煤田地质与勘探

作者：薛维培, 申磊, 姚直书, 程桦, 荣传新,

关键词：煤矿井壁, 破损透水, 透水通道, 裂纹发展, 模型试验, 数值模拟,

煤矿井壁破损透水事件时有发生，给地下空间利用和矿产资源开采构成重大威胁。为了弄清井壁破损过程承压地下水存在的影响以及透水通道形成机制，采用相似理论设计模型试验并结合流固耦合数值模拟技术开展研究。结果表明，井壁与压力水直接接触不利于其承载变形能力的发展，具体体现在破坏时屈服点位置提前出现，峰值强度及峰值应变降低，宏观裂纹分布更广，这是由压力水渗入井壁混凝土时诱发的渗流场应力场相互耦合作用引起的。对照模型试验结果开展数值仿真分析，获得一套适用于流固耦合状态下井壁破损数值计算参数。基于此开展0.05、0.10、0.20、0.40 MPa孔隙水压影响下井壁破损透水全过程细观数值分析，发现孔隙水压增大使井壁承受的临界侧向荷载依次降低5.88%、17.65%、23.53%，屈服强度附近试件内部裂纹发展明显加速，裂纹不断扩展、贯通，最终形成沟通井壁内外侧壁的透水通道。0.40 MPa孔隙水压下透水通道率先出现，相对于其他3种孔隙水压提前了2.67、2.53、1.67倍计算步，说明孔隙水压越大裂纹扩展速率越快，裂纹扩展路径先径向后环向。声发射监测表明井壁破损透水前夕，事件数量先逐步增大再持续保持高位，破损后应力得到释放，声发射事件频率及数量骤降，该信号特征可作为现场井壁破损透水监测依据，为井壁突水预防和治理提供依据。

来源：2023年第10期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

查看煤田地质与勘探杂志2023年第10期