井下动水截流施工骨料堆积生长机制研究
苏培莉
杨述
刘锋
西安科技大学建筑与土木工程学院,陕西西安 710054
摘要：灌注骨料形成阻水屏障实现截流降速是井下治水工程的关键所在.为定量描述骨料堆积生长的时空演化机理,提出了将骨料沉降堆积过程切分为具有一定厚度的片状颗粒层堆叠过程的分析计算方法,以及动水环境中骨料灌注后从沉降到堆积全过程关键参量(颗粒水平移距xd,动水休止角ψ,未接顶区流速U,骨料留存临界流速Ucr)的理论计算公式,在此基础上构建了骨料堆积体生长预测模型.通过CFD-DEM双向耦合算法研究了骨料灌注期间流场分布演化特征和骨料堆积形态差异,并验证了预测模型合理性.研究表明:空间上,依据初始流速Us是否超过骨料起动流速Uc或骨料留存临界流速Ucr,可将截流初期骨料沉积主域的所在位置划分为 3个区域,若沉积主域位于③区,则将其视为无效灌注;时间上,骨料堆积体生长过程可归结为 3个阶段:高度快速增长阶段、高度长度同步生长阶段、仅水平向伸长阶段;初始流速决定了第 1阶段的有无,而灌注条件(骨料粒径、灌注速度)主导着第 1阶段所持续的时间;基于泥沙运动力学中推移质输沙率、起动流速等概念,得出了堵孔现象发生及骨料能否留存的临界判据;数值模拟试验结果表明,预测模型能够较好地刻画骨料灌注后的堆积生长规律,骨料堆积稳定后,理论计算值与模拟试验值相对误差小于10%.
关键词：煤矿突水骨料灌注临界流速沉积主域固-液两相流
分类号：TD741(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(51508462)陕西省自然科学基础研究计划资助项目(2018JM5126)
论文发表日期：2024-05-25
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 209-221 )
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