矿山采动岩体非线性渗流试验、模型与工程应用

     

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国家出版基金资助图书

钢铁工业协同创新关键共性技术丛书

 

内容简介

本书以矿山突水问题为对象，对孔隙、裂隙介质中的多流态复合流动行为进行了较为深入的阐述。内容主要包括基础理论，一维水沙高速渗流试验系统、平面裂隙网络水力输沙试验系统和水沙分相流速仪等非线性渗流试验设备的研发，多孔介质非线性渗流试验、裂隙网络非线性渗流试验、充填裂隙网络非线性渗流试验以及围压作用下破碎岩体渗流试验等的试验研究，孔隙、裂隙介质非线性渗流突水力学模型，姜家湾煤矿导水裂隙带突水、中关铁矿断层突水、骆驼山煤矿陷落柱突水、漳村煤矿本煤层煤柱失稳破坏突水机理分析等应用案例，以及矿山采动岩体导水通道识别方法与防控。

 

目录

0 绪论

0.1 研究背景与意义

0.2 国内外研究现状

0.3 存在的问题与研究思路

 

1 孔隙、裂隙介质非线性渗流基本理论

1.1 孔隙结构中的渗流阻力

1.2 交叉裂隙非线性流动特性

1.3 多孔介质非Darcy渗流的细观模拟

1.4 孔隙、裂隙结构中的渗流方程和适应条件

 

2 矿山采动岩体非线性渗流突水溃沙特征和模式

2.1 采动破碎岩体渗流突水特征

2.2 突水模式

 

3 非线性渗流试验装备与试验方法

3.1 一维水沙高速渗流试验系统

3.2 平面水力输沙试验系统

3.3 试验设备的关键技术——水沙分相测量装置

3.4 孔隙、裂隙介质非线性渗流试验方法

3.5 试验系统的检测

 

4 散体颗粒介质渗流阻力演化规律

4.1 颗粒形状与排列对渗流阻力的影响

4.2 堆积孔隙率对渗流阻力的影响

4.3 颗粒级配对渗流阻力的影响

4.4 多孔介质中水、沙两相渗流的起动与运移规律

 

5 裂隙介质非Darcy渗流规律试验研究

5.1 裂隙网络非Darcy渗流特性试验研究

5.2 充填裂隙网络非Darcy渗流特性试验研究

 

6 断层物质级配特征对渗流状态和非Darcy渗流参数影响规律的试验研究

6.1 渗流理论方程

6.2 研究方法

6.3 结果与讨论

 

7 围压作用下破碎岩体渗流试验

7.1 试验方案

7.2 试验结果

7.3 结果分析

 

8 孔隙、裂隙介质非Darcy渗流突水力学模型

8.1 突水通道混合流体非Darcy渗流模型

8.2 含水层与破碎岩体渗流统一性的理论解释

8.3 孔隙、裂隙介质非Darcy渗流突水力学模型

8.4 非Darcy渗流-应力耦合模拟研究

 

9 基于Brinkman方程求解的非线性数值模型及突水机理数值模拟

9.1 岩体破坏突水机理及渗流方程

9.2 Brinkman方程非Darcy效应模拟

9.3 陷落柱非Darcy渗流突水模拟分析

9.4 断层非Darcy渗流突水模拟分析

 

10 姜家湾煤矿导水裂隙带突水非Darcy渗流机理数值模拟

10.1 矿区水文地质条件

10.2 导水裂隙带突水特征

10.3 变质量导水裂隙带突水非Darcy流模型

10.4 变质量导水裂隙带突水非Darcy流模型的数值求解

10.5 算例分析

 

11 中关铁矿断层突水非Darcy渗流机理数值模拟

11.1 矿区水文地质条件

11.2 -260m中段掘进工作面顶板突水特征

11.3 突水构造条件分析

11.4 -260m中段顶板断层突水非Darcy渗流数值模拟

 

12 骆驼山煤矿陷落柱突水机理数值模拟分析

12.1 工程概况

12.2 陷落柱突水数值模型

12.3 模拟结果分析

12.4 非Darcy因子敏感性分析

 

13 漳村煤矿煤柱失稳破坏突水机理数值模拟分析

13.1 工程概况

13.2 漳村煤矿同煤层突水模型

13.3 模拟结果分析

 

14 矿山采动岩体导水通道识别方法与防控

14.1 矿山采动岩体导水通道识别与监测方法

14.2 矿山采动岩体导水通道识别案例分析

14.3 水害防治对策及防水煤岩柱留设

 

15 结论

15.1 理论分析

15.2 突水模式总结

15.3 试验设备研制

15.4 室内物理试验

15.5 力学模型建立

15.6 案例机理分析