原煤滲透特性流固耦合實(shí)驗(yàn)研究和防水煤柱穩(wěn)定性分析.pdf

1、破碎原煤松軟，鉆芯取樣困難，盡管型煤加工容易實(shí)現(xiàn)，但型煤與原煤樣在孔、裂隙結(jié)構(gòu)上存在很大差異，不能很好地反映原煤的滲透特性。本論文提出一種酚醛樹脂包裹原煤試件的制作方法，采用酚醛樹脂包裹原煤試件，進(jìn)行受壓狀態(tài)下原煤的滲透試驗(yàn)，得到原煤滲透性的流固耦合經(jīng)驗(yàn)公式。采用 FLAC3D軟件，通過編譯 FISH語言，構(gòu)建基于尖點(diǎn)突變理論的防水煤柱穩(wěn)定性流固耦合-強(qiáng)度折減法分析方法；結(jié)合河南新安煤礦采空區(qū)突水情況，通過數(shù)值模擬計(jì)算，得到不同采空區(qū)水

2、壓條件下防水煤柱的合理最小尺寸，本文的主要工作如下：
　　1）酚醛樹脂包裹原煤試件的配比分析和制作。針對(duì)原煤易破碎且不易成形，不利于進(jìn)行應(yīng)力-滲流耦合作用的實(shí)驗(yàn)研究。酚醛樹脂常溫下力學(xué)性能穩(wěn)定，凝固后酚醛樹脂透明度較高，鑒于此，采用酚醛樹脂進(jìn)行包裹煤樣，進(jìn)行應(yīng)力-滲流耦合實(shí)驗(yàn)。該試件可真實(shí)地反映采煤工作面的煤體的裂隙結(jié)構(gòu)，為研究原狀煤體滲透性提供了個(gè)全新的試驗(yàn)研究載體，解決了破碎煤體難于取樣或取樣尺寸受限的技術(shù)難題；同時(shí)酚醛樹脂包

3、裹原煤試件中原煤采用的是大尺寸不規(guī)則原煤，保證了煤體原有孔隙裂結(jié)構(gòu)基本不受擾動(dòng)。
　　2）受壓條件下酚醛樹脂包裹原煤試件的滲透率測(cè)試。通過在酚醛樹脂包裹原煤試件表面分別施加平行于煤樣節(jié)理面和垂直煤樣節(jié)理面的荷載，測(cè)得不同應(yīng)力加載方式、應(yīng)力大小及水壓條件下原煤的滲流量。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)施加應(yīng)力平行原煤節(jié)理方向時(shí)，隨應(yīng)力的增大，試樣滲透流量增加；當(dāng)應(yīng)力垂直原煤節(jié)理方向時(shí)，隨應(yīng)力的增大而減少。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，構(gòu)建三維應(yīng)力條件

4、下原煤滲透率的流固耦合方程。
　　3）河南新安煤礦防水煤柱穩(wěn)定性分析。針對(duì)河南大有能源股份有限公司新安煤礦突水事故頻發(fā)，詳細(xì)統(tǒng)計(jì)了新安煤礦的歷年突水情況，并對(duì)礦井突水原因進(jìn)行分析。為探究新安煤礦防水煤柱的合理最小留設(shè)尺寸，從巖石力學(xué)和滲流力學(xué)出發(fā)采用流固耦合分析方法探討采空區(qū)防水煤柱在采動(dòng)應(yīng)力和高水力梯度作用下的流固耦合效應(yīng)，通過引入流固耦合-強(qiáng)度折減法分析方法研究承壓采空區(qū)突水過程的流固耦合突變機(jī)理，在此基礎(chǔ)上通過分析計(jì)算得出不