針對工作面開采過程中上覆弱膠結(jié)古近系砂礫巖含水層易導(dǎo)致潰水潰砂事故的問題,以西部某礦井21-1煤層開采過程為研究背景,研究確定了安全開采煤層厚度,以降低工作面發(fā)生潰水潰砂事故的可能性。利用離散元顆粒流PFC3D軟件構(gòu)造工作面三維模型,依據(jù)工作面現(xiàn)場測得的宏觀參數(shù),通過宏細(xì)觀參數(shù)轉(zhuǎn)換公式轉(zhuǎn)換成細(xì)觀參數(shù)導(dǎo)入三維模型中,模擬工作面在開采厚度為2、4、6、8 m時(shí)水砂混合物流動的情況,從而分析工作面發(fā)生潰水潰砂災(zāi)害的可能性。結(jié)果表明:從潰水潰砂通道發(fā)育過程及含水層水壓變化2個(gè)角度分析,煤層開采厚度為2、4 m時(shí),潰水潰砂通道沒有貫通到工作面,含水層水壓還存在一定的壓力,此時(shí)發(fā)生潰水潰砂事故的概率較小,而煤層厚度為6、8 m時(shí),工作面與砂層之間豎向裂隙出現(xiàn)貫通,潰水潰砂通道形成,含水層水壓在最終開采階段逐漸降低至0,工作面發(fā)生潰水潰砂等災(zāi)害的概率較大,因此選擇最優(yōu)開采煤厚是降低潰水潰砂事故發(fā)生可能性的有效措施。研究為相似礦井工作面選取開采煤層厚度與防治潰水潰砂災(zāi)害提供理論支持。

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【部分圖文】：

圖1 PFC計(jì)算循環(huán)示意

20世紀(jì)80年代，CUNDALL等[14]提出了顆粒流離散元方法(DiscreteElementMethod)，以此作為基礎(chǔ)結(jié)合牛頓第二定律，Itasca公司開發(fā)了可模擬非連續(xù)性顆粒物質(zhì)結(jié)構(gòu)及運(yùn)動定律的DEM軟件PFC3D。離散元PFC模擬軟件的計(jì)算原理是運(yùn)用時(shí)步迭代的方式，....

圖2 平行黏結(jié)模型原理[15]

圖1PFC計(jì)算循環(huán)示意在模擬水砂混合流動時(shí)，砂顆粒與水之間不僅存在相對速度，還受到水黏滯性的作用，水砂兩相之間將產(chǎn)生作用力。當(dāng)水相速度大于砂粒速度時(shí)，砂顆粒受到水的拖曳力，水也受到砂顆粒所帶的阻力作用。因此，假設(shè)砂顆粒全部為球形顆粒、不可壓縮性流體，且不考慮溫度等外在因素，則水....

圖3 潰水潰砂模擬模型

根據(jù)現(xiàn)場所給地質(zhì)柱狀圖，構(gòu)建三維模型，如圖3所示。模型長120m，寬120m，高65m，共計(jì)10層，由于煤層平均角度為6°，則視為近水平煤層，將不再設(shè)置煤層傾角。模型上部邊界增加水壓1.25MPa，由于模型只允許顆粒沿著垂直方向進(jìn)行移動，因此，底部邊界設(shè)置為固定邊界，限制顆....

圖4 水壓測量圓布置

根據(jù)PFC3D模擬軟件特點(diǎn)，在模型上方含水層布置測量圓[21-23]，監(jiān)測上方邊界水壓在不同煤層采厚情況下的變化情況，測量圓布置如圖4所示。模型測量圓粒徑均為8m，測量圓布置長為120m、寬120m、高8m。測量圓只布置在含水層內(nèi)部。測量圓將始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，前、后、頂、....

本文編號：4036536