基于COMSOL的煤矿顶板运移规律及渗流特性研究

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煤炭是我国能源的基石,实现煤矿的安全开采是保障我国能源安全以及数以百万计矿工生命财产安全的根本。本文总结了近年来煤矿事故的灾害类型及发生规律,认为减少顶板事故和水灾事故是控制事故总量和危害程度的重中之重。因此,研究煤炭回采后顶板岩层的运移规律及渗流规律对于水体下煤层的安全开采具有十分重要的意义。本文针对水体下煤层开采的复杂条件,以渗流理论及流固耦合机理为基础,利用COMSOL Multiphysics多物理场耦合分析软件建立水体下开采的应力场-渗流场耦合数值模型,对开采后上覆岩层的移动变形、破坏情况及渗流特性进行求解分析,其结果表明:水压及工作面推进长度的增加均会导致顶板岩层的变形程度、应力、塑性区范围及隔水层的渗流速度的增大;预留煤柱或者充填采空区能在一定程度上减小采动后覆岩的破坏。因而水体下开采时十分有必要对水压情况进行实时监测和预警,并综合考虑工作面的安全开采长度、安全开采深度、预留煤柱及充填采空区这几个因素,防止导水裂隙带发展到水体,避免工作面与水体之间形成涌水通道造成透水事故,从而保证矿山的安全开采。本文的研究成果可为顶板透水灾害的预防与治理提供理论依据和参考。
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