帶壓開采底板變形破壞規(guī)律的三維相似模擬研究

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1、第24卷第23期巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)Vol.24No.232005年12月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringDec.，2005帶壓開采底板變形破壞規(guī)律的三維相似模擬研究弓培林，胡耀青，趙陽升，楊棟(太原理工大學(xué)采礦工藝研究所，山西太原030024)摘要：提出了圍巖應(yīng)力場及滲流場耦合作用的相似理論，研制了部分典型材料的固–流耦合相似配比，研制了三維固–流耦合相似模擬試驗(yàn)臺(tái)，完善配套了加載系統(tǒng)、測試系統(tǒng)、開采系統(tǒng)和滲流場的模擬與測試系統(tǒng)。采用大型三維固–流耦合模擬試驗(yàn)臺(tái)對(duì)太原市東山煤礦一采

2、區(qū)帶壓開采進(jìn)行了模擬，得出了一系列的規(guī)律及結(jié)論。重點(diǎn)討論了煤層底板的應(yīng)力、位移隨工作面開采的變化規(guī)律；得出煤層底板的應(yīng)力、位移一直處于動(dòng)態(tài)變化過程，分析了其變化的頻度與幅度及其原因，為帶壓開采突水防治提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：采礦工程；固–流耦合；模擬研究；帶壓開采；底板變形破壞中圖分類號(hào)：TD322文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000–6915(2005)23–4396–07THREE-DIMENSIONALSIMULATIONSTUDYONLAWOFDEFORMATIONANDBREAKAGEOFCOALFLOORONMININGABOV

3、EAQUIFERGONGPei-lin，HUYao-qing，ZHAOYang-sheng，YANGDong(InstituteofMiningTechnology，TaiyuanUniversityofTechnology，Taiyuan030024，China)Abstract：Thesimilaritytheoryoncouplingofsolidandliquidisputforward；andapartoftypesimulationmaterialhasbeenmade.Thesimilaritymodelingresem

4、blesimulationexperimentequipmentof3Dcouplingonsolidandliquidisoriginated；andtheloadingsystem，testingsystem，miningsystem，flowareasimulationanditstestingsystemhavebeenperfected.Then，usingthe3Dsolid-liquidcouplingsimulationbedstead，thelawfordeformationandbreakageofcoalfloo

5、ronminingaboveaquiferofDongshanColliery，Taiyuan，hasbeenstudied.Thelawofdeformationandthebreakageofcoalfloorvarywithcoalminingarediscussed.Thestressanddeformationofcoalfloorarechangeddynamically.Andthevaryingfrequency，therangeofstressanddeformationhavebeenanalyzed.Itprov

6、idestheoreticalfoundationforcoalminingaboveaquifer.Keywords：miningengineering；solid-liquidcoupling；simulationstudy；coalminingaboveaquifer；lawofdeformationandbreakage目前尚沒有成熟的理論用于指導(dǎo)承壓水上開采。采1引言場底板變形與破壞是底板突水的重要影響因素，相似模擬試驗(yàn)則是研究該課題的重要途徑之一。由于隨著礦井開采深度的延伸，采場底板突水日趨固–流耦合問題的復(fù)雜性，以往的研

7、究往往做不到嚴(yán)重，給礦井的生產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷滲流模擬，僅采用柔性加載模擬水壓力的外力等效[13，14]亡。多年來，礦業(yè)工作者一直致力于這方面的研究性。目前，尚未見到相關(guān)的滲流相似理論及滲[1～12]工作，但因我國地質(zhì)條件復(fù)雜，開采方法各異，流相似模擬試驗(yàn)研究成果。為此，本文設(shè)計(jì)了大型收稿日期：2005–07–05；修回日期：2005–09–21基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50434020)；太原理工大學(xué)基金資助項(xiàng)目作者簡介：弓培林(1966–)，男，1987年畢業(yè)于山西礦業(yè)學(xué)院采礦工程專業(yè)，現(xiàn)任副教授，主要從事巖石

8、力學(xué)、采礦工程方面的教學(xué)與研究工作。E-mail：plgong@126.com。第24卷第23期弓培林等.帶壓開采底板變形破壞規(guī)律的三維相似模擬研究?4397?三維固–流耦合模擬試驗(yàn)臺(tái)，研制了固–流耦合模擬材料及系統(tǒng)，初