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河下浅埋厚煤层采动覆岩裂隙-涌水量时空演化的FDEM-CFD耦合分析

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煤炭科学技术 2024年第6期52卷 176-184页

作者：杨泽斌李浩马立强麦龙泉太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室山西太原030024 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州211116

河下浅埋厚煤层采动覆岩裂隙分布与涌水量是工作面安全生产的决定性因素之一。数值模拟是二者重要预测方法,其合理性的关键在于建立岩体破坏-裂隙流体耦合理论及相应的模拟方法。以路家村矿15404工作面为研究背景,构建拉/剪应力下非贯... 详细信息

河下浅埋厚煤层采动覆岩裂隙分布与涌水量是工作面安全生产的决定性因素之一。数值模拟是二者重要预测方法,其合理性的关键在于建立岩体破坏-裂隙流体耦合理论及相应的模拟方法。以路家村矿15404工作面为研究背景,构建拉/剪应力下非贯通裂隙开裂、贯通裂隙的法向与切向本构关系,并基于二相流质量守恒、动量守恒与状态方程,结合增强的浸没边界算法识别流-固界面,通过流体体积法实现裂隙内流体自由面的追踪和重构。在此基础上形成FDEM-CFD河下采煤覆岩裂隙与涌水量预测数值模型耦合程序,通过相邻工作面地面钻孔冲洗液消耗量观测法验证导水裂隙带发育高度,以及采用大井法理论对涌水量结果进行对比。结果表明:采动岩体破坏-裂隙流体耦合理论及相应的FDEM-CFD程序,可数值实现河下浅埋厚煤层采动覆岩裂隙形成,以及裂隙内流体运移过程。当工作面推进至80~120 m时覆岩内形成贯通地表的导水裂隙。招山河水的主要下泄路径为工作面后方8~20 m位置处的导水裂隙,其斜向采空区、倾角65°~72°。模拟所得采空区涌水量为18.78 m^(3)/h,与大井法计算结果接近。上述成果在路家村矿区得到初步应用,为进一步开展河下浅埋厚煤层防治水工程提供理论支撑。

关键词：河下浅埋煤层覆岩裂隙涌水量本构模型 FDEM-CFD耦合

长壁工作面支架阻力与涌水量时间序列数据联动关系分析

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煤炭学报 2023年第S02期48卷 669-679页

作者：范钢伟李其振张东升中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

长壁工作面矿压与涌水量间的数据联动关系是实现基于矿山多源信息融合进行开采参数动态决策和灾害智能预警的基础内容之一。基于工作面支架阻力与涌水量现场数据,建立了时间序列GARCH模型,从静态和动态角度挖掘出矿压与涌水量之间的联... 详细信息

长壁工作面矿压与涌水量间的数据联动关系是实现基于矿山多源信息融合进行开采参数动态决策和灾害智能预警的基础内容之一。基于工作面支架阻力与涌水量现场数据,建立了时间序列GARCH模型,从静态和动态角度挖掘出矿压与涌水量之间的联动性和数据结构特征,提出了基于Almon分布模型的支架工作阻力与涌水量的滞后联动时间计算方法。研究结果表明:工作面回采期间工作面涌水量峰值和支架阻力之间具有显著的时变关联性;工作面支架阻力变动率和涌水量变动率均呈现非正态分布且具有波动集聚性和自相关性;在平稳时间序列ADF单位根检验、格兰杰因果检验和自相关检验的基础上,构建了支架阻力与涌水量数据的ARMA-GARCH-t-Copula边缘分布组合模型,确定了采用Clayton-Copula函数来描述两者数据的非对称相关结构特征和数据联动程度,可以捕捉到工作面支架阻力处于下降趋势或者剧烈波动时数据联动性更强,即顶板发生来压时,工作面涌水量也将出现峰值拐点;从动态角度建立了DCC-GARCH分析模型,案例工作面支架工作阻力和涌水量动态系数在-0.2649~0.2649波动,总体波动具有正联动性和长期协整关系;通过PDL估计模型对Almon分布滞后模型的参数进行了分析,提出了工作面支架阻力和涌水量数据滞后期的计算方法。研究成果可为长壁开采涌水量动态预测与智能预警提供基础数据分析模型。

关键词：长壁开采支架阻力涌水量数据关联边缘分布组合模型滞后模型

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富水裂隙围岩隧道涌水量计算方法与规律分析

哈尔滨工业大学学报 2024年第3期56卷 110-116页

作者：傅鹤林安鹏涛伍毅敏李鲒陈龙中南大学土木工程学院长沙410075 高速铁路建造技术国家工程实验室(中南大学) 长沙410075

富水裂隙区隧道涌水量预测精度较差,涌水问题尚未得到较好的解决。针对此问题,视裂隙围岩及注浆区为非均质各向异性介质,初期支护及二次支护结构为均质各向同性介质,构建了裂隙围岩下隧道涌水简化计算模型,基于地下水力学理论及流体质... 详细信息

