张村，宋子玉，赵毅鑫，等. 矿井地下水库破碎岩体运移的DEM-CFD耦合分析[J]. 采矿与岩层控制工程学报，2021，3( 4 )：043011.
ZHANG Cun，SONG Ziyu，ZHAO Yixin，et al. DEM-CFD coupling analysis of broken rock mass movement in underground reservoir of coal mine[J]. Journal of Mining and Strata Control Engineering，2021，3( 4 )：043011.
矿井地下水库破碎岩体运移的DEM-CFD耦合分析
张 村1,2,3，宋子玉2，赵毅鑫1,2，韩鹏华2，滕 腾1
( 1. 中国矿业大学( 北京 ) 共伴生能源精准开采北京市重点实验室，北京 100083；2. 中国矿业大学( 北京 ) 能源与矿业学院，北京 100083；3. 安徽理工大学 深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室，安徽 淮南 232001)
摘 要：利用矿井采空区建设矿井地下水库有利于协调煤矿开采与矿区水环境保护利用。采空区垮落带作为矿井地下水库协同承载体与库容体，在矿井地下水库循环蓄放水过程中内部破碎岩体的运移直接影响垮落带孔隙率的分布与渗流特性。以矿井地下水库为工程背景，构建矿井水渗流的破碎岩体流固耦合模型，量化分析了垮落带孔隙率、破碎岩体半径以及流体流速对破碎岩体流体压力和运移的影响。在此基础上，借助PFC3D与Python进行了破碎岩体模型不同流体流速的DEM-CFD耦合数值模拟。研究结果表明：水渗流过程中对破碎岩体的流体压力由拖曳力与梯度压力组成，且在矿井水库工程背景下，梯度力可以忽略不计。垮落带孔隙率的增加，促使流体压力急剧减小，在垮落带孔隙率范围内对破碎岩体运移影响较小。流体压力随着破碎岩体粒径的增加呈幂函数式增加，但破碎岩体的增加同时造成重力的升高，使得破碎岩体移动所需的流体压力大幅度增加，进而造成破碎岩体越小越容易被流体携带。由于破碎岩体间接触应力的存在，使得流体很难打破原有的破碎岩体孔隙平衡结构。只有游离于破碎岩体结构孔隙内的小破碎岩体才能被流体携带，这对整体破碎模型孔隙率影响较小。研究结果有助于科学评估矿井地下水库蓄放水过程中垮落带孔隙率的演化情况。
关键词：矿井水库；破碎岩体；孔隙率；流体流速；岩体半径
收稿日期：2020-01-28 修回日期：2020-03-04 责任编辑：李 青
基金项目：北京市自然科学基金资助项目( 8212032 )；国家自然科学基金资助项目( U1910206，51874281 )；深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室开放基金资助项目( SKLMRDPC19KF08 )
作者简介：张村( 1990— )，男，江苏海门人，副教授，硕士生导师，博士，主要从事矿山压力与岩层控制、废弃矿井利用、数值分析等方面的教学和科研工作。E-mail：cumt-zc@cumtb. edu. cn
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