高压含水层上工作面底板变形破坏特征研究

水压是影响底板变形破坏的重要因素之一,为探究高压含水层上工作面推进过程中底板变形破坏特征,以邢台矿区工作面为工程背景,基于多孔介质渗流与变形之间的流固耦合理论,根据工程现场的水文地质条件,应用多物理场仿真模拟软件COMSOL Multiphysics建立有限元数值模型,并通过压水试验进行原位实测;分析了工作面推进过程中围岩的应力分布情况和底板变形破坏特征,以及底板不同破坏深度处孔隙压力的变化规律。研究结果表明:随着工作面推进距离的增大,底板易产生塑性破坏,且孔隙压力越高塑性破坏区域和破坏深度越大。     

煤矿底板突水流固耦合分析

以某矿承压水上开采为背景,运用数值模拟软件FLAC对底板突水规律进行流固耦合分析.通过分析工作面不同推进距离时煤层底板的破坏范围、应力和位移变化,得出承压水上开采工作面突水的基本规律,为安全开采提供了借鉴和依据.     

煤矿地下水库技术原创试验平台体系研制及应用

煤炭是我国主体能源,西部是我国煤炭主产区,矿井水保护利用是煤炭开发面临的重大技术难题。国家能源集团煤炭绿色开采技术研发团队经过20多年持续技术攻关,首创了煤矿地下水库技术,在西部神东矿区推广应用,为矿区开发提供了95%以上用水,确保了矿区可持续开发。为进一步丰富完善煤矿地下水库理论和技术体系,在西部煤炭主产区不同地质和工况条件下推广应用该技术,保障国家能源安全和水资源安全,研发团队构建了煤矿地下水库原创技术试验平台体系,包括煤炭开采地下水运移与保护综合智能试验平台、多煤层开采煤矿地下水库模拟试验平台、煤矿地下水库坝体结构试验平台、西部深部井工矿井筒施工模拟试验台、地下水库水岩耦合机理试验、水处理工艺集成试验平台、煤矿地下水库冲击试验平台等,能够开展西部矿区不同煤层赋存条件下地下水运移规律、坝体结构参数优化、水库安全稳定性、水岩耦合作用机理、矿井水处理工艺参数优化、垮落岩体垮落冲击对坝体影响等研究,为煤矿地下水库建设、运行和安全提供理论支撑和技术验证。利用上述试验平台,开展了多煤层开采煤矿地下水库稳定性及渗流规律模拟、煤矿地下水库坝体结构安全、煤矿地下水库水岩耦合机理等多项试验研究,相关...     

基于应力-渗流耦合效应的含断层煤层底板破坏特征分析

为研究工作面上、下盘开采顺序对底板破坏特征的影响规律,以菏泽龙固煤矿1302工作面采场条件为工程背景,基于FLAC~(3D)数值仿真软件对该工作面底板破坏进行流固耦合数值模拟。研究表明:先开采下盘煤层时,断层带附近孔隙水压力较为集中,采动应力对底板塑性区的破坏性较大,且底板破坏深度较先开采上盘煤层时大5 m。因此,为了安全开采,应当采取"先开采上盘煤层,后开采下盘煤层"的开采方式。     

承压水上采煤底板破坏流固耦合数值模拟

随着开采深度的不断增加,一些深部的矿井正面临高承压水上采煤的现状,针对这一现状结合对底板突水机理的分析,利用FLAC3D软件强大的流固耦合功能,对高承压水上开采工作面进行流固耦合数值模拟,分析和研究煤层底板岩层在采动过程中的位移、应力及孔隙水压力变化规律,并得出了某煤矿9#煤层962工作面底板的破坏深度.结合突水系数法对该工作面带压开采的可行性进行分析,为工作面的正常开采提供理论依据.     

采场底板陷落柱渗流突水数值模拟

为研究采动压力和渗透水压对陷落柱渗流突水的作用,建立了采场底板陷落柱突水的物理模型,并利用FLAC3D 软件模拟分析了采场推进过程中应力场和渗流场的变化特征。结果表明,工作面宽度的增加会增加底板的扰动,导致原生裂隙继续往深部发育,进而增大导通下部陷落柱的风险,采用回填方式开采的工作面底板扰动较小,底板岩层破坏的程度较小,为遇陷落柱构造防治突水事故提供指导。     

煤层底板岩层的渗流特性以及水岩耦合作用的理论研究

本文对煤层底板岩层的渗流特性以及水岩耦合作用进行系统研究,认为对于已经失稳破坏的岩体,需要避免岩体在应变软化阶段变形的进一步演化;如果泥岩在采动作用下发生失稳;随着静水压力的增大裂隙屈服区宽度也在增大,裂隙的粗糙度和宽度均会影响裂隙受到的水压;应力场的改变影响了裂隙面的开度,进而改变的渗透系数,改变了岩体对水的渗透能力。     

