破碎巖體變質(zhì)量流固耦合動力學(xué)理論及應(yīng)用研究.pdf

1、隨著煤礦開采向深部延伸,礦井突水成為煤礦安全生產(chǎn)的重特大災(zāi)害之一。我國煤礦重特大事故中,突水災(zāi)害的發(fā)生次數(shù)僅次于瓦斯和頂板事故,但造成的經(jīng)濟(jì)損失卻高居榜首。破碎巖體滲流及其災(zāi)變規(guī)律是煤礦突水機(jī)理研究的基礎(chǔ)。本文綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)測試、理論分析和數(shù)值模擬等方法與手段,對破碎巖體變質(zhì)量流固耦合力學(xué)理論及煤礦陷落柱突水的機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,取得了如下研究成果:
　　(1)自行研制了可考慮顆粒遷移流失的破碎巖體滲透試驗(yàn)系統(tǒng),成功地測試了試樣的

2、骨料與填充物配比、軸向壓力及含砂量等對破碎巖體滲流特性及其突變規(guī)律的影響,得到了測試系統(tǒng)的水壓與流量、試樣的孔隙率及充填物流失速度等隨時間的變化規(guī)律。
　　(2)基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論,建立了破碎巖體骨架變形—固體顆粒遷移—水滲流的變質(zhì)量流固耦合動力學(xué)模型,給出了破碎巖體滲流的質(zhì)量守恒方程和動量守恒方程,導(dǎo)出了由于溶蝕、顆粒遷移等導(dǎo)致破碎巖體孔隙率變化的控制方程等。并用數(shù)值方法得到了破碎巖體孔隙率、滲透率、充填物流失速率、涌水量以及

3、水壓力等參數(shù)的變化規(guī)律。
　　(3)開展了陷落柱充填物的X射線衍射(XRD)試驗(yàn),依據(jù)晶體對X射線的衍射測定了充填物的組成及含量;應(yīng)用比重計法進(jìn)行了陷落柱充填物的顆粒粒徑分布特征測試,得到了陷落柱充填物顆粒粒徑分布曲線;給出了充填物成分及顆粒粒徑分布對陷落柱滲透特性的影響規(guī)律。
　　(4)借助于數(shù)值模擬方法,分析了受隱伏充水陷落柱威脅煤礦采場工作面突水的危險性,得到了工作面涌水量、陷落柱孔隙率、陷落柱溶蝕顆粒遷移速度等隨承壓