岩体裂隙渗流-劈裂-损伤耦合模型及应用

发布时间：2018-01-26 23:03

  本文关键词： 岩石力学 高水压 耦合分析 煤层注水 合理注水压力　出处：《中南大学学报(自然科学版)》2017年03期 　论文类型：期刊论文

【摘要】：基于岩体裂隙渗流-劈裂-损伤耦合效应是引起岩体工程高压突水、水力劈裂等地质灾害的重要原因,研究高水压下岩体裂隙的劈裂损伤机理和各向异性渗流特性,建立岩体裂隙渗流-劈裂-损伤耦合理论模型。将损伤应力场和渗流场作为2个子系统,采用间接耦方法构建岩体裂隙渗流-劈裂-损伤耦合数值模型。将模型应用于山西省长治市潞安王庄矿3号煤4309工作面高压注水软化顶煤工程,对高压注水下煤岩体的渗流-劈裂-损伤耦合响应规律进行研究。研究结果表明:所建模型反映了渗透压对岩体柔度张量的贡献和翼形裂纹扩展对裂隙岩体渗透张量演化的贡献;在高渗透压条件下,煤岩的应力场会发生很大变化,甚至可能改变煤岩应力拉压状态;高渗透压改变了煤岩裂纹结构,导致煤岩破裂是高压注水软化顶煤的基本原因;潞安王庄矿3号煤4309工作面的合理注水压力为7 MPa左右,这在现场注水现场试验中得到证实。
[Abstract]:Based on the coupling effect of seepage fracturing and damage in rock mass fracture is an important cause of geological disasters such as high pressure water inrush hydraulic fracturing and other geological disasters in rock mass engineering. The splitting damage mechanism and anisotropic seepage characteristics of rock fracture under high water pressure are studied, and the coupling theory model of seepage flow, splitting and damage of rock mass fracture is established. The damage stress field and seepage field are taken as two subsystems. The coupling numerical model of seepage, splitting and damage of rock mass fractures is constructed by indirect coupling method. The model is applied to the top coal project of No. 3 coal face No. 4309 of Luan Wangzhuang Coal Mine, Changzhi City, Shanxi Province. The coupling response of percolation, fracturing and damage of coal and rock mass under high pressure water injection is studied. The results show that:. The model reflects the contribution of osmotic pressure to the flexibility of rock mass Zhang Liang and the contribution of crack propagation to the evolution of fractured rock mass. Under the condition of high osmotic pressure, the stress field of coal and rock will change greatly, and it may even change the state of stress tension and compression of coal and rock. High osmotic pressure changes the crack structure of coal and rock, which leads to the fracture of coal and rock, which is the basic reason for softening top coal by high pressure water injection. The reasonable water injection pressure is about 7 MPa at No. 3 Coal 4309 face in Wangzhuang Coal Mine, Lu'an, which has been confirmed in the field water injection test.
【作者单位】： 湖南科技大学能源与安全工程学院;中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室;湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室;中南大学资源与安全工程学院;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51274097,51434006) 湖南省自然科学基金资助项目(2015JJ2067) 湖南省教育厅科研项目(13A020) 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室开放基金资助项目(13KF03)~~
【分类号】：TU45
【正文快照】： (1.湖南科技大学能源与安全工程学院,湖南湘潭,411201;2.中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州,221008;3.湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室,湖南湘潭,411201;4.中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙,410083)高水压下岩体工程具有非线性渗流、

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本文编号：1466846