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应力-损伤-渗流耦合下采动弱胶结覆岩渗透性演化规律
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作者 张世忠 范钢伟 +2 位作者 张东升 李文平 范张磊 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期1230-1240,共11页
应力-损伤-渗流耦合作用下弱胶结地层采动覆岩渗透性演化是影响矿井保水开采的重要因素。以新疆伊犁四矿21103工作面弱胶结地层条件为背景,选取侏罗系弱胶结泥岩、砂岩,在分析全应力应变过程中弱胶结岩石渗透率变化规律的基础上,明确了... 应力-损伤-渗流耦合作用下弱胶结地层采动覆岩渗透性演化是影响矿井保水开采的重要因素。以新疆伊犁四矿21103工作面弱胶结地层条件为背景,选取侏罗系弱胶结泥岩、砂岩,在分析全应力应变过程中弱胶结岩石渗透率变化规律的基础上,明确了弱胶结岩石孔隙结构、矿物组成对其渗透性的影响机理,建立了弱胶结岩石应力-损伤-渗流耦合模型,研究了采动弱胶结覆岩渗透性演化规律。结果表明:围压5 MPa内,弱胶结岩石初始渗透率高,压密阶段渗透率大幅下降,最大降幅达91.5%,这与其初始孔隙率高、孔径大直接相关。同时,弱胶结岩石最大渗透率及残余渗透率与初始渗透率相比增幅较小,最大比值分别为4.51和4.17,这与岩石中高岭石、蒙脱石等水敏矿物遇水膨胀泥化造成部分导水裂隙弥合有关;基于弱胶结岩石基质可压缩融合、破裂等假设,定义了损伤变量D,建立了弱胶结岩石应力-损伤-渗流耦合模型,有效表征了弱胶结岩石初始渗透率高而残余渗透率增幅较小的渗透特性;工程尺度下,弱胶结地层采空区在工作面回采后快速压实闭合,出现渗透率恢复区,且该区域渗透率仅为初始地层的1.1~1.2倍。当工作面连续推进长度大于面长时,覆岩渗透率增高区由“马鞍形”演化为“双V形”,并集中分布于开切眼前方及工作面后方25~30 m范围。研究结果可为弱胶结地层保水开采提供指导。 展开更多
关键词 保水开采 弱胶结地层 应力-损伤-渗流耦合 采动覆岩 岩石渗透率
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Elimination mechanism of coal and gas outburst based on geo‑dynamic system with stress–damage–seepage interactions 被引量:1
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作者 Lingjin Xu Chaojun Fan +4 位作者 Mingkun Luo Sheng Li Jun Han Xiang Fu Bin Xiao 《International Journal of Coal Science & Technology》 EI CAS CSCD 2023年第4期47-61,共15页
Coal and gas outburst is a complex dynamic disaster during coal underground mining.Revealing the disaster mechanism is of great signifcance for accurate prediction and prevention of coal and gas outburst.The geo-dynam... Coal and gas outburst is a complex dynamic disaster during coal underground mining.Revealing the disaster mechanism is of great signifcance for accurate prediction and prevention of coal and gas outburst.The geo-dynamic system of coal and gas outburst is proposed.The framework of geo-dynamic system is composed of gassy coal mass,geological dynamic environment and mining disturbance.Equations of stress–damage–seepage interaction for gassy coal mass is constructed to resolve the outburst elimination process by gas extraction with boreholes through layer in foor roadway.The results show the occurrence of outburst is divided into the evolution process of gestation,formation,development and termination of geo-dynamic system.The scale range of outburst occurrence is determined,which provides