考虑有效应力影响的煤矿地下水库储水系数计算模型

方杰¹，宋洪庆²，徐建建²，杨连枝²，李正一²

1. 煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室2. 北京科技大学土木与资源工程学院

摘 要：综合考虑煤矿地下水库储水系数的潜在影响因素,对弹性模量、上覆岩层体应力、泊松比、上覆岩层密度等进行理论分析,结合弹性力学、渗流力学的相关原理与知识,以及矿井水流动涉及的流固耦合渗流机理,建立了考虑有效应力影响的煤矿地下水库储水系数数学模型,并确定了模型解析解。以宽沟煤矿地下水库为例,计算该地下水库的储水系数并进行影响因素分析。结果表明:采高对储水系数的影响最大,上覆岩层体应力次之,弹性模量最小;储水系数随上覆岩层体应力、垮落带高度的增大而减小,随弹性模量、泊松比、采高的增大而增大。弹性模量每增加1.1 GPa,储水系数增大0.4%～3.0%;上覆岩层体应力每增加20 MPa,储水系数减小19%～39%;泊松比每增加0.1,储水系数增大10%～14%;垮落带高度每增加2 m,储水系数减小8%～11%;采高每增加1 m,储水系数增大20%～60%。根据该模型计算所得储水系数的分布范围为10%～35%,这与矿区抽排水工程试验值范围一致,验证了模型的准确性。

关键词：煤矿地下水库;储水系数;有效应力;采空区;垮落带;