深部煤层开采陷落柱突水机理：流固耦合作用研究

"深部煤层采动流固耦合效应下陷落柱突水机理研究" 本文主要探讨了在深部煤层开采过程中，由于采动流固耦合效应导致的陷落柱突水现象及其机理。淮北矿区的下组煤开采情况被作为研究案例，研究人员通过建立陷落柱突水模型，深入分析了这一问题。他们利用FISH语言对 FLAC3D（灵活三维离散连续法）进行了二次开发，以模拟不同工作面推进步距下的流固耦合效应。 在深部高应力和高承压水环境下，当工作面逐渐回采，陷落柱会发生侧向塑性破坏。随着开采的进行，这种破坏区域不断扩大，并与工作面前方的裂缝带相互作用。关键发现是，当工作面推进到约50米时，如果陷落柱距离仅30米，裂缝带与陷落柱的塑性破坏区将连通，形成一个突发性水通道，从而引发陷落柱突水事件。这一过程揭示了矿井深部煤层开采时，流固耦合如何影响陷落柱的稳定性，并可能导致严重的水害事故。 "深部采动"是指在地下深处进行的煤炭开采活动，这里的深度使得地层受到更大的压力和应力，增加了开采的复杂性和风险。"流固耦合"指的是流体（如地下水）与周围固体（如岩石或煤层）之间的相互作用，这种效应在矿井环境中尤为重要，因为它可以显著影响地层的稳定性。"渗透系数"是衡量岩石或土壤允许流体通过其孔隙的速率的一个参数，在分析陷落柱突水时，它决定了水分能否快速渗透到工作面。 "岩溶陷落柱"是由于地下水溶解岩层中的碳酸盐岩而形成的空腔，当上覆岩层垮塌时，这些空腔会形成陷落柱，成为矿井水害的重要来源。"突水机理"则涉及到水从陷落柱突然涌入矿井的物理过程，包括了流体动力学、地质结构以及采动扰动等多个因素。 该研究通过实证分析和数值模拟，详细阐述了深部煤层开采中流固耦合效应如何诱导陷落柱突水，为防止此类灾害提供了理论依据和预警方法。对于煤矿安全管理和防灾减灾具有重要的实践指导意义。同时，这也为未来更深入地理解和预测类似地质环境下的水文地质问题奠定了基础。