骨料灌注法的接顶溃坝机制及其在煤矿突水截流中的数值模拟研究

本文针对煤矿突水截流堵巷过程中骨料灌注的"接顶-溃坝"机制进行深入研究。传统的研究方法缺乏直观有效性，作者创新地采用了CFD (Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学) 和 EDEM (Discrete Element Method，离散元方法) 这两种数值模拟技术，构建了两相流耦合模型。实验首先在静水和动水环境下对单孔连续灌注进行了细致的分析，结果显示细骨料在搬运和铺底阶段表现出更好的性能。 通过多孔灌注试验，研究者揭示了骨料在接顶过程中的动态行为：当流量较小时，钻孔间会出现大量未充填区域；随着流量增大，骨料会从孔口水平扩展，直至相邻孔道连通，形成接顶，并逆流向上游发展，最终实现整个巷道的接顶。骨料接顶的力学机制被通过引入颗粒拱的概念进行阐述，同时提出骨架的剪切失稳模型，用来解释骨料堆积体在渗透失稳时的运动方式。 该研究还关注到实际工程中的应用差异，即静水截流与动水截流在工程投入和施工难度上的区别。作者指出，在动水截流情况下，由于水压作用，可能需要经历多次溃坝和反复灌注才能达到最终的成功截流。这一发现对于优化水害防治策略具有重要意义，尤其是在处理复杂水文条件下的矿井安全问题。 关键词涵盖了阻水墙、骨料灌注、截流堵巷、数值模拟以及流固耦合等多个核心概念，反映出这项研究的全面性和实用性。本文的研究成果对于改进煤矿灾害防治技术和提高施工效率具有重要的理论指导价值。