富水裂隙区隧道涌水量预测精度较差,涌水问题尚未得到较好的解决。针对此问题,视裂隙围岩及注浆区为非均质各向异性介质,初期支护及二次支护结构为均质各向同性介质,构建了裂隙围岩下隧道涌水简化计算模型,基于地下水力学理论及流体质量守恒定律推导了富水裂隙区隧道涌水量计算公式。通过退化分析及案例工程现场实测数据验证了构建富水裂隙区隧道涌水简化计算模型的合理性及涌水量计算式求解的正确性,最后基于解析解揭示了各特征参数对富水裂隙区隧道涌水的影响规律,探讨了富水裂隙区隧道涌水机制。结果表明:理论计算值与现场实测值最大相对误差为8.1%,验证了构建模型的合理性及公式推导的正确性;隧道涌水量随裂隙最大宽度的增加而增大,受堵水结构的联合制约,两者近似呈线性关系;注浆区厚度与隧道半径比值在2倍以内时,隧道涌水量受注浆区厚度的影响显著;富水裂隙区隧道涌水受裂隙分布规律及支护结构的制约,应重视对裂隙分布的调查。

关键词：富水裂隙涌水量注浆加固涌水灾害支护结构

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疏干条件下隧洞涌水量及孔压分布解析研究

岩土工程学报 2020年第10期42卷 1894-1902页

作者：吴建周志芳庄超河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100

隧洞涌水和孔隙水压力计算一直是地下工程领域最为关注的焦点问题,然而对于疏干条件下隧洞涌水量及衬孔隙水压力的变化规律仍未得到很好的解决。针对浅埋、深埋及衬砌隧洞分别进行解析分析,然后利用数值计算方法反算出关键参数(影响距... 详细信息

隧洞涌水和孔隙水压力计算一直是地下工程领域最为关注的焦点问题,然而对于疏干条件下隧洞涌水量及衬孔隙水压力的变化规律仍未得到很好的解决。针对浅埋、深埋及衬砌隧洞分别进行解析分析,然后利用数值计算方法反算出关键参数(影响距离、等效地下水位及衬砌等效地下水位)的计算公式,进一步提出了隧洞涌水量的解析公式,探讨了孔隙水压力的分布规律。结果表明,疏干条件下隧洞涌水量取决于隧洞半径、初始地下水位高度及围岩与衬砌相对渗透性,其中围岩与衬砌相对渗透性起到决定性因素;衬砌圈显著改变了隧洞涌水量大小与外水压力分布规律,随着相对渗透性的增大,孔压解析解与数值解的拟合程度逐渐提高;通过与传统解析公式及数值的相互对比,提出的解析公式真实刻画了浅埋、深埋和衬砌隧洞渗流场特征,计算结果更加合理和准确。

关键词：隧洞涌水量孔隙水压力解析公式数值模拟

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基于裂隙渗流效应的水封油库涌水量预测分析

岩土力学 2022年第4期43卷 1041-1047,1082页

作者：蒋中明肖喆臻唐栋何国富许卫长沙理工大学水利工程学院湖南长沙410114 长沙理工大学水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室湖南长沙410114 长沙理工大学洞庭湖水环境治理与生态修复湖南省重点实验室湖南长沙410114 中石化上海工程有限公司上海200120 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司湖南长沙410014

准确预测洞室涌水量和库区渗流场的空间分布特征是确保地下水封油库施工期安全性和运行期经济性的基础性工作之一。为真实地反映地下水封油库围岩随机分布裂隙的渗流效应对涌水量预测和渗流场空间分布特性的影响,提出了一种基于嵌入裂... 详细信息

准确预测洞室涌水量和库区渗流场的空间分布特征是确保地下水封油库施工期安全性和运行期经济性的基础性工作之一。为真实地反映地下水封油库围岩随机分布裂隙的渗流效应对涌水量预测和渗流场空间分布特性的影响,提出了一种基于嵌入裂隙单元模型(EFE模型)的裂隙岩体渗流分析方法,并采用该方法对湛江水封油库的三维渗流场进行了计算分析,通过对比工程实测资料,验证了所提出方法的可靠性,进而预测了实例工程在运行期的涌水量。计算结果表明,EFE模型能够较好地模拟裂隙对洞室岩体局部渗流场的影响,反映库区渗流场及洞室涌水量空间分布不均匀的特性。研究成果可为水封洞库渗控措施的精准设计以及运行期污水处理设施配套设计工作提供参考。

