弱胶结地层条件下工作面溃水溃砂规律模拟研究

发布时间：2025-03-19 02:14

　　 针对工作面开采过程中上覆弱胶结古近系砂砾岩含水层易导致溃水溃砂事故的问题,以西部某矿井21-1煤层开采过程为研究背景,研究确定了安全开采煤层厚度,以降低工作面发生溃水溃砂事故的可能性。利用离散元颗粒流PFC3D软件构造工作面三维模型,依据工作面现场测得的宏观参数,通过宏细观参数转换公式转换成细观参数导入三维模型中,模拟工作面在开采厚度为2、4、6、8 m时水砂混合物流动的情况,从而分析工作面发生溃水溃砂灾害的可能性。结果表明:从溃水溃砂通道发育过程及含水层水压变化2个角度分析,煤层开采厚度为2、4 m时,溃水溃砂通道没有贯通到工作面,含水层水压还存在一定的压力,此时发生溃水溃砂事故的概率较小,而煤层厚度为6、8 m时,工作面与砂层之间竖向裂隙出现贯通,溃水溃砂通道形成,含水层水压在最终开采阶段逐渐降低至0,工作面发生溃水溃砂等灾害的概率较大,因此选择最优开采煤厚是降低溃水溃砂事故发生可能性的有效措施。研究为相似矿井工作面选取开采煤层厚度与防治溃水溃砂灾害提供理论支持。

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【部分图文】：

图1 PFC计算循环示意

20世纪80年代，CUNDALL等[14]提出了颗粒流离散元方法(DiscreteElementMethod)，以此作为基础结合牛顿第二定律，Itasca公司开发了可模拟非连续性颗粒物质结构及运动定律的DEM软件PFC3D。离散元PFC模拟软件的计算原理是运用时步迭代的方式，....

图2 平行黏结模型原理[15]

图1PFC计算循环示意在模拟水砂混合流动时，砂颗粒与水之间不仅存在相对速度，还受到水黏滞性的作用，水砂两相之间将产生作用力。当水相速度大于砂粒速度时，砂颗粒受到水的拖曳力，水也受到砂颗粒所带的阻力作用。因此，假设砂颗粒全部为球形颗粒、不可压缩性流体，且不考虑温度等外在因素，则水....

图3 溃水溃砂模拟模型

根据现场所给地质柱状图，构建三维模型，如图3所示。模型长120m，宽120m，高65m，共计10层，由于煤层平均角度为6°，则视为近水平煤层，将不再设置煤层倾角。模型上部边界增加水压1.25MPa，由于模型只允许颗粒沿着垂直方向进行移动，因此，底部边界设置为固定边界，限制颗....

图4 水压测量圆布置

根据PFC3D模拟软件特点，在模型上方含水层布置测量圆[21-23]，监测上方边界水压在不同煤层采厚情况下的变化情况，测量圆布置如图4所示。模型测量圆粒径均为8m，测量圆布置长为120m、宽120m、高8m。测量圆只布置在含水层内部。测量圆将始终处于稳定状态，前、后、顶、....

本文编号：4036536