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  • ISSN:0253-9993
  • CN: 11-2190/TD

《煤炭学报》

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煤矿陷落柱突水的变形-渗流-冲蚀耦合模型及应用

DOI:

10. 13225 / j. cnki. jccs. 2017. 1276

作者(Author):

  • 姚邦华
  • 王连成
  • 魏建平
  • 李振华
  • 刘小杰

作者单位:

  • 河南理工大学安全科学与工程学院 煤炭安全生产河南省协同创新中心 河南大有能源股份有限公司

关键词:

  • 陷落柱
  • 突水
  • 冲蚀作用
  • 耦合模型
  • 数值模拟
  • 摘要
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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。

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