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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
河下浅埋厚煤层采动覆岩裂隙-涌水量时空演化的FDEM-CFD耦合分析
  • 74
  • 作者

    杨泽斌李浩马立强麦龙泉

  • 单位

    太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室中国矿业大学矿业工程学院

  • 摘要
    河下浅埋厚煤层采动覆岩裂隙分布与涌水量是工作面安全生产的决定性因素之一。数值模拟是二者重要预测方法,其合理性的关键在于建立岩体破坏-裂隙流体耦合理论及相应的模拟方法。以路家村矿15404工作面为研究背景,构建拉/剪应力下非贯通裂隙开裂、贯通裂隙的法向与切向本构关系,并基于二相流质量守恒、动量守恒与状态方程,结合增强的浸没边界算法识别流-固界面,通过流体体积法实现裂隙内流体自由面的追踪和重构。在此基础上形成FDEM-CFD河下采煤覆岩裂隙与涌水量预测数值模型耦合程序,通过相邻工作面地面钻孔冲洗液消耗量观测法验证导水裂隙带发育高度,以及采用大井法理论对涌水量结果进行对比。结果表明:采动岩体破坏-裂隙流体耦合理论及相应的FDEM-CFD程序,可数值实现河下浅埋厚煤层采动覆岩裂隙形成,以及裂隙内流体运移过程。当工作面推进至80~120m时覆岩内形成贯通地表的导水裂隙。招山河水的主要下泄路径为工作面后方约8~20m位置处的导水裂隙,其斜向采空区、倾角约65°~72°。模拟所得采空区涌水量为18.78 m3/h,与大井法计算结果接近。上述成果在路家村矿区得到初步应用,为进一步开展河下浅埋厚煤层防治水工程提供理论支撑。
  • 关键词

    河下浅埋煤层覆岩裂隙本构模型FDEM-CFD耦合涌水量

  • 文章目录
    0 引言
    1 岩体破坏-裂隙流体耦合理论
    1.1 岩体破坏本构关系
    1.2 裂隙岩体多相流动力学基本方程
    2 参数识别与理论模型验证
    3 河下工作面采动突水数值模拟
    3.1 工作面矿井地质和水文地质概况
    3.2 建立工程数值模型
    3.3 FDEM-CFD模拟结果
    3.4 导水裂隙带发育高度验证与涌水量理论计算
    4 结论
相关问题

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