煤层底板突水流固耦合模拟试验系统研制与应用

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煤层底板突水是一种井下重大灾害,其实质是一种流固耦合现象,突水过程非常复杂,而且往往与岩体材料的渗流破坏有关。针对煤层底板突水问题,自行研制了煤层底板突水流固耦合模拟试验系统,该试验系统主要包括水压控制系统和试验台架。其中水压控制系统一方面利用气体压力补偿水压力的不足,实现了对水压力的电气化控制,可控制压力范围为01.25MPa,另一方面为试验台架提供了水源,一次供水量最大为40L;试验台架为钢质框架结构,能直接采用真实水进行流固耦合模拟试验,最大模型模拟尺寸为1000mm×1000mm×200mm(长×高×宽),适合几何相似比为1∶200的相似模拟试验;配制了以石蜡、白凡士林为胶结剂,砂、沉淀硫酸钡粉和超细滑石粉为骨料,二甲基硅油为调节剂的新型流固耦合相似材料,并对其单轴抗压强度、渗透系数以及亲水性进行测试,测试结果表明,所配制材料为非亲水性材料,强度变化范围为0.045MPa0.177MPa,弹性模量变化范围为11.083MPa23.58MPa,渗透系数变化范围为0.15×10-10cm/s0.33×10-5cm/s;以赵固二矿为原型,进行了赵固二矿二1煤层底板突水的相似模拟试验,试验结果表明,在采动影响下,煤层底板破坏深度为7cm17cm,承压水导升带高度为8cm,采动裂隙未能沟通承压水,煤层回采过程中没有发生底板突水事故。
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