散体充填材料承压渗流特性规律研究

发布时间：2020-05-29 06:54

【摘要】：我国每年煤炭资源开采造成大量的水资源流失和污染,充填开采作为一种重要的保水开采方式应用潜力极大,而研究充填材料在复杂的地下水环境中的渗流规律是实施保水开采的基础。此外充填体作为一种人造岩层在遇到地下不同水位的承压水时能否具有很好的隔水性能,从而为厚煤层分层开采以及多煤层开采中附近煤层的开采提供安全保障有待深入研究。因此本文采用试验测试与数值模拟相结合的方法研究了散体充填材料在应力场和渗流场双向耦合作用下的渗流规律,主要取得以下研究成果:(1)通过测试4种不同粒径矸石在4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa、16 MPa、20 MPa轴压下,分别通过2 MPa、3 MPa、4 MPa、5 MPa、6 MPa、7 MPa水压力下的渗透速度,得到不同粒径矸石在不同应力下渗流规律,并拟合得到了不同粒径矸石孔隙率与轴压的关系式,渗透率、非达西因子与孔隙率的关系式,以及不同粒径矸石达到隔水效果时所需的轴向应力和相应的渗透率和非达西因子的量级。(2)测试了4种不同粒径矸石分别与风积沙、黄土按1:0.3比例混合的散体材料在不同轴向应力和水压力下的渗流速度,以及不同风积沙、黄土掺量对渗流效果的影响。风积沙的掺量的增加虽然会减小总体的孔隙率,但渗透性却得到增强,而黄土掺量的增加降低了总体的承载能力,却增强了总体的隔水性能,使渗透性大幅度降低,在4~6 MPa的轴压下能达到到很好的隔水效果。(3)用数值模拟的方法分别研究了4种粒径、6种轴压、6种水压以及3种风积沙掺量条件下散体充填材料的内部渗流规律,得到了不同条件下充填体的位移、孔隙率、渗透率、水压力、渗流速度在充填体内部不同位置的分布情况,其分布并非均匀分布,分析主要是由于充填材料在承载过程中不均匀的形变造成的。
【图文】：

煤层开采,充填体,煤矿

图 1-1 充填体保护临近煤层开采Figure 1-1 Filling body protection near coal seam mining体充填采煤技术[2-7]的广泛推广应用，固体充填材料个矿区利用矸石、露天矿渣等固体废弃物，山西、内高原黄土、风积沙等自然资源充当充填材料。散体充布情况如图 1-2 所示。山东矸石黄土鹤岗益新煤矿霍州煤电矸石+黄土东坪煤矿常村煤矿、成家庄煤矿新元矿泰源煤矿布尔台煤矿木城涧煤矿唐山矿、邢东矿、郭二庄煤矿邢台煤矿湘潭二矿平煤十二矿平煤一矿杨庄矿、孔集矿五沟矿龙东煤矿三河尖煤矿、庞庄煤矿翟镇煤矿、花园煤矿、济三煤矿、唐口煤矿、许厂煤矿、杨村煤矿、鄂庄煤矿、盛泉矿业、泉沟煤矿矸石+露天矿渣矸石+粉煤灰露天矿渣（尾矿）风积沙锡矿山南矿凡口铅锌矿板定梁煤矿、榆阳煤矿、榆树湾煤矿、常兴煤矿魏家地煤矿

曲线,加载路径,破碎岩体,承压状态

度的变化直接影响破碎岩体的渗透特性究逐渐受到重视，并取得一定的研究成果平台为基础设计了破碎岩体承压状态下渗控制测试了不同渗流速度下的渗透性（渗刘卫群、马占国[50-53]等用轴向压力控制的煤在不同承压状态下下的渗透性，得到了力变化的曲线，并回归出了渗透系数与轴0K a lnb （） MPa，，a、b 是与破碎岩体的粒径有关的系向位移控制的方法测试了不同粒径破碎泥隙度下的渗透特性，并给出了破碎岩石的渗等[57]研究了加载路径对破碎煤样渗透性参透率与孔隙度的关系宜用幂函数拟合；按用指数函数拟合，见图 1-4。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD823.7

【参考文献】