围岩强度弱化对堵水帷幕稳定性影响的数值模拟研究

论文摘要

为保护地下水资源,合理开发矿产资源,采用全封闭的注浆堵水帷幕堵截地下水,是保证大水矿山正常开采的一种有效技术措施。受开采扰动的围岩在地下水长期作用下,其强度势必会发生弱化作用。为探究围岩强度弱化对堵水帷幕稳定性的影响规律,以中关铁矿堵水帷幕为研究对象,在详细分析矿区工程地质、水文地质资料的基础上,建立堵水帷幕三维地质、数值计算模型。根据不同饱水时间岩石物理、力学参数,结合岩体结构面空间几何信息,采用Hoek-Brown强度准则,计算不同饱水时间岩体单轴抗压强度、弹性模量等物理、力学参数。利用COMSOL Multiphysics数值模拟软件,分析围岩强度弱化对堵水帷幕稳定性的影响。结果表明:闪长岩、奥灰岩的强度参数均随饱水时间的延长而降低,饱水90 d后,闪长岩的单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角较天然状态分别降低40.84%,24.51%,22.81%和13.55%,奥灰岩对应的强度参数较天然状态分别降低45.96%,16.01%,25.44%和18.70%;堵水帷幕与围岩接触区域应力集中程度随深度的增加而增大,在堵水帷幕与强渗透性围岩接触区域、堵水帷幕刚度与围岩刚度差异较大区域,易形成高应力集中区;随堵水帷幕内围岩强度的持续降低,帷幕内外应力差及帷幕与围岩接触区域应力集中值也呈增大趋势;帷幕内围岩在饱水时间小于14 d的情况下,堵水帷幕内外应力差及应力集中值增加速率较大,当饱水时间大于30 d后,应力集中值增加速率逐渐减小并趋于定值;为降低围岩强度弱化对堵水帷幕稳定性产生的不利影响,提出丛状放水孔与放水硐室相结合的疏干排水方案,为监测帷幕的堵水效果和帷幕内破碎带与围岩的水力联系,提出在帷幕内外和地下水径流的上、下游及破碎带发育区域布置水位观测孔。研究结果为中关铁矿堵水帷幕稳定性监测、疏干排水方案设计及帷幕内外水位观测孔设计提供依据。

论文目录

• 1 模型建立
• 2 岩体强度参数计算
•   2.1 岩体结构面数字识别
•   2.2 岩体强度参数计算
• 3 模拟结果及分析
•   3.1 初始应力场分析
•   3.2 围岩强度弱化对堵水帷幕稳定性影响分析
• 4 疏干排水方案设计
• 5 结 论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 夏冬,吴朝松,杨天鸿,贾淯斐,常宏

关键词: 堵水帷幕,强度弱化,数值模拟,稳定性分析

来源: 煤炭学报 2019年S1期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 矿业工程,安全科学与灾害防治

单位: 华北理工大学矿业工程学院,华北理工大学河北省矿业开发与安全技术重点实验室,东北大学资源与土木工程学院,东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室,河北钢铁集团沙河中关铁矿有限公司

基金: 国家自然科学基金资助项目(51574059),河北省自然科学基金资助项目(E2018209281)

分类号: TD743

DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2018.1390

页码: 220-230

总页数: 11

文件大小: 4575K

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