煤层覆岩采动裂隙应力 渗流耦合模型及涌水量预测 论文

矿井涌水量的预测是煤矿安全生产、防排水设计的重要依据，以往的矿井涌水量预测方法未考虑采动引起的覆岩裂隙渗透特性变化，预测结果与矿井实测涌水量相比误差较大。以陕西招贤煤矿1307工作面为研究区，基于覆岩采动粗糙裂隙面的渗流特性，对裂隙应力-渗流耦合计算模型进行了修正，提出了修正后的三维采动裂隙应力-渗流网络计算模型;基于覆岩导水裂隙带发育特征以及矿压实时数据开展了不同间距及隙宽组合的正交数值模型实验，结合修正后的裂隙应力-渗流网络计算模型，分析了覆岩采动渗透率的动态变化规律，并根据导水裂隙带发育趋势分段预测了工作面矿井涌水量。研究结果表明:上覆岩层受采动影响，应力场及渗透性发生改变，且渗流场的扰动范围与应力场相比较大，渗透性的变化在不同方向上具有差异性，渗透系数在水平方向上的影响范围小，变化量大。在垂向上的影响范围大，但变化量小。通过模型预计涌水量与实测涌水量对比发现，试验模型分层位间距为l1=10 m，l2=30 m，l3=150 m及隙宽组合b1=0.05 m，b2=0.01 m，b3=0.005 m时，较为符合研究区实际工程情况。最后，基于离散元软件裂隙渗流模型，结合模型间距及隙宽《煤层覆岩采动裂隙应力-渗流耦合模型及涌水量预测》这篇论文主要探讨了矿井涌水量预测的重要性和当前预测方法的局限性。矿井涌水量的准确预测对于煤矿的安全生产和防排水设计至关重要。传统方法在预测过程中忽视了采动对覆岩裂隙渗透特性的改变，导致预测结果与实际涌水量存在较大偏差。论文以陕西招贤煤矿1307工作面为研究对象，基于覆岩在采动过程中形成的粗糙裂隙面的渗流特性，对原有的裂隙应力-渗流耦合计算模型进行了修正，提出了一种新的三维采动裂隙应力-渗流网络计算模型。通过对覆岩导水裂隙带发育特征的研究，结合实时矿压数据，论文进行了不同间距和隙宽组合的正交数值模型实验。这些实验旨在分析覆岩采动过程中渗透率的动态变化规律，以及根据导水裂隙带的发展趋势预测工作面矿井涌水量。研究结果显示，覆岩层受到采动影响，应力场和渗透性会发生改变。渗流场的扰动范围比应力场更大，渗透性的变化在不同方向上表现出差异。水平方向上的渗透系数影响范围较小，但变化程度较大；垂直方向上的影响范围较大，但变化幅度相对较小。通过模型预测的涌水量与实际测量值比较，发现当模型的分层位间距设定为l1=10 m，l2=30 m，l3=150 m，隙宽组合为b1=0.05 m，b2=0.01 m，b3=0.005 m时，最接近研究区的实际工程情况。此外，论文还利用离散元软件的裂隙渗流模型，结合模型的间距和隙宽组合，进一步验证了修正后裂隙应力-渗流耦合计算模型的可靠性。模拟结果与耦合模型的计算结果基本一致，证明了该模型的有效性和适用性。这篇研究工作对于改善矿井涌水量预测的精确性，降低因预测误差带来的安全隐患，以及优化煤矿的防排水设计具有重要意义。通过深入理解采动对覆岩裂隙和渗流特性的复杂影响，可以更好地预测和控制矿井涌水量，从而保障煤矿安全生产。