带压开采底板变形破坏规律的三维相似模拟研究

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1、第24卷第23期岩石力学与工程学报Vol.24No.232005年12月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringDec.，2005带压开采底板变形破坏规律的三维相似模拟研究弓培林，胡耀青，赵阳升，杨栋(太原理工大学采矿工艺研究所，山西太原030024)摘要：提出了围岩应力场及渗流场耦合作用的相似理论，研制了部分典型材料的固–流耦合相似配比，研制了三维固–流耦合相似模拟试验台，完善配套了加载系统、测试系统、开采系统和渗流场的模拟与测试系统。采用大型三维固–流耦合模拟试验台对太原市东山煤矿一采

2、区带压开采进行了模拟，得出了一系列的规律及结论。重点讨论了煤层底板的应力、位移随工作面开采的变化规律；得出煤层底板的应力、位移一直处于动态变化过程，分析了其变化的频度与幅度及其原因，为带压开采突水防治提供理论依据。关键词：采矿工程；固–流耦合；模拟研究；带压开采；底板变形破坏中图分类号：TD322文献标识码：A文章编号：1000–6915(2005)23–4396–07THREE-DIMENSIONALSIMULATIONSTUDYONLAWOFDEFORMATIONANDBREAKAGEOFCOALFLOORONMININGABOV

3、EAQUIFERGONGPei-lin，HUYao-qing，ZHAOYang-sheng，YANGDong(InstituteofMiningTechnology，TaiyuanUniversityofTechnology，Taiyuan030024，China)Abstract：Thesimilaritytheoryoncouplingofsolidandliquidisputforward；andapartoftypesimulationmaterialhasbeenmade.Thesimilaritymodelingresem

4、blesimulationexperimentequipmentof3Dcouplingonsolidandliquidisoriginated；andtheloadingsystem，testingsystem，miningsystem，flowareasimulationanditstestingsystemhavebeenperfected.Then，usingthe3Dsolid-liquidcouplingsimulationbedstead，thelawfordeformationandbreakageofcoalfloo

5、ronminingaboveaquiferofDongshanColliery，Taiyuan，hasbeenstudied.Thelawofdeformationandthebreakageofcoalfloorvarywithcoalminingarediscussed.Thestressanddeformationofcoalfloorarechangeddynamically.Andthevaryingfrequency，therangeofstressanddeformationhavebeenanalyzed.Itprov

6、idestheoreticalfoundationforcoalminingaboveaquifer.Keywords：miningengineering；solid-liquidcoupling；simulationstudy；coalminingaboveaquifer；lawofdeformationandbreakage目前尚没有成熟的理论用于指导承压水上开采。采1引言场底板变形与破坏是底板突水的重要影响因素，相似模拟试验则是研究该课题的重要途径之一。由于随着矿井开采深度的延伸，采场底板突水日趋固–流耦合问题的复杂性，以往的研

7、究往往做不到严重，给矿井的生产带来巨大的经济损失和人员伤渗流模拟，仅采用柔性加载模拟水压力的外力等效[13，14]亡。多年来，矿业工作者一直致力于这方面的研究性。目前，尚未见到相关的渗流相似理论及渗[1～12]工作，但因我国地质条件复杂，开采方法各异，流相似模拟试验研究成果。为此，本文设计了大型收稿日期：2005–07–05；修回日期：2005–09–21基金项目：国家自然科学基金资助项目(50434020)；太原理工大学基金资助项目作者简介：弓培林(1966–)，男，1987年毕业于山西矿业学院采矿工程专业，现任副教授，主要从事岩石

8、力学、采矿工程方面的教学与研究工作。E-mail：plgong@126.com。第24卷第23期弓培林等.带压开采底板变形破坏规律的三维相似模拟研究•4397•三维固–流耦合模拟试验台，研制了固–流耦合模拟材料及系统，初