【摘要】：為研究滲流場和應(yīng)力場共同作用下防水礦柱寬度合理留設(shè)問題,結(jié)合新莊銅鉛鋅礦17A號勘探線的實際地質(zhì)條件,運用數(shù)值模擬計算軟件FLAC~(3D),研究了初始滲流場的孔隙水壓力和滲流速度矢量分布特征,計算了礦體回采充填過程中7個工作面的涌水量,并模擬了工作面頂板的導(dǎo)水裂隙帶分布情況,與經(jīng)驗公式算得的防水礦柱高度進行比較.模擬結(jié)果表明,工作面與含水層的距離越小,滲流速度越大,涌水量越大,導(dǎo)水裂隙帶范圍越大,突水的危險也就越大;從滲流場涌水量和應(yīng)力場導(dǎo)水裂隙帶兩方面來綜合衡量,防水礦柱留設(shè)的高度取為40m,相比經(jīng)驗公式的結(jié)果提高了礦體利用率.
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圖片說明： 武漢大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版）第５０卷序為力學(xué)擾動、平衡狀態(tài)、流體擾動、流固耦合分析．本文所采用的耦合模擬方法為：交替執(zhí)行單滲流模式和單力學(xué)模式的計算時間步，通過設(shè)置平衡條件，控制系統(tǒng)進行力學(xué)與流體的循環(huán)計算，最終達到穩(wěn)定平衡狀態(tài)．２工程應(yīng)用實例２．１工程概況江西省宜豐新莊銅鉛鋅礦區(qū)位于江西省宜豐縣城東南面３７ｋｍ處的宜豐縣新莊鎮(zhèn)口溪，圖１為１７Ａ號勘探線剖面局部圖，地面標(biāo)高＋５０ｍ，水位面為＋５０ｍ，底邊界標(biāo)高－１４０ｍ，礦體由下向上開采，采礦方法為膠結(jié)充填法．礦層走向長５０ｍ，傾斜方向長８０ｍ，平均厚度為２０ｍ．礦區(qū)地表是第４系含水層，下面分別是砂礫巖含水層和主巖枝花崗斑巖，礦層與砂礫巖含水層直接接觸．其中礦體為弱透水層，花崗斑巖充當(dāng)隔水層．圖１礦區(qū)１７Ａ號勘探線剖面圖Ｆｉｇ．１Ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇｌｉｎｅ１７Ａｐｒｏｆｉｌｅｍａｐｉｎｍｉｎｉｎｇａｒｅａ２．２巖體參數(shù)和邊界條件表１為礦區(qū)現(xiàn)場試驗測得的各巖體參數(shù)．由于計算模型是從實際地質(zhì)體中取出的一部分，其邊界處依然要受到力或位移的約束．在ＦＬＡＣ３Ｄ中，模型中的位移約束主要通過固定模型邊界處節(jié)點的速度來實現(xiàn)，應(yīng)力邊界則是用來模擬模型邊界處節(jié)點的應(yīng)力．根據(jù)實際情況，在該項目中用ＦＩＸ命令來施加模型的約束條件．模型前后和左右邊界施加水平約束，即側(cè)面邊界水平位移為０；模型底部邊界固定，即底部邊界水平、垂直位移均為０；模型頂部為地表，看作是自由面，無任何約束．模型四周給定不透水邊界，并在模型上施加初始孔隙水壓力．２．３模型的建立根據(jù)１
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圖片說明： 小為２００ｍ×５０ｍ×１９０ｍ，一共劃分為６３４００個單元體．整個模型包含有４種材料，分別是第４系含水層、砂礫巖含水層、主巖枝花崗斑巖以及礦體．巖土強度理論是巖土理論的重要組成部分，一直是眾多學(xué)者研究的熱點．大量的試驗和工程實踐已證實，Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ強度理論能較好地描述巖土材料的強度特性和破壞行為，在巖土工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用［１２］．因此，本文選擇ＦＬＡＣ３Ｄ中的Ｍｏｈｒ－Ｃｏｌｏｕｍｂ強度理論模型作為本構(gòu)模型．圖２ＦＬＡＣ３Ｄ計算模型Ｆｉｇ．２ＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｎＦＬＡＣ３Ｄ２．４數(shù)值模擬結(jié)果分析１）初始孔隙水壓力分布特征在礦體開采前，首先模擬研究區(qū)域的初始耦合滲流場，，得到初始孔壓等值線圖（見圖３）．從初始孔壓云圖可以看出，在第４系和砂礫巖兩個含水層中的孔隙水壓力等值線呈水平分布，這是因為滲流場達到平衡，孔隙水壓力可以看作是靜水壓力；礦體是弱透水層，離含水層的距離越遠孔隙水越難滲透，因而孔隙水壓力越��；主巖枝花崗斑巖透水性很小，完３７０
【作者單位】： 武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國家重點實驗室;中國石油大學(xué)(北京)石油工程教育部重點實驗室;長沙礦山研究院有限責(zé)任公司;
【基金】：中國石油大學(xué)(北京)石油工程教育部重點實驗室開放課題(編號:206240100062) 國家自然科學(xué)研究基金海外及港澳學(xué)者合作項目(編號:51428902)
【分類號】：TD745;TD852

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本文編號：2513270