采空区覆岩冒落数值模拟及三维空间孔隙率分布研究

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采空区内部气体的流动属多孔介质渗流,采空区内流场的分布受冒落岩石孔隙率的影响。覆岩的冒落下沉规律决定了冒落岩石碎胀特性、孔隙率在采空区三维空间内的分布,进而决定了采空区内流场的分布。所以,对覆岩冒落以及采空区三维空间孔隙率分布开展研究,对于采空区流场的分析具有重要意义。  依据赵庄煤矿地质勘探报告,结合不同岩层性质,采用岩石质量评价法,确定了各岩层合理的节理间距与力学参数。对采动岩层数值模拟,将模拟结果中冒落带、裂隙带的高度与经验公式计算、现场考察分析结果比较,模拟得出的覆岩冒落规律接近于工程实际,验证了节理间距与力学参数的合理性。  通过对比不同上边界、侧向边界尺寸模型中数值模拟结果的老顶下沉量,得到在对赵庄煤矿采空区数值模拟时的合理模型边界尺寸:当模型上边界尺寸大于70m,侧向边界尺寸大于100m时,才能得到可靠的模拟结果。采用合理的边界尺寸对覆岩数值模拟,研究得出覆岩冒落下沉规律:当推进距离大于300m后,老顶沿推进方向在采空区中部最大下沉量不变;随着距工作面距离增加,老顶下沉量呈线性增加,在工作面后方120m位置处下沉量达最大值2.46m。  结合赵庄矿3304工作面岩层分布,在UDEC中建立物理模型,对采动覆岩数值模拟,将二维模拟结果修正并转化为三维,得到在采空区三维空间内冒落岩层各交界面的下沉量。对下沉量数据分析处理,以表达式与分布图表示出了采空区三维空间中孔隙率分布。将孔隙率分布导入采空区流场物理模型,对比采空区流场数值模拟结果与现场实测数据,验证了孔隙率分布的合理性,为大采高工作面采空区孔隙率的设定提供了一种新方法。
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