原煤滲透特性流固耦合實驗研究和防水煤柱穩(wěn)定性分析.pdf

1、破碎原煤松軟，鉆芯取樣困難，盡管型煤加工容易實現(xiàn)，但型煤與原煤樣在孔、裂隙結(jié)構(gòu)上存在很大差異，不能很好地反映原煤的滲透特性。本論文提出一種酚醛樹脂包裹原煤試件的制作方法，采用酚醛樹脂包裹原煤試件，進行受壓狀態(tài)下原煤的滲透試驗，得到原煤滲透性的流固耦合經(jīng)驗公式。采用 FLAC3D軟件，通過編譯 FISH語言，構(gòu)建基于尖點突變理論的防水煤柱穩(wěn)定性流固耦合-強度折減法分析方法；結(jié)合河南新安煤礦采空區(qū)突水情況，通過數(shù)值模擬計算，得到不同采空區(qū)水

2、壓條件下防水煤柱的合理最小尺寸，本文的主要工作如下：
　　1）酚醛樹脂包裹原煤試件的配比分析和制作。針對原煤易破碎且不易成形，不利于進行應力-滲流耦合作用的實驗研究。酚醛樹脂常溫下力學性能穩(wěn)定，凝固后酚醛樹脂透明度較高，鑒于此，采用酚醛樹脂進行包裹煤樣，進行應力-滲流耦合實驗。該試件可真實地反映采煤工作面的煤體的裂隙結(jié)構(gòu)，為研究原狀煤體滲透性提供了個全新的試驗研究載體，解決了破碎煤體難于取樣或取樣尺寸受限的技術(shù)難題；同時酚醛樹脂包

3、裹原煤試件中原煤采用的是大尺寸不規(guī)則原煤，保證了煤體原有孔隙裂結(jié)構(gòu)基本不受擾動。
　　2）受壓條件下酚醛樹脂包裹原煤試件的滲透率測試。通過在酚醛樹脂包裹原煤試件表面分別施加平行于煤樣節(jié)理面和垂直煤樣節(jié)理面的荷載，測得不同應力加載方式、應力大小及水壓條件下原煤的滲流量。實驗研究發(fā)現(xiàn)：當施加應力平行原煤節(jié)理方向時，隨應力的增大，試樣滲透流量增加；當應力垂直原煤節(jié)理方向時，隨應力的增大而減少。通過對實驗數(shù)據(jù)進行擬合分析，構(gòu)建三維應力條件

4、下原煤滲透率的流固耦合方程。
　　3）河南新安煤礦防水煤柱穩(wěn)定性分析。針對河南大有能源股份有限公司新安煤礦突水事故頻發(fā)，詳細統(tǒng)計了新安煤礦的歷年突水情況，并對礦井突水原因進行分析。為探究新安煤礦防水煤柱的合理最小留設尺寸，從巖石力學和滲流力學出發(fā)采用流固耦合分析方法探討采空區(qū)防水煤柱在采動應力和高水力梯度作用下的流固耦合效應，通過引入流固耦合-強度折減法分析方法研究承壓采空區(qū)突水過程的流固耦合突變機理，在此基礎上通過分析計算得出不