矿井突水模拟研究：流固耦合模型在陷落柱突水分析中的应用

"流固耦合模型用于陷落柱突水的数值模拟研究 (2009年) - 采动岩体动力学失稳与渗流突变是矿井突水的主要原因，本文提出了一种考虑非均质性和耦合效应的流固耦合本构关系，并开发了相应的模拟软件系统。" 这篇论文详细探讨了矿井突水现象，特别是陷落柱突水的问题。采动岩体动力学失稳是指矿井开采过程中，地下岩石结构因应力变化而引起的不稳定状态，这通常会导致岩体破裂和变形。而渗流突变则指地下水流动状态的突然变化，当这两者同时发生时，可能导致矿井突水灾害。作者以岩体的损伤演化作为研究主线，深入研究了这一过程。 论文中提出的流固耦合模型是解决这个问题的关键。流固耦合模型考虑了岩体的非均质性，这意味着模型能够反映岩石内部结构的不均匀性，这对理解渗流和变形行为至关重要。此外，模型还考虑了渗流与变形之间的耦合作用，即地下水流动如何影响岩石的力学特性，以及反过来岩石变形如何改变地下水的流动路径。这种耦合效应在模拟矿井环境中的水动力学行为时显得尤为关键。 为了实现这一模型，研究人员利用COMSOL Multiphysics平台，并通过MATLAB编程进行扩展，开发出了一套专门用于突水模拟及突水危险性评价的软件系统。这套系统能够在计算机上重现陷落柱突水的整个过程，提供直观的可视化结果，有助于分析突水的动态特征。 论文应用该模拟系统对范各庄矿的陷落柱突水事件进行了实例分析。通过对数值模拟结果的分析，不仅能够评估陷落柱突水的危险程度，还能揭示突水发生的具体机制。这些发现对于预测和预防矿井突水事故，提高矿井安全具有重要意义。 这篇论文通过流固耦合模型深入研究了陷落柱突水问题，提出了新的本构关系，并开发了相应的数值模拟工具。这一工作为矿井水文地质学和采矿工程提供了理论依据和技术支持，对于理解和防治矿井突水灾害具有重要的实践价值。关键词包括：突水、陷落柱、损伤演化和数值模拟，这些都反映了研究的核心内容。