基于LBM-DEM耦合方法的突水溃砂运移规律研究

我国西部矿区因其特殊的地质赋存条件及高强度开采方式易诱发突水溃砂灾害,迫切需要对灾害机理进行研究。为了解突水溃砂下水砂运移规律及致灾的关键原因,借助LBM-DEM耦合模拟方法对单裂隙开口通道模型中水砂两相运移问题进行了初步探究,通过对比截面流量及溃砂速率变化情况,分析了其受不同边界压力、裂隙开口宽度及砂层厚度的影响,基于Bulsara式拟合了不同边界压力时最大单位质量流量数值计算结果。研究结果表明:随边界压力增加,截面流量及最大溃砂速率单调增加,高压力下砂粒更容易在裂隙开口处堆积形成临时性密实结构阻碍水砂运移,截面流量及最大溃砂速率增幅逐渐降低,在Bulsara式基础上给出的修正式能较好的拟合最大单位质量流量曲线;随开口宽度增加,截面流量、最大溃砂速率和砂粒在开口处形成的密实结构体积均单调增加,但增幅逐渐降低,发现灾害的关键影响因素之一为砂粒密实结构体积;随砂层厚度增加,砂粒密实结构持续时间增长造成阻碍效果逐渐增加,截面流量及最大溃砂速率逐渐减小且降幅逐渐降低,灾害发生点由初始水驱动砂快速流出裂隙孔口阶段转变为砂粒密实结构失稳造成砂粒倾泻阶段。

下保护层开采对上覆巷道围岩稳定性的影响

为研究下保护层开采对上覆煤巷围岩稳定性的影响,以丁集矿布置于11#煤层上方的1331运输巷为研究对象,对其围岩应力、变形及锚杆轴力变化进行数值模拟研究。结果表明:11#煤层开采对1331运输巷产生了动态影响,根据动态影响程度可将巷道划分为:采动影响稳定区、采动影响剧烈区以及采后卸压稳定区;围岩变形与锚杆轴力变化规律基本一致,最大增速区域均位于工作面前方10 m至后方40 m范围,该范围也是巷道卸压剧烈区范围,围岩应力呈现负指数函数减小趋势,垂直应力与剪应力分别减小20.917 MPa和6.96 MPa,降幅高达44.24%和38.03%;围岩受下保护层采动影响范围约为50 m,顶板受影响程度较大,累计下沉量为165~248 mm。