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作者
安泰龙姚邦华李硕杜锋李振华王戈
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单位
内蒙古自治区能源技术中心河南理工大学安全科学与工程学院 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心
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摘要
针对断层突水问题，将研究对象细分为固体、充填物颗粒以及流体3部分，建立了考虑冲蚀作用的断层突水的流固耦合数学模型。以此为基础，利用COMSOL Multiphysics软件将理论模型数值化，数值模拟研究了断层充填物颗粒运移流失及渗透性演化规律。研究结果表明：底板承压水作用下断层冲蚀突水过程可以划分为两个主要阶段，在缓慢渗流阶段，断层的裂隙开度和涌水量缓慢增加；在渗流突变阶段，裂隙开度和涌水量急剧增加。在冲蚀作用下，随着断层内部可冲蚀颗粒的液化、迁移和流失，流体中充填物颗粒体积分数呈现先增大后减小的趋势。在承压水冲蚀作用下，部分裂隙不断扩张和贯通并发展成为数条优势导水通道，最终造成了断层涌水量的急剧增大和突水事故的发生。研究结果对于揭示断层渗流灾变机理并指导其突水防治具有重要理论意义。
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关键词
断层突水冲蚀作用渗流灾变数值模拟
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基金项目(Foundation)
国家自然科学基金项目(52274193,52174073)；河南省自然科学基金项目(202300410182)；
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文章目录
1 断层突水数学模型
1.1 基本假设
1.2 充填物颗粒质量守恒方程
1.3 流体质量守恒方程
1.4 流体运动方程
1.5 裂隙率演化方程
2 断层突水数值模型的建立
3 断层突水数值模拟计算结果及分析
3.1 裂隙演化规律
3.2 充填物颗粒体积分数变化规律
4 工程借鉴
5 结 论
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引用格式
安泰龙,姚邦华,李硕,杜锋,李振华,王戈.底板承压水作用下断层破碎带岩体冲蚀-渗流灾变规律研究[J].采矿与安全工程学报,2023,40(02):354-360.DOI:10.13545/j.cnki.jmse.2021.0586.
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