带压开采下煤层底板破坏特征的数值模拟研究

 运用数值模拟软件模拟带压开采下煤层底板的破坏特征。根据矿区实地数据资料结合流固耦合原理，对不同推进距离、不同水压、不同隔水层厚度下的底板破坏特征进行模拟。结果表明，在模拟推进过程中，水压的增大、隔水层厚度的减小导致底板位移增大、围岩应力集中明显,在导水带附近影响尤甚，真实的反映了带水压开采底板破坏特征；初次位移、应力增大的推进距离与初次来压的推进距离相吻合。可见数值模拟对于带压开采模拟分析以及预测初次来压是可行的，研究结论可为煤层开采过程中的流固耦合分析以及底板突水机理研究提供参考。     

煤层底板渗流稳定性分析

建立了某矿21201回采工作面底板渗流的力学模型,利用RFPA计算了工作面推进到50m和100 m时的应力场,利用应力与渗透特性之间的关系计算了底板各岩层的渗透特性,并计算了底板突水因数.研究表明:1)在工作面推进过程中,煤层底板始终没有出现渗流关键层.2)岩层孔隙一直是渗流的主要通道.3)当工作面推进到50 m时,突水因数等于0.834,底板中水渗流是稳定的,不会发生突水;当工作面推进到100 m时,突水因数等于0.928,底板可能产生渗流失稳现象,即存在突水的危险性.     

基于压水试验的杨村煤矿底板断层带渗流性质研究

为研究杨村煤矿底板断层带的渗流性质,采用现场压水试验方法对底板F5断层进行了测试并获取了大量的实测数据,分析结果表明:该断层在原始状态下渗流能力较差,阻渗性较强。对该断层进行了4次压水试验,对比4次压水试验的渗透系数变化曲线可知,重复压水可导致断层带明显渗透破坏,由此造成其导渗性能的进一步增强;F5断层带两段压渗试验压力和流量关系(p—Q)为扩张或冲蚀型,该断层带裂隙发育,裂隙中间有较多充填物,阻渗能力较好。     

煤矿地下水库对矿井水净化机理研究进展

煤矿地下水库对矿井水的净化作用主要在于库内岩体与矿井水发生的水-岩耦合作用。本文系统梳理了煤矿地下水库水-岩耦合作用的研究方法,指出水样水质测试和岩样理化性质表征项目,并通过静态模拟、动态淋滤、循环净化模拟等试验,探索煤矿地下水库对矿井水的净化规律,利用数值模拟获取反应过程中离子的选择性吸附趋势,结合Piper三线图、Gibbs模型和相关性分析等方法揭示水-岩耦合作用机理。论述了煤矿地下水库对矿井水中悬浮物、特征离子和有机物的净化作用和研究进展,研究表明,煤矿地下水库对矿井水具有一定的净化效果,其中对特征离子的净化主要与溶滤和吸附作用相关;提出了未来煤矿地下水库净化技术的3个研究方向：(1)基于水-岩耦合净化作用的井下矿井水大规模低成本处理技术;(2)耦合多种水处理技术的煤矿地下水库“三位一体”水质控制技术;(3)浓盐废水井下存储及资源化利用技术。     

孙疃矿底板破坏的数值模拟及现场实测

结合淮北孙疃煤矿的工程地质条件,利用FLAC3D数值模拟软件的流固耦合功能,对孙疃煤矿1028工作面进行数值模拟,数值模拟分析得到底板最大破坏深度为24 m,承压水导升高度为12 m,工作面不会发生突水事故.同时布置钻孔在孙疃矿1028工作面上回风巷上,以对煤层底板进行现场电阻率CT探测,探测结果分析得到煤层底板的最大破坏深度为17 m,底板仍然具有完整隔水层,不会发生突水.将得到的实测结果与数值模拟结果进行对比,得出数值模拟结果与现场实测相近.     

地下工程突涌水物理模拟试验系统的研制及应用

基于流固耦合模型试验研究现状及其所存在的问题,探讨了突涌水物理模拟的关键技术难题,研制了新型流固耦合模拟试验系统.选用砂和滑石粉为骨料,以石蜡为胶结剂,通过大量配比试验,研制出新型流固耦合两相相似材料,采用高强PVC材料研制出组合式三维流固耦合试验台架,可实现不良地质体和含水层的自动生成;采用光纤光栅技术研制出突涌水前兆信息监测系统,传感器具有体积小、精度高和防水的特点,能够实现应力、位移以及渗压等多元信息的实时并行在线采集和分析.采用该试验系统对巷道涌水进行了物理模拟,试验结果表明该系统稳定可靠,具有良好的应用价值和工程实用意义.     

