积水采空区围岩导水通道形成机理及突水、疏放渗流规律研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:U1710253
- 项目类别:联合基金项目
- 资助金额:285.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0404.矿山开采基础理论
- 结题年份:2021
- 批准年份:2017
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2018-01-01 至2021-12-31
- 项目参与者:孙亚军; 徐白山; 徐智敏; 张荣华; 刘洪磊; 张鹏海; 靳月灿; 蔡淼; 师文豪;
- 关键词:
项目摘要
In this project, the first work is to build the typical hydrogeological structure model with the status of goaf water and cases of water inrush. And the dynamic evolution process of long-term water immersion and water inrush channel will be analyzed based on field detection, testing and experiment. Then, the elastic velocity field and damage field of the surrounding rock and coal pillar will be inversed based on the theory of geophysical source mechanism. The coupling mechanics model of damage and seepage flow will be established to depict formation of the water-conductive channel and the flow transition process, from non-Darcy high-velocity flow to the NS pipe flow, between different goafs in the dynamic evolution process of surrounding rock mass. Based on the proposed model, the distribution characteristics of the superimposed stress field, the evolution law of the three zones and the high velocity seepage mechanism under complex flow regime during the formation of water-conductive channel will be revealed. And then, a theory and method for predicting water inflow of waterlogged goaf, flowing from non-Darcy flow to N-S flow, will be proposed. Finally, an optimizing model for project layout of the water discharge within the goaf will be established based on the accurate detection of the goaf water boundary, in situ test, monitoring information analysis and numerical simulation on rock damage and seepage field evolution. Furthermore, a method for calculating the size of waterproof coal pillar considering long-term immersion mechanism can be proposed. The project will provide scientific theories and analysis methods for the prediction and controlling methods of goaf water damage in Shanxi province, even in China.
本项目首先分析山西省老空水现状、突水案例,建立典型水文地质结构模式,通过现场探测、测试及实验分析采空区煤柱长期浸水弱化突水通道动态演化过程。其次,基于地球物理震源机制理论反演采空区围岩及煤柱弹性波速场及损伤场,建立采动岩体损伤-渗流耦合力学模型,描述围岩动态损伤演化过程、导水通道形成与采空区之间非Darcy高速流到N-S管流流态转捩过程,揭示采空区围岩叠加应力场分布特征、三带演化规律及导水通道形成的复杂流态条件下高速渗流机理,提出预测老空水非Darcy流到N-S流突水水量的理论和方法。最后,通过老空水边界的精准探测、岩体损伤场渗流场演化的数值模拟和现场探测、监测信息分析,建立采空区积水疏放工程布置优化模型,提出考虑防水煤柱长期浸水弱化机理及留设尺寸计算方法。项目实施为山西省乃至我国大量采空区积水水害孕育机理及预测防治提供科学理论和分析手段。
结项摘要
