煤矿地下水库底板渗流模拟试验系统研发与验证

"煤矿地下水库底板渗流模拟试验系统研制及验证-论文" 本文主要探讨了在响应国家对西部煤炭绿色开发的号召下，煤矿地下水库技术在西部矿区的应用及其面临的科学挑战。煤矿地下水库作为一种创新技术，旨在促进煤炭资源开发与生态环境及水资源保护的协调发展。然而，其底板在应力-渗流耦合条件下的渗流规律和破坏特征仍需深入研究。 为了研究这些问题，科研人员开发了一套底板渗流模拟试验系统。该系统由三个核心部分组成：伺服稳压控制系统、试验箱系统和计算机监测与数据采集系统。伺服稳压控制系统使用气体压力模拟地下水库中的水体压力和上覆岩层的矿山压力，能精确控制0至0.8 MPa的压力范围。试验箱系统采用钢架结构，可模拟不同水位高度下的流固耦合现象，最大试验模型尺寸达到1000 mm × 600 mm × 500 mm。 研究人员以神东矿区的一个具体煤矿地下水库为背景，进行了底板渗流的相似模拟试验。试验结果显示，孔隙水压力和渗流量的数据能够宏观反映岩层的渗流状况。孔隙水压力的变化通常经历五个阶段：初始维持、增大、峰值波动、衰减和稳定，最大增幅可达0.8 kPa，稳定阶段后，孔隙水压力与初始值的差异约为0.1 kPa。此外，不同位置和不同层位的测点显示出相似的孔隙水压力变化趋势，影响因素包括测点位置、模拟岩层性质、渗透率以及材料的非均匀性。 渗流量的大小则受到过流断面面积和渗透系数的直接影响，试验中观察到的最大渗流量范围在14至15 mL/s之间。这些发现不仅验证了试验系统的合理性和实用性，也为理解和预测煤矿地下水库底板的渗流行为提供了重要依据，有助于解决西部矿区绿色发展中的关键技术问题。 关键词：底板渗流；模拟试验系统；地下水库；流固耦合；孔隙水压力 这篇论文属于煤炭工程领域，重点关注了地下水库底板的渗流特性及其模拟试验方法，对于理解地下水动力学、地质力学以及煤炭开采过程中的水资源管理具有重要意义。通过模拟试验，研究人员能够更好地预测和控制潜在的环境影响，确保煤炭资源的可持续开发。