a spatial basis for the prevention and control of outburst.The formation criterion and instability criterion of coal and gas outburst are established.The formation criterion F1 is defned as the scale of the geo-dynamic system,and the instability criterion F2 is defned as the scale of the outburst geo-body.According to the geo-dynamic system,the elimination mechanism of coal and gas outburst—‘unloading+depressurization’is established,and the gas extraction by boreholes through layer in foor roadway for outburst elimination is given.For the research case,when the gas extraction is 120 days,the gas pressure of the coal seam is reduced to below 0.4 MPa,and the outburst danger is eliminated efectively. 展开更多
关键词 Coal and gas outburst Geo-dynamic system stressdamageseepage coupling Elimination mechanism Instability criterion Gas extraction
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近陷落柱深埋巷道掘进突水灾变演化规律研究
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作者 何峰 江泽标 林志斌 《矿业研究与开发》 CAS 北大核心 2023年第12期94-102,共9页
为研究深埋巷道掘进侧穿通过陷落柱时的突水灾变规律,以东庞井田2903工作面回风顺槽为研究对象,基于围岩应力-损伤-渗流耦合模型,采用FLAC3D软件研究了巷道掘进过程中陷落柱周边岩体位移、塑性区、渗透率以及涌水量的时空演化特征。在... 为研究深埋巷道掘进侧穿通过陷落柱时的突水灾变规律,以东庞井田2903工作面回风顺槽为研究对象,基于围岩应力-损伤-渗流耦合模型,采用FLAC3D软件研究了巷道掘进过程中陷落柱周边岩体位移、塑性区、渗透率以及涌水量的时空演化特征。在此基础上分析了不同陷落柱水压、陷落柱与巷道最小净距对陷落柱突水规律的影响。研究结果表明:近陷落柱深埋巷道侧穿通过陷落柱时,其近陷落柱帮以及顶底板位移会往陷落柱方向大幅扩展,最终导致陷落柱与巷道之间岩体发生整体滑移失稳,引发严重的突水灾害事故;近陷落柱深埋巷道掘进过程中,其突水特征具有滞后性、突发性以及大体量性;陷落柱水压对邻近巷道岩体塑性区扩展与导水裂隙通道形成具有明显的诱导作用,当水压超过临界值时,陷落柱与巷道之间的岩体将被冲出,其涌水量呈现跃迁式增长;陷落柱与巷道最小净距越小,陷落柱向巷道内发生突水的时间节点就越靠前,其涌水量也相对越大。 展开更多
关键词 陷落柱 深埋巷道 突水灾变规律 围岩应力-损伤-渗流耦合模型 FLAC3D
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碎软煤层大直径钻孔围岩损伤演化及瓦斯运移规律模拟研究 被引量:2
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作者 任仲久 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第1期92-101,共10页
针对碎软突出煤层瓦斯抽采效率低的问题,提出采用大直径钻孔抽采瓦斯以降低煤层瓦斯含量、预防瓦斯突出灾害。以瓦斯吸附运移、煤体变形和损伤的控制方程为基础,建立碎软含瓦斯煤层应力损伤—渗流耦合模型,反映瓦斯与煤层的耦合响应。利... 针对碎软突出煤层瓦斯抽采效率低的问题,提出采用大直径钻孔抽采瓦斯以降低煤层瓦斯含量、预防瓦斯突出灾害。以瓦斯吸附运移、煤体变形和损伤的控制方程为基础,建立碎软含瓦斯煤层应力损伤—渗流耦合模型,反映瓦斯与煤层的耦合响应。利用COMSOL Multiphysics软件模拟研究碎软煤层大直径钻孔围岩损伤演化及瓦斯运移规律,分析钻孔附近损伤区域内瓦斯含量变化及不同钻孔间距的抽采达标情况,对大直径钻孔间距进行优化。研究结果表明:大直径钻孔周围煤体中出现了较大范围的损伤破坏区,其渗透率大幅度增高,使瓦斯能够快速从损伤区域的煤体内运移至抽采钻孔中,为碎软煤层瓦斯高效抽采创造了条件。确定钻孔间距6 m、孔径300 mm的大直径钻孔进行瓦斯预抽,煤层瓦斯含量小于6.2 m^(3)/t,满足抽采达标条件,同时可降低施工费用。 展开更多
关键词 碎软煤层 大直径钻孔 应力损伤—渗流耦合 瓦斯抽采 数值模拟
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