[发明专利]基于峰后岩石应力与渗透特性建立流固耦合试验的方法

说明书

本发明提供了一种基于峰后岩石应力与渗透特性建立流固耦合试验的方法，属于煤炭开采技术领域，包括确定试样峰后岩石应力的渗透特性值；将试样原型试验的渗透特性值换算为渗透系数；将渗透系数转化为模型相似渗透系数；采用软管为模型试验材料，确定模型所需软管长度和软管数量；不同加载值下的软管渗透系数对应模型相似渗透系数，根据目标加载值确定软管直径；确定模型试验各岩层埋深位置处的力值；根据目标加载值和力值关系确定流固耦合试验模型；根据所述流固耦合模型进行流固耦合试验。该流固耦合试验同时满足力学性质和材料渗透特性，实现渗流场和重力场的耦合模型试验的研究，以满足实际生产的要求。

技术领域

本发明属于煤炭开采领域，更具体地说，是涉及一种基于峰后岩石应力与渗透特性建立流固耦合试验的方法。

背景技术

近年来，由于中国经济的快速发展，推动了土木工程行业的发展，尤其是地表及地下建筑物快速兴建和各类矿产资源的开采成为了行业新热点。对交通隧道而言，有过去的浅埋山岭隧道到现在的深埋交通隧道和海底隧道，有过去的城市地上道路到现在的地下交通运输线路，有过去的浅埋煤层开采到现在的深部岩层煤炭开采，以及深部资源开采、放射性废料地质深埋处理等工程。随着工程施工向深部的转移，地下深部岩层赋存环境的复杂性，深部资源的开采及高深隧道的开挖还会引起地应力的释放，使得施工环境变得更加复杂，施工技术难度更大，涉及到多场耦合问题，现有理论基础不能满足实际工程的需要，由于现场试验比较危险，且需要大量的时间和资金，单纯依靠理论的推导和数值模拟方面的计算无法验证其正确性，尤其对于流固耦合问题的研究涉及的学科较多，理论推导和数值模拟具有一定的局限性。

对煤矿而言，深部煤层的开采受到煤层顶底板水压的危害较大，煤层开采遇到陷落柱、断层等特殊地质构造时，由于陷落柱具有潜伏性、突发性，在开采过程中极易受到扰动，使得陷落柱变得松散，其导水性能变得更加强烈，当陷落柱位于发育地下水压较大时，陷落柱是良好的天然导水通道，当煤层开采过程中，煤层顶底板有导水裂隙发育时，或导水裂隙与陷落柱贯通时，极易发生煤矿突水事故，造成淹井事故，使人员伤亡惨重和经济损失严重，一直困扰实际工程的施工。众多科研人员虽然经过不断的研究，由于现场试验难度大，现阶段大部分都是通过理论推导、室内试验和数值模拟进行研究。现阶段对煤矿类问题的试验研究主要应用模型试验进行研究分析，对于流固耦合模型试验装置的研究相对较少，实施起来相对难度较大，这方面主要受相似模型试验材料的影响，对于流固耦合模型而言，相似材料的透水特性的控制与力学性质的控制二者相对矛盾、冲突，通过相似模型试验进行试验研究，由于模型试验所用的相似材料具有遇水后力学性质丧失，大部分该类模型试验时，都不能施加水因素的影响效应，满足相似材料的渗透特性时其力学性质不能满足原始试验的要求；满足力学性质试验时其渗透特性不能满足试验要求，导致目前室内相似模型试验的研究主要考虑单一重力场的影响因素，对渗流场和重力场的耦合模型试验研究较少，难以满足实际生产的要求，从而导致现阶段模型试验与现场试验存在差距，试验得出的结论不符合客观规律。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于峰后岩石应力与渗透特性建立流固耦合试验的方法，旨在解决现阶段模型试验与现场试验存在差距，确保模拟试验同时满足力学性质和材料渗透特性，实现渗流场和重力场的耦合模型试验的研究，以满足实际生产的要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种基于峰后岩石应力与渗透特性建立流固耦合试验的方法，包括以下步骤：

S1：现场取得试样,确定试样峰后岩石应力的渗透特性值K_n；

S2：将试样原型试验的渗透特性值K_n换算为渗透系数K_mn；

S3：根据相似定理，将渗透系数K_mn转化为模型相似渗透系数K_i；

S4：采用软管为模型试验材料，根据相似定理，确定模型所需软管长度B和软管数量m；