承压水渗流条件下预防陷落柱突水力学模型及应用
来源期刊：中国矿业大学学报2016年第2期
论文作者：李见波 许延春
文章页码：217 - 224
关键词：渗流;陷落柱;突水;力学模型;
摘 要：针对陷落柱突水对矿井安全生产的威胁,运用理论分析、相似模拟和数值模拟综合手段研究分析陷落柱的水文地质特征,充分考虑承压水对陷落柱围岩影响作用,建立了预防陷落柱突水灾害物理模型.结果表明:按照水流的形态,可将陷落柱围岩分为无水力梯度的塑性充水区和存在水力梯度的周边渗透区,且将周边渗透区作为陷落柱的重要表征参数.同时,基于比奥理论、高等渗流力学和弹塑性力学等基础理论,分析了预防陷落柱突水灾害模型的力学机制;推导出柱体周边渗透区和弹性区的应力分布函数,得到了求解陷落柱周边渗透区距离公式.根据范各庄矿现场地质条件,计算得到该矿2~#陷落柱的保护煤柱留设尺寸和围岩应力分布曲线,运用数值软件对陷落柱周边流固耦合场进行分析,结果与理论分析一致.
李见波1,2，许延春2
1. 华北科技学院安全工程学院2. 中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院
摘 要：针对陷落柱突水对矿井安全生产的威胁,运用理论分析、相似模拟和数值模拟综合手段研究分析陷落柱的水文地质特征,充分考虑承压水对陷落柱围岩影响作用,建立了预防陷落柱突水灾害物理模型.结果表明:按照水流的形态,可将陷落柱围岩分为无水力梯度的塑性充水区和存在水力梯度的周边渗透区,且将周边渗透区作为陷落柱的重要表征参数.同时,基于比奥理论、高等渗流力学和弹塑性力学等基础理论,分析了预防陷落柱突水灾害模型的力学机制;推导出柱体周边渗透区和弹性区的应力分布函数,得到了求解陷落柱周边渗透区距离公式.根据范各庄矿现场地质条件,计算得到该矿2~#陷落柱的保护煤柱留设尺寸和围岩应力分布曲线,运用数值软件对陷落柱周边流固耦合场进行分析,结果与理论分析一致.
关键词：渗流;陷落柱;突水;力学模型;