本项目以山西省煤矿采空区突水问题为研究背景,围绕“复杂应力作用下采场围岩重复扰动、长期浸水损伤力学机理”和“积水采空区突水非线性Navier-Stokes管流行为”两个关键科学问题展开系统性研究,已取得以下研究进展:1)系统收集山西省煤矿水文地质勘探与突水事故资料,对45次老空突水案例调研整理,将老空水害划分为4大类和12个亚类,提出和阐明了各类老空水害的水文地质结构模式与突水机理,构建了山西省典型老空区水害3D GIS信息化云平台;2)以西山煤电西曲矿18401采面及其覆岩为研究对象,借助孔内电视、微震监测、地表裂缝观测等实测方法,研究了该矿2+3号、8号煤下行重复采动前后的覆岩“三带”发育特征;3)结合西曲矿实测结果,运用数值模拟、理论分析方法,研究了重复采动层间主关键层的破断规律与覆岩“三带”的演化规律,并提出了基于微震监测数据反演分析以判别岩层渗透特性、导水通道形成、岩层损伤破断的理论方法;4)研发浸水弱化实验设备,开展了浸水砂岩强度试验,统计了山西省典型煤样的易浸水弱化程度,并建立了扩散、渗流、应力多场耦合的损伤力学模型,开发了数值计算方法,揭示煤柱破坏及导水通道形成机理,阐明了煤柱弱化规律及裂隙渗流特征;5)研制了可进行高速渗流实验的“平面水力输沙试验装置”,结合实际开展了不同裂隙网络开度及角度、不同颗粒级配、不同水力梯度等条件下的渗流试验,进而建立了导水裂隙带混合流体非达西渗流模型,并以姜家湾煤矿突水事故为工程实例进行数值模拟分析,得到了老空突水过程中压力、速度、孔隙率及浓度等时空演化规律。研究成果发表学术论文38篇,其中SCI收录29篇,EI收录9篇。申请和授权发明专利19项,软件版权登记7项,主编《矿山采动岩体非线性渗流试验、模型与工程应用》1本。培养博士毕业7人,硕士6人,获得省部级奖励2项。项目研究可为山西省采空区积水水害孕育机理及预测防治提供科学理论和分析手段。
项目成果
期刊论文数量(40)
专著数量(1)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(19)
Rock landslide early warning system combining slope stability analysis, two-stage monitoring, and case-based reasoning: a case study
结合边坡稳定性分析、两阶段监测和案例推理的岩质滑坡预警系统:案例研究
- DOI:10.1007/s10064-021-02461-6
- 发表时间:2021-09
- 期刊:Bulletin of Engineering Geology and the Environment
- 影响因子:4.2
- 作者:Tianhong Yang;Wenxue Deng;Qinglei Yu;Yachun Mao;Zhenqi Yang;Feiyue Liu;Jingren Zhou
- 通讯作者:Jingren Zhou
基于岩芯图像深度学习的矿山岩体质量精细化评价
- DOI:--
- 发表时间:2021
- 期刊:岩土工程学报
- 影响因子:--
- 作者:刘飞跃;刘一汉;杨天鸿;信俊昌;张鹏海;董鑫;张海涛
- 通讯作者:张海涛
Mechanical model for analyzing the water-resisting key stratum to evaluate water inrush from goaf in roof
分析顶板采空区突水防水关键层的力学模型
- DOI:--
- 发表时间:2022
- 期刊:Geomechanics and Engineering
- 影响因子:3.2
- 作者:Kai Ma;Tianhong Yang;Yong Zhao;Xiangang Hou;Yilong Liu;Junxu Hou;Wenxian Zheng;Qiang Ye
- 通讯作者:Qiang Ye
Inversion of seepage channels based on mining-induced microseismic data
基于采矿微震数据的渗流通道反演
- DOI:10.1016/j.ijrmms.2019.104180
- 发表时间:2020-02
- 期刊:International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences
- 影响因子:7.2
- 作者:Yong Zhao;Tianhong Yang;Penghai Zhang;Haiyan Xu;Shuhong Wang
- 通讯作者:Shuhong Wang
Novel Segmented Roadside Plugging-Filling Mining Method and Overlying Rock Mechanical Mechanism Analyses
路边分段充填采矿新技术及覆岩力学机理分析
- DOI:10.3390/en12112073
- 发表时间:2019
- 期刊:Energies
- 影响因子:3.2
- 作者:Wenqiang Mu;Lianchong Li;Zhongping Guo;Zhaowen Du;Sixu Wang
- 通讯作者:Sixu Wang
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其他文献
基于离散元方法的花岗岩单轴压缩破裂过程的声发射特性
- DOI:--
- 发表时间:2015
- 期刊:煤炭学报
- 影响因子:--
- 作者:杨天鸿;徐涛;于庆磊;夏冬
- 通讯作者:夏冬
矿山岩体破坏突水非达西流模型及数值求解
- DOI:10.13722/j.cnki.jrme.2015.0389
- 发表时间:2015
- 期刊:岩石力学与工程学报
- 影响因子:--
- 作者:师文豪;杨天鸿;刘洪磊;杨斌;杨鑫;周永发
- 通讯作者:周永发
基于Mathews稳定图等方法的多角度采空区群稳定性分析评价
- DOI:10.13545/j.cnki.jmse.2017.02.022
- 发表时间:2017
- 期刊:采矿与安全工程学报
- 影响因子:--
- 作者:胡高建;杨天鸿;胡忠强;于庆磊;赵永;周靖人
- 通讯作者:周靖人
深部断层下巷道围岩破坏诱发涌水的数值模拟
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:力学与实践
- 影响因子:--
- 作者:杨天鸿;刘洪磊;于庆磊;郑红;石长岩
- 通讯作者:石长岩
基于压密和损伤函数复合作用的单轴压缩本构关系
- DOI:--
- 发表时间:2016
- 期刊:金属矿山
- 影响因子:--
- 作者:赵永川;杨天鸿;刘洪磊;汪泓;刘刚;申志亮
- 通讯作者:申志亮
其他文献
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