基于流固耦合理论的尾矿库数值模拟及模型试验研究

以云南省某尾矿库为例,运用流固耦合原理进行尾矿库三维有限元数值模拟,研究尾矿库在正常工况和洪水工况下浸润线高低和孔隙水压力大小变化情况,并运用模型相似理论建立室内尾矿库试验模型,分别在2种工况下进行浸润线和孔隙水压力实际测量。研究结果表明:正常工况下,数值模拟中考虑流固耦合作用比不考虑流固耦合作用时浸润线偏差5%,孔隙水压力大小偏差30%;模型试验实测浸润线和孔隙水压力结果与考虑流固耦合作用时偏差分别为0.12%、6%,不考虑流固耦合作用时偏差分别为0.35%、21.20%。洪水工况,数值模拟中考虑流固耦合作用比不考虑流固耦合作用时浸润线偏差10%,孔隙水压力偏差16%;模型试验实测浸润线和孔隙水压力结果与考虑流固耦合作用时偏差分别为4.6%、4.1%,不考虑流固耦合作用时偏差分别为7.3%、11.3%。在2种工况下,数值模拟考虑流固耦合作用时尾矿库内浸润线和孔隙水压力更加接近室内模型试验结果。因此,在数值模拟中考虑流固耦合作用的计算结果更加趋于实际工程情况和满足工程实际要求。     

承压水上采煤底板突水危险性预测分析

基于渗流-应力耦合理论,建立流-固耦合数学模型;通过多物理场全耦合分析软件Comsol Multiphysics对某矿3302工作面进行了数值模拟,研究煤层底板应力和底板所承受水压力情况,从而确定底板突水危险性。     

基于应力-渗流-损伤耦合作用的煤矿突水模拟

突水是影响煤矿安全生产的重大灾害问题之一.本文以山西阳泉煤矿顶板突水为例,考虑突水破坏过程中岩体损伤的判别依据,及其对煤岩体力学性质的影响,建立应力-渗流-损伤耦合模型,阐述了煤岩体破坏的损伤演化过程与渗流突水机理.结果表明,顶板岩体损伤区域贯通、两侧裂隙网络交汇是造成阳泉煤矿顶板突水的根本原因.在此过程中,煤岩体中的...     

煤层底板承压水导升规律数值模拟

为了研究煤层底板承压水导升规律,基于流固耦合理论,在对煤层底板突水机理进行分析的前提下,建立了煤层底板突水的水文地质物理概念模型和数值模型,模拟了在不同方案下(不同的底板隔水层渗透系数、不同底板水压)原始导升高度与再导升高度的变化规律。     

煤层开采底板承压水导升模拟试验系统研制与应用

为深入分析煤层底板承压水导升规律和直观展现突水通道形成过程,基于现有的二维相似材料模拟试验台研制了煤层底板承压水导升模拟试验系统。该系统包括二维相似模拟试验台(改造后)、承压水加载系统、承压水导升系统和计算机监测系统。运用研制的系统进行了尺寸为1 900 mm×220 mm×1 800 mm的模型铺设、开挖及监测。试验结果表明:该系统将柔性水囊、导水脉络和突水口组合成一个整体,避免了一般模型底板加载压力不均衡,解决了含压水箱与模型之间的密封难题;在水压达到0.03 MPa条件下,随着工作面推进距离增大,承压水导升高度不断升高,采空区中部出水量最大,导升高度最高;承压水沿阻力最小、距离最短的线路突出,且突水通道形成呈现突发、干脆特点;底板岩层受采动矿压和承压水水压产生的压剪作用,应力值出现"负—正—负"变化趋势。     

含隐伏断层煤矿底板采动突水规律数值模拟

针对含隐伏断层煤矿底板采动突水过程中,采空区底板突水破坏区域存在空间分布的特征。在考虑采动岩体流固耦合作用的基础上,结合某矿工作面具体工程地质条件,应用RFPA2D-flow程序模拟了含隐伏小断层底板的采动突水过程,对底板破坏区域的空间分布情况进行了划分和分析。研究结果表明:含隐伏小断层条件下,断层采动活化,使底板更易沟通含水层,与完整底板相比,只有在工作面推进到第1条小断层时表现出类似的突水分阶段特征,之后则根据隐伏断层分布特征,表现出类似循环特征的突水增速区与流量平稳区之间的交替变化。     

煤层注水压力及渗透率分布规律数值模拟

为探究流固耦合作用下的煤层注水压力及渗透率分布规律,首先建立以广义达西定律为基础的数学模型。然后结合新安煤矿3402工作面实际情况建立几何模型,最后借助多物理场耦合模拟软件COMSOL,对煤层注水流固耦合数学模型进行计算求解。得出了各注水压力下,孔隙压力与渗流速度分布规律均为注水钻孔处最大,并以注水钻孔为中心呈椭圆状向四周递减,还得到了注水压力和注水时间与煤体渗透率的关系。