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矿井突水事故是安全生产的一大难题,特别是伴随岩溶陷落柱突水,陷落柱由于其不易探测出准确的位置和大小尺寸,不但给生产带来很大难题,而且也造成水资源的极大的浪费,是矿井安全生产科研人员面临的棘手问题。探究其力学特征并对突水危险性进行安全预测对安全生产具有一定的工程意义。 本文在探究多孔介质弹性力学、岩石力学、渗流力学等理论的基础上,结合东庞矿9号煤层及围岩参数,运用COMSOL多物理场仿真软件建立了含水层-陷落柱-巷道的多物理场耦合模型,探究了陷落柱内部破碎结构和含水层流体之间的相互作用规律以及受采动影响作用规律,通过计算对其突水进行了预测并提出合理的方案措施,保证安全生产。本文得出结论如下: ⑴从地质发育运动的角度分析陷落柱的成因,并提出几个主要形成因素:可溶性岩层是岩溶陷落柱发育的先决条件,也是陷落柱发生的始发层位。地下水径流是岩溶陷落柱发育的水动力条件,岩溶陷落柱均分布于地下水强径流带上。重力作用也是岩溶陷落柱向上不断发育的主要力学条件并总结出东庞矿的陷落柱特征。 ⑵根据陷落柱内部结构特征采用连续介质理论,分析研究流体的侵蚀作用对陷落柱内部孔隙结构的影响,结合COMSOL Multiphysic软件采用流固耦合的方法模拟观察陷落柱内部结构的孔隙特征、含水层水压变化影响、流体中颗粒体积分数变化规律、渗流速度及流量等变化能够更加直观的了解其各个力学特征并为安全生产中针对陷落柱防治提供一定参考意见。 ⑶建立9号煤层采动影响的陷落柱突水流固耦合模型,提出三种方案分别是改变陷落柱内部结构初始孔隙率、改变底部含水层压力和陷落柱周围围岩内聚力进行对比,能够清楚看到陷落柱在采动影响下的突水情况。为矿井安全生产提前预测陷落柱突水提供一定的依据。 ⑷对突水危险性进行预测并提出相应的防治措施,在煤矿生产过程中要综合利用各种方法和对应措施进行陷落柱的探查,搞清楚其对生产的潜在危害并制定对应的预防治理措施。