保水開采固液耦合相似模擬非親水材料的研制及應用.pdf

1、本論文基于石圪臺煤礦含、隔水層及覆巖地質(zhì)特征，利用流固耦合相似模擬理論原理研制保水開采非親水性相似模擬材料。利用研制的非親水性相似模擬材料模擬淺埋近距煤層重復采動覆巖裂隙發(fā)育規(guī)律，探索導水通道的導通規(guī)律。通過采用物理模擬，對隔水層覆巖移動特征及裂隙發(fā)育規(guī)律、上下兩煤層間覆巖厚度因素對導水裂隙發(fā)育的影響方面進行了分析，結(jié)合石圪臺煤礦水資源測孔的測定結(jié)果，驗證了非親水性相似材料物理模擬的可靠性。主要研究成果如下：
　?。?）通過對隔水

2、層力學性能進行測試，隔水層破壞形式為拉伸變壞，其破斷具有突然性，在水平拉伸變形ε不超過0.20％~0.24%，隔水層就能夠保持完整，具有較強的隔水能力。
　　（2）利用流-固耦合相似原理，研制保水開采流固耦合相似模擬試驗中的隔水層材料，尋找合理的非親水材料配比。選取砂子和石膏作為相似模擬材料的骨料，凡士林和硅油作為膠結(jié)劑。研究了材料的水理性，包括親水性、滲透性、彌合性、流固耦合軟化效應以及材料的基本力學性質(zhì)測試，包括材料的抗壓強度

3、和塑性，最終發(fā)現(xiàn)了滿足隔水層材料的合理配比，即砂子和石膏的重量比例介于6:1～8:1之間，骨料和膠結(jié)劑重量比例介于7:1～9:1之間，凡士林和硅油重量比例介于1:1～3:1之間。同時利用砂子、石膏和碳酸鈣作為原材料，配制了63種不同配比的基巖相似模擬材料，測定了每種材料的單軸抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度，豐富了實驗室物理模擬采動覆巖運動相似材料的選擇種類。
　　（3）采用物理模擬的方法，考慮層采比、采高、上下煤層開切眼錯距等因素的