦作,4540004.河南大有能源股份有限公司,河南义马,472300
摘要：为揭示煤矿陷落柱突水机理并为其突水防治提供理论依据,基于双重孔隙介质渗流理论,将陷落柱视为由岩块骨架、流体、裂隙充填物3种介质构成,分别推导了其运动控制方程,给出了裂隙演化控制方程,建立了多场耦合的陷落柱突水变形-渗流-冲蚀力学模型.结合研究矿区地质条件,运用多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics将力学模型数值化,模拟研究了陷落柱内裂隙开度、颗粒体积浓度、涌水量等随时间的变化规律,数值再现了煤矿底板承压陷落柱突水发展的全过程.研究结果表明:①数值模拟得到的陷落柱涌水量曲线与实测数据吻合较好,验证了本文建立的陷落柱突水变形-渗流-冲蚀耦合模型的正确性.②在骨架变形-水渗流-充填物颗粒冲蚀迁移耦合作用下,陷落柱内充填物颗粒液化并迁移流失,部分裂隙不断扩展并贯通发展成为优势导水通道,导致陷落柱涌水量急剧增大并引发了突水事故.
关键词：陷落柱突水冲蚀作用耦合模型数值模拟
分类号：TD745(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(51304072)国家自然科学基金(51774110)中国博士后科学基金(2017M612398)
论文发表日期：2018-01-01
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：7( 2007-2013 )
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