关键词：地下石油洞库裂隙岩体嵌入裂隙单元模型各向异性涌水量

基于固流耦合理论的覆岩破坏特征及涌水量预计的数值模拟

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煤炭学报 2009年第5期34卷 610-613页

作者：张玉军煤炭科学研究总院开采设计研究院北京100013

通过FLAC3D的流固耦合功能建立了计算模型,模拟了在多含水层及海水等大型水体条件下,煤层开采过程中顶板破坏场、孔隙水压力分布以及在动态开采中水流矢量分布.并在此基础上,通过FLAC3D内置Fish函数,计算了开采过程中工作面最大涌水量.... 详细信息

通过FLAC3D的流固耦合功能建立了计算模型,模拟了在多含水层及海水等大型水体条件下,煤层开采过程中顶板破坏场、孔隙水压力分布以及在动态开采中水流矢量分布.并在此基础上,通过FLAC3D内置Fish函数,计算了开采过程中工作面最大涌水量.结果表明,随着开采形成的断裂带和含水层沟通,含水层水向采空区渗入,在前方煤壁处发生突水,并计算得到工作面最大涌水量为15.5 m3/h.

关键词：固流耦合覆岩破坏涌水量孔隙水压力含水层

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渝怀线武隆隧道岩溶涌水量计算新方法

中国铁道科学 2005年第5期26卷 41-46页

作者：李苍松何发亮陈成宗西南交通大学土木工程学院四川成都610031 中铁西南科学研究院四川成都610031

以三重空隙介质理论和化学动力学水文地质理论为基础,根据武隆隧道的岩溶水文地质条件,将岩溶含水介质空隙分为三种基本类型,提出折算渗透系数KL的概念,并根据变通后的达西公式将三种空隙介质中存在的不同流态耦合于达西—非达西流控制... 详细信息

以三重空隙介质理论和化学动力学水文地质理论为基础,根据武隆隧道的岩溶水文地质条件,将岩溶含水介质空隙分为三种基本类型,提出折算渗透系数KL的概念,并根据变通后的达西公式将三种空隙介质中存在的不同流态耦合于达西—非达西流控制方程,提出一种新的岩溶隧道涌水量计算方法。利用该方法进行隧道岩溶涌水量计算主要有两大优点:一是可进行分段隧道岩溶涌水量计算;二是计算中最关键的参数折算渗透系数KL容易获取。

关键词：隧道岩溶涌水量三重空隙介质化学动力学水文地质

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基于流固耦合理论的隧道涌水量预测

东北大学学报（自然科学版） 2011年第5期32卷 745-748页

作者：郭牡丹王述红荣晓洋杨昊东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819

涌水量是富水位隧道设计和施工的一个重要参数.结合大伙房水库输水工程的实际地勘资料,建立与实际相符合的三维涌水量数值模型,运用流固耦合理论对该工程进行数值模拟分析.同时,利用FLAC3D内置的FISH函数编程计算出了15＋720~15＋797工... 详细信息

涌水量是富水位隧道设计和施工的一个重要参数.结合大伙房水库输水工程的实际地勘资料,建立与实际相符合的三维涌水量数值模型,运用流固耦合理论对该工程进行数值模拟分析.同时,利用FLAC3D内置的FISH函数编程计算出了15＋720~15＋797工程段的最大涌水量和经常涌水量.计算结果表明：断层带施工前方水流流速较大,易发生涌水灾害;预测出的涌水量与现场实测值比较吻合,具有很好的参考价值.因此,施工过程中要加强前方地下水的探测,及时采取注浆止水措施,以防涌水事故的发生.

关键词：大伙房水库输水工程流固耦合涌水量数值模拟

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隧道开挖过程涌水量的动态模拟

现代隧道技术 2015年第5期52卷 125-130,144页

作者：李豫馨夏强许模张强成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都610059

文章利用MATLAB软件对地下水流模拟程序MODFLOW进行了二次开发,将施工过程中不断掘进的隧道视为动态变化的边界条件,从而实现了理想条件下的隧道涌水量的动态模拟。将3种渗透系数场导入模型计算,结果表明:渗透系数场的非均质性对模拟有... 详细信息

文章利用MATLAB软件对地下水流模拟程序MODFLOW进行了二次开发,将施工过程中不断掘进的隧道视为动态变化的边界条件,从而实现了理想条件下的隧道涌水量的动态模拟。将3种渗透系数场导入模型计算,结果表明:渗透系数场的非均质性对模拟有较大影响,在隧道揭露导水带时会发生涌水事件,之后总涌水量将经历衰减,直至下一次涌水事件发生;隧道某确定位置的最大涌水量发生在隧道开挖初时,随着隧道继续开挖该点的涌水量呈现负指函数衰减,衰减规律和初始流量相关,也与模拟区的渗透系数场分布有关。该研究为隧道施工过程涌水量预测提供了一定的理论参考,但还需根据实际的地层岩性、构造条件、工程施工进度等来改进模型,以期实现针对隧道工程实例的实时预报。

关键词：隧道涌水量动态预测 MODFLOW