煤层覆岩采动裂隙应力-渗流耦合模型及涌水量预测

发布时间：2022-01-23 07:11

　　矿井涌水量的预测是煤矿安全生产、防排水设计的重要依据,以往的矿井涌水量预测方法未考虑采动引起的覆岩裂隙渗透特性变化,预测结果与矿井实测涌水量相比误差较大。以陕西招贤煤矿1307工作面为研究区,基于覆岩采动粗糙裂隙面的渗流特性,对裂隙应力-渗流耦合计算模型进行了修正,提出了修正后的三维采动裂隙应力-渗流网络计算模型;基于覆岩导水裂隙带发育特征以及矿压实时数据开展了不同间距及隙宽组合的正交数值模型实验,结合修正后的裂隙应力-渗流网络计算模型,分析了覆岩采动渗透率的动态变化规律,并根据导水裂隙带发育趋势分段预测了工作面矿井涌水量。研究结果表明:上覆岩层受采动影响,应力场及渗透性发生改变,且渗流场的扰动范围与应力场相比较大,渗透性的变化在不同方向上具有差异性,渗透系数在水平方向上的影响范围小,变化量大。在垂向上的影响范围大,但变化量小。通过模型预计涌水量与实测涌水量对比发现,试验模型分层位间距为l₁=10 m,l₂=30 m,l₃=150 m及隙宽组合■时,较为符合研究区实际工程情况。最后,基于离散元软件裂隙渗流模型,结合模型间... 

【文章来源】：煤炭学报. 2020,45(08)北大核心EICSCD

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

1307工作面地质剖面

如图2所示,在工作面直接顶的塌陷区域,上覆岩体直接垮落至工作面,呈现出大小不同的不规则块体。每个破碎岩层中的相邻块体在裂隙带中完全或部分接触,从裂隙带的下部向上,垂向的裂隙数量逐渐减少,裂隙间间距增大,隙宽逐渐减小。在裂隙带的上部是弯曲下沉带,没有形成贯穿岩层的垂向裂隙。裂隙带范围内的天然岩体受采动扰动影响后,形成大量的裂隙面,这些裂隙面切割了岩体,形成了采动裂隙网络。在采动裂隙网络中,采动裂隙分布杂乱,形态各异。但是,岩体采动裂隙中垂向裂隙与横向裂隙相对较为发育,其中垂向或者近垂直的裂隙主要为采动岩层破断所形成,而横向裂隙大多为岩层层面裂隙,所以本文假设煤层开采上覆岩层的采动裂隙是具有三向相互垂直裂隙的正交裂隙网络,如图3所示。

在采动裂隙网络中,采动裂隙分布杂乱,形态各异。但是,岩体采动裂隙中垂向裂隙与横向裂隙相对较为发育,其中垂向或者近垂直的裂隙主要为采动岩层破断所形成,而横向裂隙大多为岩层层面裂隙,所以本文假设煤层开采上覆岩层的采动裂隙是具有三向相互垂直裂隙的正交裂隙网络,如图3所示。由于采动裂隙导通含水层中的地下水均向采空区运移,z方向上裂隙渗流变化的特征对涌水量的预测具有现实意义,因而,笔者基于建立的正交裂隙网络,结合公式,推导了z方向上采动裂隙渗透系数,用于矿井涌水量的计算。

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本文编号：3603863