考虑颗粒迁移的陷落柱流固耦合动力学模型研究

姚邦华^1,2，茅献彪²，魏建平¹，王登科¹

1. 河南理工大学安全科学与工程学院2. 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室

摘 要：为了揭示流固耦合作用下的煤矿底板陷落柱突水机理,基于破碎岩体渗流理论、固液两相流、地下水动力学等理论,建立了考虑颗粒迁移的陷落柱流固耦合动力学模型.采用理论分析、数值模拟和工程实践相结合的方法对颗粒迁移作用下陷落柱的渗透特性进行了研究,得到了陷落柱孔隙率、渗流速度、孔隙水压力、流体中颗粒体积分数、涌水量等参数随时间变化规律.结果表明:随着时间增加,陷落柱充填颗粒在流固耦合作用下不断被侵蚀成悬浮颗粒并迁移流失,流体中颗粒体积浓度剧增后骤减;陷落柱的整体渗透性起初增加较慢,随着颗粒的不断迁移流失,孔隙率、渗流速度、涌水量快速增大后趋于稳定.

关键词：颗粒迁移;陷落柱;流固耦合;动力学模型;