文摘

当上覆岩层的崩溃列被工作面,岩溶陷落柱的粮食损失地下水溶解和腐蚀的发生,从而诱发突水灾害。测试样品准备基于分形理论和Talbol分级理论和破碎岩石的渗流演化法则崩溃列在三轴应力进行了研究,采用三轴渗透试验设备。此外,破碎的岩石渗流力学模型的建立和计算COMSOL多重物理量,和质量损失条件下的输水通道崩溃列进一步阐明。研究结果表明,质量是成反比的赔付率Talbol权力指数,和粮食质量损失率Talbol力量指数的增加而降低。在渗透过程中,孔隙结构的演变与粒度分布有关。与Talbol力量指数的增加,总孔隙度增加。粮食稳定渗流损失的损失是一个内部因素。流动速度加快,渗流通道相互沟通诱发突水灾害。

1。介绍

陷落柱是一种特殊的华北煤田的地质结构。采矿扰动下的工作面和上覆含水层,陷落柱往往被激活,成为通路上覆含水层和采场之间,威胁着煤矿的安全(1]。扩展的煤矿,在陷落柱突水灾害更加严重(2]。突水反映渗流稳定和损失的水在一个破碎的岩石开采扰动下。

许多专家和学者在这方面做了许多研究。阴et al。3)建立了一个厚壁圆筒陷落柱的力学模型,获得了突水的理论判据。白等。4)“塞模型”,提出了流体结构multifield耦合的影响也应该被认为是(5]。朱和魏6和杨et al。7]研究了突水与COMSOL多重物理量和研究的形成过程和演化规律的工作面突水通道。朱的渗透性特征,研究et al。8),陈等人。9马,et al。10,11吴,et al。12)进行了实验室研究破碎岩石的渗透率特征随着时间的推移,取得这方面的变化规律。Zhang et al。13,14]使用改进的渗透测试设备获得粮食变化规律和分布特征的填充物崩溃列分级加载条件下和不同的水压力。Yu et al。15]分析了盐含量等因素的影响,水泥含量、岩石粒度分布对渗透率特征。冯et al。16]分析了渗透率特征和水侵入,并获得质量损失与渗透率的变化规律。Zhang et al。17)研究了在煤炭开采压力梯度与渗透率的关系。

然而,围压的变化规律与三轴应力下的渗流特征很少被认为是在以前的渗透测试;除此之外,在破碎的颗粒胶结并不认为在他们中的大多数18- - - - - -21]。在实际工程中,陷落柱是一种巩固身体逐渐压实和充填胶结形成的22- - - - - -24]。因此,本文研究了破碎岩体的渗流演化规律下采矿行动,如不同围压、压实和胶结程度、岩体破碎的粒度分布。

2。实验室测试

2.1。测试系统

自主研发的渗透设备系统(数字1和2采用),它包含五个主要部分,即围压加载系统,由液压手动泵和液压流量计,提供稳定、可调围压;渗透压力控制系统;这个实验的洞察者是核心设备;数据采集;和填充颗粒收集系统主要由滤网,烤箱,电子秤。

2.2。样品制备

在测试前,标准筛分机用于屏幕6种破碎岩石颗粒直径根据实际情况,对不同粒度和样品图所示3。根据Talbol理论公式,岩石粒度的颗粒质量分布范围的每个尺寸(表1)。

2.3。法律的粮食质量损失

图4反映了进化定律每个样本的质量损失速率颗粒作用下不同的同轴位移。这主要是由于小样品,和大颗粒样品质量比例很小。示例中的残余岩石颗粒流出,和质量的变化率逐渐减小。

我们可以看到在图5,小粒径的质量损失占很大一部分颗粒迁移过程,逐渐和谷物的质量损失随Talbol指数的增加而减小 。晶粒尺寸范围为0 ~ 0.25毫米是最明显的,和各级失去了谷物的质量为51.28,38.71,30.62,和26.13 g。

2.4。粮食损失孔隙度的影响

图6显示了孔隙度在渗透过程中时间曲线。孔隙率随轴向位移增大而减小(轴向位移很小)和低程度的压实。样品的孔隙度随轴向位移的增大而减小。更高的在压力的作用下,岩石样本更大的变形,突水通道被阻塞,细粒需要克服克服更大的阻力。

