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一种煤矿井下水闸墙挡水模拟试验系统及方法

发布时间: 2022-01-12

来源: 试点城市（园区）

基本信息

合作方式： 技术转让
成果类型： 发明专利,新技术
行业领域：
新能源产业
成果介绍

一、项目意义

我国采煤历时悠久，煤田水文地质条件复杂多变，矿井水害构成了我国煤矿主要 的灾害之一。矿井水害事故轻者冲垮工作面、淹没设备、增加矿井排水负担，严重者造成人 员伤亡、淹井，造成重大经济损失，严重威胁矿工生命安全。目前，我国成熟的矿井防治水方 法有很多，水闸墙作为一种工程措施目前已应用十分广泛，尤其是在水文地质条件复杂、水 患威胁严重的大水矿井，若遇充水小窑或老空积水、充水溶洞或断层、充水工作面或采矿 场、出水的掘进头、与地表水体相连的巷道，甚至是已淹水的采掘工作面或是即将关停的小 煤矿等，采用水闸墙隔绝并防治井下高压水是行之有效的重要措施，也是目前我国煤炭行 业的安全管理规定。

目前，工程领域对水闸墙的研究已经展开，但对水闸墙的工作原理与挡水效果的 研究还不够深入。现有的研究方法通常有理论分析、现场实测和模型试验三种。然而，理论 分析涉及工程力学、岩体力学、流体力学、结构力学等多个学科，条件简化和概化过程复杂， 理论计算结果也存在一定的偏差。工程实测虽然可作为研究手段，但实施难度大，因为矿井 突水成因受多重因素的影响，灾害发生后抢险救灾时间紧迫，被封堵水体无法再次揭露，虽 然有的煤矿会埋设测压管监测封堵水体的水压，但获得的信息较为单一，无法总结出规律 性的认识。再加上，水闸墙作为一种工程措施，一旦施工建成就无法再修改，运行期间可能 发生的问题难以预测。

相比之下，在室内构建实物模型，变换水闸墙需抵挡的水压、围岩岩性和力学强 度、水闸墙的材料特性、尺寸和形状等条件，模拟水闸墙在不同工况下的工作过程，可直观 而有效地监测围岩和墙体各项指标，并预测水闸墙挡水后的工程问题，从而获得试验中大 量应力场和渗流场的实测数据，分析规律、调整和求取参数，用于水闸墙挡水机理的分析与 研究，并用于煤矿水闸墙防治水的工程实践的改进和优化，在科学研究、生产建设和保障安 全等方面有着重要的意义。

二、项目优势

(1)本项目煤矿井下水闸墙挡水模拟试验系统结构简单，实现成本低，在室内易于 构建；水闸墙挡水模拟方法步骤简单，可操作性强；

(2)本项目能够真实再现水闸墙挡水后围岩内部的变化过程，实现对深部围岩应 力场和渗流场的观测，获得水闸墙挡水失利后的围岩孔隙水压力、岩体压力、渗漏流量等信息，还可观察到背水侧巷道及围岩的漏水现象，便于总结水闸墙挡水时围岩的变化规律；

(3)在模拟煤矿井下水闸墙挡水时，本项目能够依据不同的矿井水文地质条件，改 变水压、围岩材料特性、水闸墙尺寸和强度等条件，模拟和预测出不同工况下水闸墙的工作状态，便于水闸墙设计方案的优化；

综上所述，本项目能够解决煤矿水闸墙井下施工难度大、工程投资大、运行后难以观测和改建等问题，通过模拟试验再现了煤矿井下水闸墙的工作状态，揭露深部围岩挡水 后的变化规律，易于发现水闸墙在不同工况下的状态问题，为优化与调整水闸墙的设计方案提供科学依据，对保障煤炭安全开采具有重要的现实意义，对具有相应矿井防治水工程 的煤矿有显著的推广应用价值。

三、转化需求

（1）本成果技术成熟，市场需求大，但项目大面积推广资金投入较大，需要政府给予一定的政策和资金扶持。（2）本技术成果也可在其它相关领域应用，但需要做进一步的针对性研究。

成果亮点
团队介绍
成果资料