2.5。不同胶结强度对渗流特性的影响

图7(一)显示进化速率的质量损失与各种结合的优势。样本的因素大大提高样品的粘接强度的降低。颗粒之间的相互作用小,样品的孔隙结构稳定性较低。

图7 (b)显示样品的孔隙度演化与不同胶结强度。样品的孔隙结构的稳定性与低胶结强度降低,孔隙度增加明显。

渗透测试表明,颗粒迁移质量渗漏的原因和损失和突水的关键因素。为主要水通道渗流灾害后,整个突水过程包含初始渗透,渗透,和渗流稳定,如图8。

3所示。变质量力学模型崩溃列

3.1。建立力学模型

3.1.1。流体运动方程

流体的运动方程

的公式,达西代表了流体的速度;代表了流体的动力粘度;代表了孔隙压力;代表了渗透率;代表重力方向的单位向量。

3.1.2。质量守恒方程

谷物的质量守恒

的公式,代表了裂缝宽度,表示矩阵块的孔隙度,代表了悬浮颗粒的体积浓度表示矩阵块的边长。

3.1.3。在流体质量守恒

3.1.4。孔隙度演化方程

(我)Vardoulakis等人总结了多孔介质的解散和先前的研究结果给下孔隙演化的控制方程下多孔介质的腐蚀颗粒迁移

的公式,是一个常数,然后呢代表了渗流速度绝对值。

3.1.5。数值计算模型

图9计算模型。模型直径8米,高度为40米,底水压力是2 MPa;渗流边界条件设置,即边界水压力越低 MPa;顶部边界水出口;将气压的压力, MPa;和左和右边界是不透水边界。六个时间点0年代,4000年代,8000年代,12000年代,16000年代和20000年代被选为监测时间点计算,并选择一个位置在底部,中间,和顶级监视点,respectively-point 2(4.5, 20)和域点3 (4.5,34.5)。颗粒的迁移模型,设置相应的边界条件,即较低的边界是狄利克雷边界和上限是纽曼边界。初始条件是较低的孔隙水压力边界是2 MPa,上限是气压0.1 MPa,谷物的初始体积分数模型毛孔 ,和基质孔隙度满足韦伯分布 。的主要参数表2。

3.2。数值模拟结果

3.2.1之上。孔隙度的变化规律

图10是一个云计算孔隙度分布在不同时期的地图。很明显,12000年代前的孔隙结构是相对稳定的。海拔的渗透时间,逐渐破碎的岩石颗粒迁移,和内部孔隙和骨架结构逐渐损坏。此外,细颗粒迁移,在破碎的岩石渗流特性得到改善,从而形成了一个潜在的输水通道。根据孔隙度变化方程,大规模移民是造成孔隙度变化的主要因素,大规模移民越快,孔隙度变化越快。

3.2.2。渗透率的变化规律

图11是一个云渗透率随时间变化的地图。首先很明显,渗透率增加缓慢。之前 年代,最大磁导率 米²。后 年代,渗透率增加迅速,和的最大渗透率模型 米²,增加范围是20.1倍。破碎的岩石内部崩溃列丢失,和几个不连续的渗流通道形成。

4所示。结论

(1)基于分形理论和测试样本Talbol分级理论准备,以及自主研发的破碎岩石渗流设备是用来分析破碎岩体的渗流演化规律在三轴应力下的陷落柱。质量损失速率成反比和轴向位移,粮食质量损失率增加的价值减少(2)作为价值增加,孔隙度增加作为一个整体。粮食损失成为内部因素的稳定渗流的崩溃列。水腐蚀的影响下,颗粒内部崩溃列不断迁移和丢失,形成几个不连续的渗流通道(3)基于流体力学和COMSOL多重物理量,陷落柱的力学模型,建立了澄清的输水通道的发展过程。水腐蚀的作用下,破碎的岩体内部崩溃列丢失,和几个不连续的渗流通道形成

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作得到了国家自然科学基金(52004082),该项目为河南省高校科技创新团队(23 irtsthn005),河南省重点实验室项目的地下工程和防灾(河南理工大学),教育部的工业大学合作教育项目(220901665160408)、教育教学改革的研究与实践项目2022年河南理工大学(正常Finance-44)。